1MW光伏并網發(fā)電系統(tǒng)設計方案及財務簡況詳解

1、河北帥康1MW 光伏并網發(fā)電系統(tǒng)設計方案 大連百拓新能源工程有限公司 二O一六年5月5日目 錄一、方案簡介 . .2二、系統(tǒng)組成 . 2三、相關規(guī)范和標準 . 3四、設計過程 . 34.1 并網逆變器 . 34.1.1 技術指標 . 44.2 太陽能電池組件 . 44.3 光伏陣列防雷匯流箱 . . 54.4 直流防雷配電柜 . . 64.5 系統(tǒng)接入電網設計 . 74.6 系統(tǒng)監(jiān)控裝置 . 104.7 環(huán)境監(jiān)測儀 . 124.8 系統(tǒng)防雷接地裝置.12五、系統(tǒng)主要設備配置清單 . 13六、系統(tǒng)原理框圖 . 14七、財務分析.15 項目地址：河北省保定市雄縣 位置：緯度38.98 經度116.

2、1水平輻照年總值：1328.6KWH/傾角輻照年總值：1668.8KWH/占地面積約：10000平方米建設費用約：800萬元首年發(fā)電利用小時數(shù)為;1307小時首年總發(fā)電量為：1307805 kwh首年日發(fā)電量為：3583 kwh25年總發(fā)電量為：29740712 KWH1、 方案簡介 針對1MWp 的太陽能光伏并網發(fā)電系統(tǒng)項目，本公司建議采用分塊發(fā)電、集中并網方案，將系統(tǒng)分成4 個250KW的并網發(fā)電單元，每個250KW 的并網發(fā)電單元都接入10KV 升壓站的0.4KV 低壓配電柜，經過0.4KV/10KV(1250KVA)變壓器升壓裝置，最終實現(xiàn)整個并網發(fā)電系統(tǒng)并入10KV 中壓交流電網。系

3、統(tǒng)的電池組件選用265Wp-36V 單晶硅太陽能電池組件，其工作電壓為35V，開路電壓約為44V。經過計算，每個光伏陣列按照16 塊電池組件串聯(lián)進行設計，250KW 的并網單元需配置4 個光伏陣列，960 塊電池組件,其功率為254.4KWp。則整個1MWp 并網發(fā)電系統(tǒng)需配置240 個電池串,共3840 塊265Wp-36V 電池組件，實際功率約為1.0176MWp。為了減少光伏陣列到逆變器之間的連接線及方便日后維護，建議在室外配置光伏陣列防雷匯流箱，該匯流箱可直接安裝在電池支架上，每個匯流箱可接入6 路太陽能電池串（每個光伏陣列按照16 塊電池組件串聯(lián)），每250KW 并網單元配置10 臺

4、匯流箱，整個1MWp 并網系統(tǒng)需配置40 臺光伏陣列防雷匯流箱。為了將每個250KW 并網單元的10 臺光伏陣列防雷匯流箱的直流輸出匯入直流防雷配電柜后再接入250KW 逆變器，系統(tǒng)需要配置4 臺直流防雷配電柜，每個配電柜直流輸出分別接至250KW 逆變器。整個并網發(fā)電系統(tǒng)按照4個250KW的并網發(fā)電單元進行設計，每個發(fā)電單元配置1臺250KW 逆變器，整個1MWp系統(tǒng)需配置4 臺250KW 逆變器。每臺逆變器的交流輸出(AC380/220V,50Hz)分別接入10KV 升壓站的0.4KV 三相交流低壓配電柜。本系統(tǒng)需配置1 套10KV 升壓站，包含10kV 主變(0.4/10KV, 1250

5、KVA)、10kV 開關柜、0.4KV 開關柜以及直流電源、二次控制柜等裝置，柜與柜之間通過銅排或電纜連接。其中，0.4KV 開關柜應配置4 路三相交流低壓輸入接口(AC380/220V,50Hz)，通過電纜分別接至4 臺250KW 逆變器的交流輸出端，從而實現(xiàn)整個并網系統(tǒng)并入10KV高壓交流電網。 綜上所述，本系統(tǒng)主要由太陽能電池組件、光伏陣列防雷匯流箱、直流防雷配電柜、光伏并網逆變器和10KV升壓站所組成。另外，系統(tǒng)還配置1 套監(jiān)控裝置，用來監(jiān)測系統(tǒng)的運行狀態(tài)和工作參數(shù)。陣列方式為：16 片265Wp 電池組件串聯(lián)一個電池串；6 組電池串并聯(lián)接入一個光伏陣列防雷匯流箱；10 個光伏陣列防雷

6、匯流箱匯入一個直流防雷配電柜；每個直流防雷配電柜輸入一個光伏并網逆變器；4 組光伏并網逆變器輸入10KV 升壓站最后并入電網。二、系統(tǒng)組成1MW 太陽能光伏并網發(fā)電系統(tǒng)主要組成如下：太陽能電池組件及其支架；光伏陣列防雷匯流箱；直流防雷配電柜；光伏并網逆變器（帶工頻隔離變壓器）；10KV 升壓站；系統(tǒng)的通訊監(jiān)控裝置；系統(tǒng)的防雷及接地裝置；土建、配電房等基礎設施；系統(tǒng)的連接電纜及防護材料；三、相關規(guī)范和標準本并網逆變系統(tǒng)的制造、試驗和驗收可參考如下標準：GB 4208 外殼防護等級（IP 代碼）（equ IEC 60529:1998）GB/T 191 包裝儲運圖示標志GB/T 20046-2006

7、 光伏（PV）系統(tǒng)電網接口特性（IEC 61727:2004,MOD）GB/T 19939-2005 光伏系統(tǒng)并網技術要求GB/Z 19964-2005 光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定GB/T 2423.1-2001 電工電子產品基本環(huán)境試驗規(guī)程 試驗A：低溫試驗方法GB/T 14549-1993 電能質量 公用電網諧波GB/T 15543-1995 電能質量 三相電壓允許不平衡度GB/T 2423.2-2001 電工電子產品基本環(huán)境試驗規(guī)程 試驗B：高溫試驗方法GB/T 2423.9-2001 電工電子產品基本環(huán)境試驗規(guī)程 試驗Cb：設備用恒定濕熱試驗方法GB 3859.2-1993 半導體

8、變流器 應用導則四、設計過程4.1 并網逆變器此次光伏并網發(fā)電系統(tǒng)設計為4 個250KW 并網發(fā)電單元，每個250KW 并網發(fā)電單元配置1 臺型號為250KW 并網逆變器，整個系統(tǒng)配置4 臺250KW 并網逆變器，組成1MWp 并網發(fā)電系統(tǒng)。4.1.1 技術指標直流側參數(shù)：額定輸入功率 250KW最大直流電壓 880Vdc最大功率電壓跟蹤范圍 450820Vdc最大直流功率 275kWp最大輸入電流 600A交流側參數(shù)輸出功率 250kW額定電網電壓 400Vac允許電網電壓 310450Vac額定電網頻率 50Hz60Hz允許電網頻率 4751.5Hz/5761.5Hz總電流波形畸變率 &l

9、t; 3% (額定功率)功率因素 0.99（額定功率）系統(tǒng)最大效率 97.1%歐洲效率 96.5%防護等級 IP20（室內）夜間自耗電 <100W允許環(huán)境溫度 -25+55冷卻方式 風冷允許相對濕度 095%，無冷凝允許最高海拔 6000 米4.2 太陽能電池組件本系統(tǒng)選用單塊為265Wp（36V）單晶硅太陽能電池組件，其工作電壓為35V，開路電壓約為44V。250KW 并網逆變器的直流工作電壓范圍為：450Vdc820Vdc，最佳直流電壓工作點為：560Vdc。經過計算:560V/35V=16,得出：每個光伏陣列可采用16 塊電池組件串聯(lián)。每個光伏陣列的峰值工作電壓：560V，開路電壓

10、：704V，滿足逆變器的工作電壓范圍。對于每個250KW 并網發(fā)電單元，需要配置960 塊265Wp 電池組件，組成4 個光伏陣列。整個1MWp 并網系統(tǒng)需配置3840 塊265Wp 電池組件。注： 由1 6片2 6 5 W組件組成一個陣列。4.3 光伏陣列防雷匯流箱為了減少光伏陣列到逆變器之間的連接線及方便日后維護，在室外配置光伏陣列防雷匯流箱，該匯流箱可直接安裝在電池支架上。光伏陣列防雷匯流箱的性能特點如下：戶外壁掛式安裝，防水、防銹、防曬，滿足室外安裝使用要求；可同時接入6 路光伏陣列，每路光伏陣列的最大允許電流為10A；光伏陣列的最大開路電壓值為DC900V；每路光伏陣列配有光伏專用高

11、壓直流熔絲進行保護，其耐壓值為DC1000V；直流輸出正負極之間配有光伏專用高壓防雷器，進行防雷；直流輸出母線端配有可分斷的直流斷路器；每個250KW 并網單元配置10 臺匯流箱，整個1MWp 并網系統(tǒng)需配置40 臺光伏陣列防雷匯流箱。4.4 直流防雷配電柜太陽電池陣列通過光伏陣列防雷匯流箱在室外進行匯流后，通過電纜接至配電房的直流防雷配電柜再進行一次總匯流，每個250KW 并網單元配置1 臺直流防雷配電柜。每臺直流配電單元接入10 臺光伏陣列防雷匯流箱，匯流后接至250KW 逆變器。整個并網系統(tǒng)需配置4 臺直流防雷配電柜。4.5 系統(tǒng)接入電網設計（1）系統(tǒng)概述本系統(tǒng)采用的250KW 并網逆變

12、器適合于直接并入三相低壓交流電網（AC380V/50Hz），由于整個系統(tǒng)需要并入10KV 的交流中壓電網，所以本系統(tǒng)需配置1 套10KV 升壓站，該升壓站主要包含10KV 主變(0.4/10KV,1250KW)、10KV 開關柜、0.4KV 開關柜以及直流電源、二次控制柜等裝置。系統(tǒng)配置4 臺250KW 并網逆變器的交流輸出直接接入變電站的0.4KV 開關柜，經交流低壓母線匯流后通過10KV主變(0.4/10KV, 1MWp)并入10KV 中壓交流電網，從而最終實現(xiàn)系統(tǒng)的并網發(fā)電功能。（2）重要單元的選擇10/0.4KV 配電變壓器的保護10/0.4KV 配電變壓器的保護配置采用負荷開關加高遮

13、斷容量后備式限流熔斷器組合的保護配置，既可提供額定負荷電流，又可斷開短路電流，并具備開合空載變壓器的性能，能有效保護配電變壓器系統(tǒng)中采用的負荷開關, 通常為具有接通、隔斷和接地功能的三工位負荷開關。變壓器饋線間隔還增加高遮斷容量后備式限流熔斷器來提供保護。這是一種簡單、可靠而又經濟的配電方式。開合空載變壓器的性能好。本系統(tǒng)中10KV 接入配電的負荷為1MWp 的10/0.4KV 配電變壓器，其空載電流一般為額定電流的2%左右。有效保護配電變壓器，特別是對于油浸變壓器，采用負荷開關加高遮斷容量后備式限流熔斷器比采用斷路器更為有效，有時后者甚至并不能起到有效的保護作用。有關資料表明，當油浸變壓器發(fā)

14、生短路故障時，電弧產生的壓力升高和油氣化形成的氣泡會占據(jù)原屬于油的空間，油會將壓力傳給變壓器油箱體，隨短路狀態(tài)的繼續(xù)，壓力進一步上升，致使油箱體變形和開裂。為了不破壞油箱體，必須在20 ms 內切除故障。如采用斷路器，因有繼電保護再加上自身動作時間和熄弧時間，其全開斷時間一般不會少于60 ms，這就不能有效地保護變壓器。而高遮斷容量后備式限流熔斷器具有速斷功能，加上其具有限流作用，可在10 ms 之內切除故障并限制短路電流，能夠有效地保護變壓器。因此，應采用高遮斷容量后備式限流熔斷器而盡量不用斷路器來保護電器，即便負荷為干式變壓器，因熔斷器保護動作快，也比用斷路器好。從繼電保護的配合來講，在大

15、多數(shù)情況下，沒有必要在接入柜中采用斷路器，這是因為10KV 配電網絡的首端斷路器(即110 kV 或220 kV 變電站的10KV 饋出線斷路器)的保護設置一般為：速斷保護的時間為0s，過流保護的時間為0.5s，零序保護的時間為0.5s。若環(huán)網柜中采用斷路器，即使整定時間為0s 動作，由于斷路器固有動作時間分散，也很難保證環(huán)網柜中的斷路器而不是上一級斷路器首先動作。高遮斷容量后備式限流熔斷器可對其后所接設備，如電流互感器、電纜等都可提供保護。高遮斷容量后備式限流熔斷器的保護范圍可在最小熔化電流(通常為熔斷器額定電流的23 倍)到最大開斷容量之間。限流熔斷器的電流-時間特性，一般為陡峭的反時限曲

16、線，短路發(fā)生后，可在很短的時間內熔斷，切除故障。如果采用斷路器作保護。必定使其它電器如電纜、電流互感器、變壓器套管等元件的熱穩(wěn)定要求大幅度提高，加大了電器設備的造價，增大工程費用。在這里，同時需要注意在采用負荷開關加高遮斷容量后備式熔斷器組合時，兩者之間要很好地配合，當熔斷器非三相熔斷時，熔斷器的撞針要使負荷開關立即聯(lián)跳，防止缺相運行。高遮斷容量后備式限流熔斷器的選擇由于光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的造價昂貴，在發(fā)生線路故障時，要求線路切斷時間短，以保護設備。熔斷器的特性及使用作為線路保護的優(yōu)缺點分析。選用性能優(yōu)良的熔斷器，如美國S C 公司的熔斷器及熔絲，該類產品具有如下特性：具有精確的時間-電流特性（

17、可提供精確的始熔曲線和熔斷曲線）；有良好的抗老化能力；達到熔斷值時能夠快速熔斷；要有良好的切斷故障電流能力，可有效切斷故障電流根據(jù)以上特性，可以把該熔斷器作為線路保護，和并網逆變器以及整個光伏并網系統(tǒng)的保護使用，并通過選擇合適的熔絲曲線和配合，實現(xiàn)上級熔斷器與下級熔斷器及熔斷器與變電站保護之間的配合。線路安裝熔斷器保護后，為了實現(xiàn)熔斷器保護與變電站內線路保護之間的配合，必須對站內線路保護的電流定值和時間做出調整，把線路電流速斷保護動作時間延時0.1s，過電流時間取0.5s，保護定值做如下調整：根據(jù)線路負荷情況選定熔絲大小，根據(jù)熔絲的熔斷曲線，選擇熔絲在0.5s 以內熔斷的電流值，作為線路的過電

18、流保護定值，核對該定值能可靠躲過線路最大負荷并在最小運行方式下，線路末端兩相短路時有足夠的靈敏度（該靈敏系數(shù)1.5 時，過流保護定值即為合格）。在滿足以上條件的前提下適當提高線路過電流保護定值，以保證故障電流達到過電流定值時，熔絲熔斷，而斷路器不需要跳閘。根據(jù)該熔絲熔斷曲線，選擇熔絲在0.1s 以內熔斷的電流值，作為線路的電流速斷保護定值，核對該定值在最小運行方式下，10KV 母線兩相短路時的靈敏度（該靈敏系數(shù)2 時，速斷值即為合格）。在滿足以上條件的前提下適當提高線路速斷保護定值，以保證故障電流達到速斷定值時，熔絲熔斷，變電站斷路器不跳閘。對于10KV 線路保護，3-110kV 電網繼電保護

19、裝置運行整定規(guī)程要求：除極少數(shù)有穩(wěn)定問題的線路外，線路保護動作時間以保護電力設備的安全和滿足規(guī)程要求的選擇性為主要依據(jù)，不必要求速動保護快速切除故障。通過選用性能優(yōu)良的熔斷器，能夠大大提高線路在故障時的反應速度，降低事故跳閘率，更好地保護整個光伏并網發(fā)電系統(tǒng)。（3）中壓防雷保護單元該中壓防雷保護單元選用復合式過電壓保護器，可有效限制大氣過電壓及各種真空斷路器引起的操作過電壓，對相間和相對地的過電壓均能起到可靠的限制作用。該復合式過電壓保護器不但能保護截流過電壓、多次重燃過電壓及三相同時開斷過電壓，而且能保護雷電過電壓。過電壓保護器采用硅橡膠復合外套整體模壓一次成形，外形美觀，引出線采用硅橡膠高

20、壓電纜，除四個線鼻子為裸導體外，其他部分被絕緣體封閉，故用戶在安裝時，無需考慮它的相間距離和對地距離。該產品可直接安裝在高壓開關柜的底盤或互感器室內。安裝時，只需將標有接地符號單元的電纜接地外，其余分別接A、B、C三相即可。設置自控接入裝置對消除諧振過電壓也具有一定作用。當諧振過電壓幅值高至危害電氣設備時，該防雷模塊接入電網，電容器增大主回路電容，有利于破壞諧振條件，電阻阻尼震蕩，有利于降低諧振過電壓幅值。所以可以在高次諧波含量較高的電網中工作，適應的電網運行環(huán)境更廣。另外，該防雷單元可增設自動控制設備，如放電記錄器，清晰掌控工作動作狀況?？梢耘渲米詣用撾x裝置，當設備過壓或處于故障時，脫離開電

21、網，確保正常運行。（4）中壓電能計量表中壓電能計量表是真正反應整個光伏并網發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量的計量裝置，其準確度和穩(wěn)定性十分重要。采用性能優(yōu)良的高精度電能計量表至關重要。為保證發(fā)電數(shù)據(jù)的安全，建議在高壓計量回路同時裝一塊機械式計量表，作為IC 式電能表的備用或參考。該電表不僅要有優(yōu)越的測量技術，還要有非常高的抗干擾能力和可靠性。同時，該電表還可以提供靈活的功能：顯示電表數(shù)據(jù)、顯示費率、顯示損耗（ZV）、狀態(tài)信息、警報、參數(shù)等。 此外，顯示的內容、功能和參數(shù)可通過光電通訊口用維護軟件來修改。通過光電通訊口，還可以處理報警信號，讀取電表數(shù)據(jù)和參數(shù)。4.6 系統(tǒng)監(jiān)控裝置采用高性能工業(yè)控制PC 機作為系統(tǒng)

22、的監(jiān)控主機，配置光伏并網系統(tǒng)多機版監(jiān)控軟件，采用RS485 通訊方式，連續(xù)每天24 小時不間斷對所有并網逆變器的運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)進行監(jiān)測。監(jiān)控主機系統(tǒng)特點如下：嵌入式低功耗Pentium M 處理器 CRT/LVDS 接口以太網接口 RS232/485 接口 USB2.0 512M 內存 80G 硬盤工控機和光伏并網逆變器之間的通訊采用RS485 總線通訊方式。(2)光伏并網系統(tǒng)的監(jiān)測軟件可連續(xù)記錄運行數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)如下：實時顯示電站的當前發(fā)電總功率、日總發(fā)電量、累計總發(fā)電量、累計CO2 總減排量以及每天發(fā)電功率曲線圖?？刹榭疵颗_逆變器的運行參數(shù)，主要包括：A、直流電壓B、直流電流C、直流功率D

23、、交流電壓E、交流電流F、逆變器機內溫度G、時鐘H、頻率J、當前發(fā)電功率K、日發(fā)電量L、累計發(fā)電量M、累計CO2 減排量N、每天發(fā)電功率曲線圖監(jiān)控所有逆變器的運行狀態(tài)，采用聲光報警方式提示設備出現(xiàn)故障，可查看故障原因及故障時間，監(jiān)控的故障信息至少包括以下內容：A、電網電壓過高；B、電網電壓過低；C、電網頻率過高；D、電網頻率過低；E、直流電壓過高；F、逆變器過載；G、逆變器過熱；H、逆變器短路；I、散熱器過熱；J、逆變器孤島；K、DSP 故障；L、通訊失??；(3)監(jiān)控軟件具有集成環(huán)境監(jiān)測功能，主要包括日照強度、風速、風向、室外和室內環(huán)境溫度和電池板溫度等參量。(4)監(jiān)控裝置可每隔5 分鐘存儲一

24、次電站所有運行數(shù)據(jù)，可連續(xù)存儲20 年以上的電站所有的運行數(shù)據(jù)和所有的故障紀錄。(5)可提供中文和英文兩種語言版本。(6)可長期24 小時不間斷運行在中文WINDOWS 2000，XP 操作系統(tǒng)。 (7)監(jiān)控主機同時提供對外的數(shù)據(jù)接口，即用戶可以通過網絡方式，異地實時查看整個電源系統(tǒng)的實時運行數(shù)據(jù)以及歷史數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)。(8)顯示單元可采用大液晶電視，具有非常好的展示效果。4.7 環(huán)境監(jiān)測儀本系統(tǒng)配置1 套環(huán)境監(jiān)測儀，用來監(jiān)測現(xiàn)場的環(huán)境情況：該裝置由風速傳感器、風向傳感器、日照輻射表、測溫探頭、控制盒及支架組成，適用于氣象、軍事、船空、海港、環(huán)保、工業(yè)、農業(yè)、交通等部門測量水平風參量及太陽輻射

25、能量的測量。可測量環(huán)境溫度、風速、風向和輻射強度等參量，其RS485 通訊接口可接入并網監(jiān)控裝置的監(jiān)測系統(tǒng)，實時記錄環(huán)境數(shù)據(jù)。4.8 系統(tǒng)防雷接地裝置為了保證本工程光伏并網發(fā)電系統(tǒng)安全可靠，防止因雷擊、浪涌等外在因素導致系統(tǒng)器件的損壞等情況發(fā)生，系統(tǒng)的防雷接地裝置必不可少。系統(tǒng)的防雷接地裝置措施有多種方法，主要有以下幾個方面供參考：（1）地線是避雷、防雷的關鍵，在進行配電室基礎建設和太陽電池方陣基礎建設的同時，選擇電廠附近土層較厚、潮濕的地點，挖12 米深地線坑，采用40 扁鋼，添加降阻劑并引出地線，引出線采用10mm2 銅芯電纜，接地電阻應小于4 歐姆。（2）在配電室附近建一避雷針，高15 米，并單獨做一地線，方法同上，配電室在地下室不需要避雷針。（3）直流側防雷措施：電池支架應保證良好的接地，太陽能電池陣列連接電纜接入光伏陣列防雷匯流箱，匯流箱內含高壓防雷器保護裝置，電池陣列匯流后再接入直流防雷配電柜，經過多級防雷裝置可有效地避免雷擊導致設備的損壞。（3）交流側防雷措施：每臺逆變器的交流輸出經0.4KV 開關柜接入電網，10KV 變電站應配置防雷裝置，有效地避免雷擊和電網浪涌導致設備的損壞，且所有的機柜要有良好的接地?！咀ⅰ?對于本系統(tǒng)的防雷及接地裝置，應由專業(yè)設計人員進行設計。五、系統(tǒng)主要設備配置清單序號名稱型號規(guī)格數(shù)量備注1太陽電池組件(及電池支架)2