并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)工程工設(shè)計案列

1、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)工程設(shè)計實例實例1 10 kW并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計太陽能并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計的總則是：(1)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的配電系統(tǒng)是在原有的基礎(chǔ)上增加的，采取盡量不改造原有配電回路的原則。因此，將光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)點選擇在低壓配電柜上。(2)考慮到并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)在安裝及使用過程中的安全性及可靠性，在并網(wǎng)逆變器直流輸人端加裝直流配電接線箱。(3)并網(wǎng)逆變器采用三相四線制輸出方式。1.并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)組成10kW級的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)采用集中并網(wǎng)方案，通過1臺SGLOK3并網(wǎng)逆變器接AC380 V/50 Hz三相交流低壓電網(wǎng)進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要組成包括：太陽能電池組件及其支架；

2、直流防雷配電柜；光伏并網(wǎng)逆變器(帶工頻隔離)；交流防雷配電柜；系統(tǒng)通信及監(jiān)控裝置；系統(tǒng)發(fā)電計量裝置；系統(tǒng)防雷接地裝置；土建及配電房等基礎(chǔ)設(shè)施；整個系統(tǒng)的電纜連接線。10 kw級的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽電池子陣列采取經(jīng)過直流防雷配電柜匯流后輸入到光伏并網(wǎng)逆變器，再經(jīng)過交流防雷配電柜接入AC 220 V/50 Hz三相交流低壓電網(wǎng)。另外系統(tǒng)配有通信軟件和監(jiān)控裝置，實時監(jiān)測系統(tǒng)的運行狀態(tài)和工作參數(shù)，并存儲相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)。2.光伏并網(wǎng)逆變器的選擇針對10 kW的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，整個系統(tǒng)選用型號為SG10K3的光伏并網(wǎng)逆變器1臺。SG10K3光伏并網(wǎng)逆變器采用美國T1公司32位專用DSP(LF2407

3、A)控制芯片，主電路采用智能功率IPM模塊，運用電流控制型PWM有源逆變技術(shù)和優(yōu)質(zhì)高效隔離變壓器，實現(xiàn)太陽能電池陣列和電網(wǎng)之間的相互隔離，可靠性高，保護(hù)功能齊全，且具有電網(wǎng)側(cè)高功率因數(shù)正弦波電流、無諧波污染供電等特點。該并網(wǎng)逆變器的主要技術(shù)性能特點如下：(1)具有直流輸人手動分?jǐn)嚅_關(guān)，交流電網(wǎng)手動分?jǐn)嚅_關(guān)。(2)具有先進(jìn)的孤島效應(yīng)檢測方案。(3)具有過載、短路、電網(wǎng)異常等故障保護(hù)及告警功能。(4)寬直流輸人電壓范圍(220450 V)，整機(jī)效率高達(dá)93%。(5)人性化的LCD液晶界面，通過按鍵操作，液晶顯示屏(LCD)可清晰顯示實時信息。(6)逆變器具有完善的監(jiān)控功能能存儲運行數(shù)據(jù)、實時故障數(shù)

4、據(jù)、歷史故障數(shù)據(jù)、總發(fā)電量數(shù)據(jù)、歷史發(fā)電量數(shù)據(jù)。(7)可提供RS-485或Ethernet（以太網(wǎng)）遠(yuǎn)程通信接口，其中RS-485遵循Modbus通信協(xié)議；Ethernet（以太網(wǎng)）接口支持TCP/IP協(xié)議，支持動態(tài)(DHCP)或靜態(tài)獲取IP地址。SG10K3并網(wǎng)逆變器技術(shù)參數(shù)見表6-26。SG10K3并網(wǎng)逆變器技術(shù)參數(shù)型 號SG10K3夜間自耗電10W隔離方式工頻變壓器保護(hù)功能極性反接保護(hù)、短路保護(hù)、孤島效應(yīng)保護(hù)、過熱保護(hù)、直流過載保護(hù)、接地保護(hù)等最大太陽電池陣列功率12kW通信接口RS-485或以太網(wǎng)（選配）最大陣列開路電壓450V DC使用環(huán)境溫度-10+40太陽電池最大功率點跟蹤（MP

5、PT）范圍220450V DC使用環(huán)境濕度095%，不結(jié)露最大陣列輸入電流50A噪聲45dBMPPT精度99%尺寸（深×寬×高）350mm×569mm×243mm額定交流輸出功率10kW防護(hù)等級IP20（室內(nèi)）總電流波形畸變率3%（額定功率時）電網(wǎng)監(jiān)控按照UL1741標(biāo)準(zhǔn)功率因數(shù)電磁兼容EN50081 part1，EN50082 part1最大效率94%電磁干擾EN6-1000-3-4允許電網(wǎng)電壓范圍（三相）320440VAC認(rèn)證CE允許電網(wǎng)頻率范圍47注：從太陽能電池組件到接線箱、從接線箱到逆變器以及從逆變器到并網(wǎng)交流配電柜的電力電纜應(yīng)盡可能保持在最短

6、距離，減小線路的壓降損失，提高系統(tǒng)的輸出能量；減小電纜尺寸以降低成本，同時減輕屋頂負(fù)荷并增加其靈活性；由于連接電纜的長度較長，應(yīng)盡可能按最短距離布置電纜。通常，在進(jìn)行太陽能光伏電站設(shè)計時，需要將直流部分的線路損耗控制在3%4%。3.太陽電池陣列的設(shè)計根據(jù)10 kW的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝地點的氣象信息，選用的單塊太陽能電池組件的主要技術(shù)參數(shù)如下：功率為180W：開路電壓為40V：最佳工作電壓為34V。如采用180W組件，單串太陽能電池的太陽能電池組件構(gòu)成一個串列，串聯(lián)的組件數(shù)量NS=280/348（塊），這樣單個太陽能電池陣列的功率PC=8×180 W=1440 W；一臺SG10K3逆

7、變器需要配置太陽電池子串列的數(shù)量NP=10000/14407(組)，則10 kW的太陽電池陣列單元設(shè)計為7個串列并聯(lián)，共計56塊太陽能電池組件，實際功率達(dá)到10080 W。共需要56塊180 W的太陽能電池組件，組成7個太陽能電池陣列。4.直流、交流防雷配電柜設(shè)計系統(tǒng)配置1臺直流防雷配電柜，按照1個10 kW的直流配電單元進(jìn)行設(shè)計，每個直流配電單元經(jīng)過直流斷路器和防雷器后輸入到SG10K3的光伏并網(wǎng)逆變器。系統(tǒng)配置1臺交流防雷配電柜，按照1個10 kW的交流配電單元進(jìn)行設(shè)計，每臺逆變器的交流輸出接入交流配電柜，經(jīng)交流斷路器并入單相交流低壓電網(wǎng)。交流配電柜配有交流電壓表和電流表，可以直觀地顯示電

8、網(wǎng)側(cè)電壓及電流，配置電度表用來計量系統(tǒng)的發(fā)電量，并在電網(wǎng)側(cè)配置總防雷器。5.監(jiān)控裝置系統(tǒng)采用高性能工業(yè)控制PC作為系統(tǒng)的監(jiān)控主機(jī)，可以連續(xù)每天24 h不間斷對所有的并網(wǎng)逆變器進(jìn)行運行數(shù)據(jù)的監(jiān)測。工控機(jī)和所有光伏并網(wǎng)逆變器之間的通信可采用RS-485總線或Ethemet(以太網(wǎng))。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的監(jiān)測軟件使用光伏并網(wǎng)系統(tǒng)專用網(wǎng)絡(luò)版監(jiān)測軟件SPS-PVNET。該軟件可連續(xù)記錄運行數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)。選用大的液晶電視作為顯示輸出接口，這樣將具有非常好的顯示效果。實例2 100 kW并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計1) 集中并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)2) 屋頂支架系統(tǒng)3) 數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)關(guān)鍵

9、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和氣象數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)由集中并網(wǎng)逆變器采集存儲，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要采集直流側(cè)電壓、電流，電網(wǎng)各相電壓、電流，毎日發(fā)電量、總發(fā)電量等；氣象數(shù)據(jù)則由專門采集系統(tǒng)進(jìn)行采集存儲，氣象數(shù)據(jù)采集包括傾斜面輻照、水平面輻照、散射輻照、直接輻射、風(fēng)向、風(fēng)速、雨量、環(huán)境溫度、組件溫度等有關(guān)數(shù)據(jù)。兩套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過RS-485通信可在上位PC監(jiān)控系統(tǒng)顯示存儲的數(shù)據(jù)和信息及系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并可以通過衛(wèi)星發(fā)射器進(jìn)行異地遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。4) 交流升壓變壓器根據(jù)單臺逆變器的容量大小，升壓變壓器選擇如下：SC9-400/1011±2×%/ kv；空

10、載損耗960W；負(fù)載損耗(120)4210W；阻抗電壓4V；空載電流；噪聲48dB；外形尺寸(本體)為1320mm×760mm×1390mm。變壓器的技術(shù)參數(shù)/技術(shù)規(guī)范：電壓等級635 kW;容量范圍3010000 kV·A；調(diào)壓方式為無勵磁調(diào)壓或有載調(diào)壓(配真空或空氣有載開關(guān))；分接范圍為±2×%(無勵磁調(diào)壓)、±4×%(有載調(diào)壓)或其他；頻率為50Hz或60Hz；相數(shù)為三相；連接組別為Yyn0,Dynll,Yd11或其他；短路阻抗為標(biāo)準(zhǔn)阻抗或用戶要求；使用環(huán)境為相對濕度100%，環(huán)境溫度不高于40；溫升限值為100K；冷

11、卻方式為自冷(AN)或風(fēng)冷(AF)；防護(hù)等級為IP00、IP20(戶內(nèi))、IP23(戶外）；絕緣等級為F級；絕緣水平為10kV級工頻耐壓35 kV、沖擊耐壓75 kV,20 kV級工頻耐壓50 kV、沖擊耐壓125 kV,35 kV級工頻耐壓70 kV、沖擊耐壓170 kV。5) 并網(wǎng)接入點的選擇對于大型公用建筑BIPV系統(tǒng)的建設(shè)，常需要考慮到該建筑的現(xiàn)有電力設(shè)施以及電力負(fù)載的實際情況，對于并網(wǎng)接入點數(shù)量以及位置的選擇的基本原則是：(1)對于光伏系統(tǒng)的并網(wǎng)接入方式，其基本原則是首先滿足本地負(fù)載的需求，在滿足本地負(fù)載需求之后才將多余的電能輸入電網(wǎng)。因為公用電網(wǎng)的電力分配和傳輸是有能量損耗的，目前

12、我國的電網(wǎng)的傳輸能量損耗比較大，達(dá)到5%10%。所以對于光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)的電能，基本做法是就地產(chǎn)生，就地消耗，這樣能夠提高能源的利用率，減少能源在傳輸中無謂的損失。(2)保證光伏發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)電的電力分配與負(fù)載的實際工作情況相匹配，盡量使得光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電曲線和負(fù)載的需求曲線相一致，最大限度地提高光伏電能的利用效能；常見的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)一般選擇一個并網(wǎng)點集中并網(wǎng)，但是大型公共建筑通常有比較大的電力供應(yīng)系統(tǒng)，根據(jù)實際需要可以選擇多個并網(wǎng)點，均衡匹配多臺供電變壓器的負(fù)荷，以免集中于單個變壓器時出現(xiàn)逆流。根據(jù)使用的逆變器的情況，可以考慮使用4個或4個以上的并網(wǎng)接入點。實例4 300 kw并網(wǎng)光伏發(fā)

13、電系統(tǒng)設(shè)計1.系統(tǒng)組成并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)主要組成如下：太陽能電池組件及其支架；太陽能電池陣列防雷匯流箱；直流防雷配電柜；光伏并網(wǎng)逆變器(帶工頻隔離變壓器)；系統(tǒng)的通信監(jiān)控裝置；系統(tǒng)的防雷及接地裝置；土建、配電房等基礎(chǔ)設(shè)施；系統(tǒng)的連接電纜及防護(hù)材料。2.方案一將系統(tǒng)分成3個100 kw的并網(wǎng)發(fā)電單元，通過3臺SG100K3(100 kw)并網(wǎng)逆變器接入 kv交流電網(wǎng)，實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電功能；系統(tǒng)的太陽能電池組件可選用國產(chǎn)功率為210 W的多晶硅太陽能電池組件，其工作電壓約為，開路電壓約為。根據(jù)SG100K3并網(wǎng)逆變器的MPPT工作電壓范圍(450820 V)，每個太陽能電池陣列按照20塊太陽能電池組件串

14、聯(lián)進(jìn)行設(shè)計，300kW的并網(wǎng)單元需配置72個太陽能電池組件，共1440塊太陽能電池組件，其功率為。為了減少太陽能電池組件到逆變器之間的連接線，以及方便維護(hù)操作，直流側(cè)采用分段連接，逐級匯流的方式連接，即通過太陽能電池陣列防雷匯流箱(簡稱“匯流箱”)將太陽能電池陣列進(jìn)行匯流。此系統(tǒng)還要配置直流防雷配電柜，該配電柜包含了直流防雷配電單元。其中，直流防雷配電單元是將匯流箱進(jìn)行配電匯流，分別接入3臺SG100K3逆變器；經(jīng)三相計量表后接入電網(wǎng)。另外，系統(tǒng)應(yīng)配置1套監(jiān)控裝置，可采用RS-485或Ethernet（以太網(wǎng)）的通信方式，實時監(jiān)測并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的運行參數(shù)和工作狀態(tài)。方案一并網(wǎng)發(fā)電示意圖如圖6-3

15、0所示。1)太陽能電池陣列匯流箱的設(shè)計(PVS-8M)針對總體設(shè)計“方案一”中逆變器和太陽能電池組件的選擇，配置型號為PVS-8M防雷匯流箱9臺，其有8路直流輸人，匯流箱的每路均有電流檢測。該匯流箱的接線方式為8進(jìn)1出，即把相同規(guī)格的8路太陽能電池陣列輸入經(jīng)匯流后輸出1路直流。該匯流箱具有以下特點：(1)防護(hù)等級IP65，防水、防灰、防銹、防曬，能夠滿足室外安裝使用要求。(2)可同時接入8路太陽能電池陣列，每路太陽能電池陣列的允許最大電流10 A。(3)寬直流電壓輸入范圍，最大接入開路電壓可達(dá)1000 V。(4)每路太陽能電池陣列的正負(fù)極都配有光伏專用高壓直流熔絲進(jìn)行保護(hù)。(5)匯流箱配有8路

16、電流監(jiān)控裝置，對每1路太陽能電池陣列進(jìn)行電流監(jiān)控，通過RS-485通信接口上傳到上位機(jī)監(jiān)控裝置。(6)直流輸出母線的正極對地、負(fù)極對地、正負(fù)極之間配有光伏專用防雷器。(7)直流輸出母線端配有可分?jǐn)嗟闹绷鲾嗦菲?。匯流箱的電氣原理框圖如圖6-31所示。2)直流防雷配電柜的設(shè)計(PMD-D300K)太陽能電池陣列匯流箱通過電纜接入到直流防雷配電柜，按照1個300 kw并網(wǎng)發(fā)電單元進(jìn)行設(shè)計，需要配置1臺直流防雷配電柜PMD-D300K(300 kw)，主要是將匯流箱輸出的直流電纜接入后，經(jīng)直流斷路器和防反二極管匯流、防雷，再分別接入3臺SG100K3(100 kw)并網(wǎng)逆變器，以方便操作和維護(hù)。電氣原

17、理框圖如圖6-32所示。3)并網(wǎng)逆變器(SG100K3)SG100K3(100 kw)光伏并網(wǎng)逆變器智能化程度高，每天自動啟停工作，無需人為控制。采用美國TI公司32位專用DSP控制芯片精確控制并網(wǎng)逆變器；主電路采用先進(jìn)的智能功率IPM模塊，運用電流控制型PWM有源逆變技術(shù)和優(yōu)質(zhì)高效隔離變壓器，可靠性高，保護(hù)功能齊全，且具有電網(wǎng)側(cè)高功率因數(shù)正弦波電流、無諧波污染供電等特點。該并網(wǎng)逆變器的主要性能特點如下:(1)寬直流輸入電壓范圍，最高可達(dá)1000 V(可選)。(2)最高轉(zhuǎn)換效率達(dá)%。(3)最大功率點跟蹤(MPPT)效率%。(4)精確的輸出電能計量。(5)具有先進(jìn)的孤島效應(yīng)檢測方案及完善的監(jiān)控功

18、能；完善的保護(hù)功能。(6)模塊化設(shè)計，方便安裝與維護(hù)；適應(yīng)高海拔應(yīng)用(6000 m)。(7)人性化的LCD人機(jī)界面，中英文菜單，可實時顯示各項運行數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)、歷史故障數(shù)據(jù)、總發(fā)電量數(shù)據(jù)和歷史發(fā)電量數(shù)據(jù)。(8)提供RS-485(標(biāo)配)或以太網(wǎng)(選配)通信接口。并網(wǎng)逆變器通過三相橋式變換器，將太陽能電池陣列輸出直流電壓變換為高頻的三相斬波電壓，并通過濾波器濾波變成正弦波電壓輸入至三相變壓器隔離升壓后并入電網(wǎng)。為了使太陽能電池陣列以最大功率發(fā)電，在直流側(cè)使用了先進(jìn)的MPPT(最大功率點跟蹤)算法。SG100 K3技術(shù)指標(biāo)見表6-31。SG100 K3技術(shù)指標(biāo)型 號SG100K3型號SG100K3

19、隔離方式工頻變壓器夜間自耗電30W最大太陽能電池陣列功率110kW額定電網(wǎng)電壓400 VAC最大陣列開路電壓880 VDC允許電網(wǎng)電壓范圍（三相）330450 VAC太陽電池最大功率點跟蹤（MPPT）范圍480820 VDC額定電網(wǎng)頻率50 Hz/60Hz最大陣列輸入電流250A保護(hù)功能極性反接保護(hù)、短路保護(hù)、孤島效應(yīng)保護(hù)、過熱保護(hù)、過載保護(hù)、接地保護(hù)等最大輸入路數(shù)6通信接口RS-485標(biāo)配、以太網(wǎng)（選配）、GRPS（選配）MPPT精度99%使用環(huán)境溫度-20+55額定交流輸出功率100kW使用環(huán)境濕度095%，不結(jié)露總電流波形畸變率3%（額定功率時）冷卻方式風(fēng)冷功率因數(shù)噪聲60dB最大效率%

20、（含變壓器）尺寸（深×寬×高）1020mm×1964mm×770mm歐洲效率%（含變壓器）防護(hù)等級IP20（室內(nèi)）允許電網(wǎng)頻率范圍4757重量900kg3. 方案二將系統(tǒng)分為6個50kW的并網(wǎng)發(fā)電單元，通過6臺SG50K3（50kW）并網(wǎng)逆變器接入交流電網(wǎng)，實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電功能。4. 監(jiān)控裝置5. 接入電網(wǎng)方案本系統(tǒng)采用的三相并網(wǎng)逆變器直接并入三相低壓交流電網(wǎng)（AC 380V,50 Hz），使用獨立的N線和接地線，適應(yīng)的電網(wǎng)參數(shù)見表6-33。表6-33 電網(wǎng)參數(shù)序 號項 目內(nèi) 容1配電系統(tǒng)方式TN-S母線（獨立的N線和PE線）2系統(tǒng)電壓AC380/220V3額定頻率50 Hz4系統(tǒng)接入方式中性點直接接地6. 接地及防雷為了保證并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)安全可靠，防止因雷擊、浪涌等外在因素導(dǎo)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?？筛鶕?jù)整個系統(tǒng)情況合理設(shè)計交流防雷配電、接地裝置及防雷措施。系統(tǒng)的防雷接地裝置措施有：(1)地線是避雷、防雷的關(guān)鍵，在進(jìn)行配電室基礎(chǔ)建設(shè)和太陽能電池方陣基礎(chǔ)建設(shè)的同時，選擇在配電室附近土層較厚、潮濕的地點，挖12 m深地線坑，采用40 mm × 40 mm扁鋼，添加降阻劑并引