大型地面电站设计培训用

南京冠亚电源设备有限公司2012年2月18日大型地面光伏发电技术和系统设计应用工程师:徐学亮冠亚新厂区1、光伏发电的特点2、地面光伏系统容量规划3、光伏发电系统的设计4、光伏发电系统的安装与维护（建设阶段阐述）；5、南京冠亚并网逆变器产品简介目录3一、光伏发电的特点•取之不尽，用之不竭•对环境无污染，零排放•随处可得，就近供电•无机械磨损，维护简单，运行可靠•随机性、波动性、间歇性4反射直射吸收散射456二、目前光伏系统容量规划系统设计说明：光伏电站的系统整体设计由光伏发电系统和机电设计两个部分组成，其中光伏发电系统指从太阳电池组件至逆变器之间的所有电气设备，包括太阳电池组件、直流接线箱、直流电缆、直流汇流柜、逆变器等；机电部分指从逆变器交流侧至电站送出部分的所有电气、控制保护、通信及通风等。7目前子系统1MW容量说明•特点说明：电站采用“集中设计、集中控制、单点并网”的总体技术方案。•(1)在电气线路上，并网系统分为多个独立的1MWp分系统；•(2)每个1MWp分系统包括2个500kWp子系统、1台1000kVA的升压变压器；•(3)每个子系统由光伏方阵、直流配电柜、并网逆变器组成，输出0.27KV三相交流电；•(4)光伏电站站用电：站用电源由10kV配电装置引接（前端可加双电源切换装置），容量定为500kVA，站用电用于供给本站内各处照明、暖通、检修等负荷。8子系统配置说明•1MW单元：国内外为主流、为典型应用系统单元：在国内外运行最多、最安全稳定的是1MW为单元，具有成熟的配套元件产品及成熟的电气保护线路，例如，市场设备厂家，专门提供1MW光伏专用升压变系统及开关保护设备，此1MW结构采用双分裂双绕组变压器。•对于光伏并网发电系统，影响系统的发电量是多方面的，而最直接的影响就是逆变器的效率和升压变压器的效率，所以为了提高系统的发电效率，每个1MW并网子站采用2台单机500KW高效无变压器型大功率并网逆变器，配置1台0.27/0.27/35KV双分裂升压变压器，通过一次升压方案完成35KV上网发电。9示意电气图10光伏方阵逆变器500KW光伏方阵逆变器500KW地埋电缆升压变中压开关站控制楼直配柜直配柜结构图11三、光伏发电系统设计1、设计步骤2、逆变器选型及相关介绍3、配电设计（汇流箱设计、直流配电柜设计、监控设计、箱式变设计、高低配电柜设计等）4、电缆连接布线设计5、防雷接地设计6、施工建设流程设计并网光伏发电系统的设计步骤1、在考察的基础上进行预可行性设计与研究；2、技术方案确定和设备选型（太阳电池、逆变器、监控、其它辅助设备、运行方式等）；3、工程设计：(土建施工方案、抗风能力、防雷接地、电网电气接入系统)；4、特殊设计：1)对于大型光伏电站：占地计算、场地、基础、机房、围栏、自动跟踪系统等。12逆变器选型及相关介绍1.逆变器拓扑结构图2.可靠性（元器件选择、保护功能）3.最大功率点跟踪技术（MPPT）4.孤岛检测和防护5.电网锁相同步技术6.输出电流总谐波控制7.并网电路拓扑结构8.并网系统的监控及调度技术13并网逆变器的拓扑结构（自身不带隔离变压器）U直流滤波器DC-DC+直流滤波器8路光伏阵列输入PV+PV-PV-PV+DC+DC-8路光伏阵列输入V电抗器15L3A11L12T14T23L26T3功率转换模块W直流断路器直流断路器接触器交流滤波器交流断路器电抗器2并网接触器电网防反二极管LCL滤波器绝缘变压器变流模块自带变压器(用户侧型)14可靠性并网逆变器的设计要与整个光伏电站系统设计寿命相符合，产品的可靠性、可用性、适应性为重点内容。为此要求逆变器在软件上、硬件上都要相应做好可靠性设计。1）硬件上：逆变器IGBT模块、直流输入开关、交流输出开关、电容器、散热风机、滤波器等选型计算及配置（以500KW为例）：逆变器IGBT模块选型主要考虑IGBT模块的电压（及导通压降等）、电流限值、最高开关频率等因数；其它设备要考虑电压电流参数等级及使用寿命，一般厂商选用知名厂商：ABB、LS等。2)软件上：采用先进数子化DSP技术，周全的保护电路来保障系统安全运行可靠。16IGBT功率模块接触器开关排风机防雷器模块吸收电路-1模块吸收电路-217最大功率点跟踪技术（MPPT）光伏电池输出特性随温度、光照条件变化而变化。最大功率点跟踪的过程实质上是一个自寻优过程，即通过微调节光伏电池端电压来控制最大功率的输出。要求：快速、准确和稳定MPPTPLL锁相环电压控制器电流控制器空间矢量调制直流电压指令电流指令电源相位输出电压指令开光信号并网逆变器控制结构图孤岛现象和防护孤岛现象：当电网的部分线路因故障或检修而停电时，停电线路由所连的并网发电装置继续供电，并连同周围的负载构成一个自给供电的孤岛。21锁相同步与功率调节逆变器本体具有并网锁相同步技术，具有与远方指令上行与下传信息功能。iaibicugaugbugcMPPTudcidcudc*ugaugbugcPLL锁相环θLrLgCQ1Q2Q3Q4Q5Q6公共电网MPPT直流电压控制器id有功电流控制器ud*iq无功电流控制器uq*SVPWM空间向量调制SaSbScudciq*id*θ电网电压相位0输出电流总谐波电流谐波测试电流总谐波电流畸变限值检验结果结论〈5%3.5%奇次谐波电流畸变限值检验结果结论3次~9次4.0%2.21%11次~15次2.0%0.27%17次~21次1.5%0.07%23次~33次0.6%0.16%偶次谐波电流畸变限值检验结果2次~8次1.0%0.15%10次~32次0.5%0.02%电压谐波测试电网标称电压:380V电压总谐波畸变率检验结果结论5%4.6%各次谐波电压含有率奇次检验结果4%3.8%偶次检验结果2%1.6%备注满足国标准:1993-2005光伏并网技术要求及国标14549-电能质量公用电网谐波23并网电路拓扑结构大型并网光伏电站配置拓扑图24大型电站设备配置组成太阳电池方阵接线箱直流配电逆变器高低配柜变压器(室内或室外)并网及数据显示和通信2526并网系统的监控及调度技术•IEEE1547规定，功率超过250kW的分布式电源必须安装监测系统，以监视电站的接入状态、有功、无功输出和连接点的电压•大功率逆变器要求具有：接受远方调度指令进行有功输出调节、功率因素的调节、远程开关机功能、低电压穿越功能等27配电设计•汇流箱设计:防雷汇流箱主要用于光伏电站并网系统、离网自发自用系统中，起到光伏组件到逆变器的连接过渡作用，主要用于保护系统的安全性、现场施工的方便与可维护性，特别对于大型光伏并网发电系统，为了减少光伏组件与逆变器之间的连接线、方便维护提高可操作性与安全性，加装汇流箱起到直流的汇集作用，同时通过加装相关装置可起到光伏组件的串联支路的电流电压监测及通断报警功能，产品一般与逆变器做为配套使用，用户根据逆变器的直流输入电压范围，将一定数量的光伏组件进行串联后，多个阵列的光伏组件接入汇流箱进行汇流，由汇流箱内防雷器与断路器保护后输出，大大方便后端逆变器的接入，由汇流箱输出到直流配电单元，再接到逆变器28参考电气图(8进1出防雷汇流箱)直流保险29•直流配电柜设计直流配电柜主要用于对前端防雷汇流箱的支路进行汇流，根据对应逆变器的容量，将一定数量的汇流箱输出进行并联，在每个输入端加装电流显示\加装输入断路器开关\输出端加装防雷装置、电压显示装置\总输出开关装置等，直流配电柜输出总正极、总负极给对应的并网逆变器直流输入处。30直流配电柜参考电气图31光伏组串数设计•1、取决于逆变器的直流输入电压范围和最高允许电压；2、取决于光伏组件的Vm和Voc；3、取决于当地冬季白天最低温度(温度系数的比例关系);•4、根据电池板的规格：30VMP一般设计在20—21串联；36VMP一般设计在16—18串联。48VMP一般设计12-14串联。32•监控通讯介绍•监控系统采用实时数据库系统软件，构建统一的实时数据监管平台，通过采集装置采集电站内所有发电设备的数据，包括以下设备：逆变器、汇流箱、直流柜，环境采集器。实现电站内所连设备数据的实时监视、管理和存贮。•监控系统的主要功能：监控设计33•1）数据采集•2）数据监视•3）通信机制•4）系统管理安全措施•5)数据库功能•6)计算处理功能•7)事件记录及报警•8）报表功能•9)打印功能•10）远程浏览功能34逆变器自带监控软件（界面示意图）35多设备集中监控界面示意图36监控系统的主画面37电站逆变器监视画面38用户终端主画面39远程监控示意图例40高低配电柜设计•接入点方案与配置：前端逆变器系统图10KV公共电网交流配电柜1GA-250K2Q2--270V250KW逆变器250KW逆变器250KW逆变器250KW逆变器250KW逆变器250KW逆变器250KW逆变器250KW逆变器250KW逆变器250KW逆变器交流配电柜2GA-250K2Q2--270V交流配电柜3GA-250K2Q2--270V交流配电柜4GA-250K2Q2--270V交流配电柜5GA-250K2Q2--270V270V/270V/10KV315K/315K/630K41•要求升压变压器为双分裂双绕组,低压侧额定电压为270VAC/270VAC;高压侧额定电压为10KV/35KV;设计容量为500KVA/500KVA/1000KVA/每台变压器42相关设计图高配柜*过流1LH测量高压母线LH零序******地刀DK1DL2DL变压器YBLH零序PTRD2LH3LH3DL*过流1LH测量LH零序******地刀DK1DL2DL变压器YBLH零序PTRD2LH3LH3DL*过流1LH测量LH零序******地刀DK1DL2DL变压器YBLH零序PTRD2LH3LH3DL*过流1LH测量LH零序******地刀DK1DL2DL变压器YBLH零序PTRD2LH3LH3DL*过流1LH测量LH零序******地刀DK1DL2DL变压器YBLH零序PTRD2LH3LH3DL低配柜高配柜高压母线低配柜高配柜高压母线低配柜高配柜高压母线低配柜高配柜高压母线低配柜接到开闭所AH8柜输入点43回1ZKKin-802118117YMbA630C630YMc流及保护量电流路回压电计交路流电YMaYMnN600119120B630护保电流1LHcN411C4111LHaA411**1021011061051LHbB411*1041033LH0L431*零序in-802in-802×××109110N4313LL0L431*10710844215213214口出保护动作保护告警信号输出位置合闸位置跳闸位置TWJ322323HWJHWJTWJ控制母线-KM22控制合位监视保护跳闸操作电源319in-802TBJ315313+KM21317STJTBJ回手动跳闸TQ路手动合闸HQ防跳回路保护合闸1DLSTJTBJVTBJTBJVTBJV314HBJ1DL跳位监视320318316HBJHBJ跳闸出口至CPU主板开入回路204212203开入10开入量324207205206开入92092082102022011DK21DK21KK56GR33311121KK121KK781KK218217MPW-8022202192222211-1LPCKJ3遥控跳闸遥控合闸轻瓦斯油温高就地/远方弹簧未储能1KKMPW-802压力释放超高温高温CKJ1CKJ2K2K3重瓦斯211K1321开入11装置异常21612××或失电4546接入点实物与接线图47电缆布线设计48防雷接地设计电站场地整理1、炉渣铺垫、压实2、只对道路进行处理3、不做任何处理4、依势而建，没有平整。施工建设流程设计建设阶段(续)平整土地Source:PhoenixSolar支架打桩50水泥地基简单地埋直接埋地水泥墩地扦固定建设阶段(续)51Source:PhoenixSolar建设阶段—支架正式安装52电站机房建设预制机房混凝土机房没有机房53电缆铺设54汇流箱安装接线Source:P