并網(wǎng)光伏電站基本結構、系統(tǒng)組成、主要設備及性能簡介

并網(wǎng)光伏電站基本結構、系統(tǒng)組成、主要設備及性能簡介2014年12月2024年3月5日1目錄1、并網(wǎng)光伏電站原理與基本結構2、并網(wǎng)光伏電站基礎結構部分3、并網(wǎng)光伏電站電氣部分4、并網(wǎng)光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)2024年3月5日21、并網(wǎng)光伏電站原理與基本結構光伏電站安裝規(guī)模小型光伏電站系統(tǒng)：安裝容量小于等于1MWp；中型光伏電站系統(tǒng)：安裝容量大于1MWp小于等于30MWp；大型光伏電站系統(tǒng)：安裝容量大30MWp。接入電網(wǎng)電壓安裝等級0.4kV光伏電站；10~35kV光伏電站；≥66kV光伏電站。1.1光伏電站分類及特點2024年3月5日31、并網(wǎng)光伏電站原理與基本結構1.2并網(wǎng)光伏電站與基本結構2024年3月5日42、并網(wǎng)光伏電站基礎結構部分2.1地基、基礎、基座2.2地面光伏電站地基與基礎2.3建筑屋面光伏電站支架2024年3月5日52、并網(wǎng)光伏電站基礎結構部分地基就是指光伏陣列下面支承基礎的土體或巖體。如果天然地基承載能力達不到要求，就需要進行地基加固，常用的方法包括：換填、夯實、擠密、排水、膠結、加筋等方法。基礎一般是指光伏陣列的承重構件，常見的有柱形基礎和條形基礎，主要應用于地面光伏電站與混凝土屋面?；钢С泄夥Ъ艿牡撞拷Y構。2.1地基、基礎、基座2024年3月5日62、并網(wǎng)光伏電站基礎結構部分混凝土基礎與支架系統(tǒng)金屬釬桿基礎與支架系統(tǒng)螺旋樁基礎與支架系統(tǒng)2.2地面光伏電站地基與基礎2024年3月5日72、并網(wǎng)光伏電站基礎結構部分2.2地面光伏電站地基與基礎---地錨2024年3月5日82、并網(wǎng)光伏電站基礎結構部分混凝土基礎與支架系統(tǒng)金屬釬桿基礎與支架系統(tǒng)螺旋樁基礎與支架系統(tǒng)2.2地面光伏電站地基與基礎2024年3月5日92.3建筑屋面光伏電站支架水泥屋面彩鋼瓦夾具形式夾具與支架材料要求夾具與支架設計要求2024年3月5日102.3建筑屋面光伏電站支架2.3.1水泥屋面2024年3月5日112.3建筑屋面光伏電站支架直立鎖邊波紋板（梯形板）2.3.2彩鋼瓦夾具形式2024年3月5日122.3建筑屋面光伏電站支架直立鎖邊波紋板（梯形板）2.3.2彩鋼瓦夾具形式2024年3月5日132.3建筑屋面光伏電站支架直立鎖邊波紋板（梯形板）2.3.2彩鋼瓦夾具形式2024年3月5日142.3建筑屋面光伏電站支架熱鍍浸鋅型材鍍鋅的厚度要求不盡不同，但是最小的鍍鋅厚度不低于90μm，強腐蝕地區(qū)不少于120μm鋁合金型材鋁合金的表面陽極氧化膜一般不小于12μm，較高要求為15μm夾具等連接件對于小連接件的防腐蝕要求更高，如果有特殊情況，可以要求采用熱滲鋅工藝2.3.3夾具與支架材料要求2024年3月5日152.3建筑屋面光伏電站支架支架恒荷載計算設計風（雪）荷載計算載荷組合計算結構計算：利用軟件，針對支架設計建立有限元分析模型，施加風荷載與恒荷載，將支架導軌作為連續(xù)梁進行分析：（1）最大撓度是否滿足要求。（2）最大彎曲應力應小于型材容許應力

，滿足要求。（3）夾具處受力分析，滿足要求。屋頂檁條與龍骨受力校核計算。2.3.4夾具與支架設計要求2024年3月5日163、并網(wǎng)光伏電站電氣部分3.1直流電氣部分3.2交流電氣部分3.3并網(wǎng)逆變器3.4接入系統(tǒng)2024年3月5日173、并網(wǎng)光伏電站電氣部分光伏組件光伏匯流箱（配電柜）光伏直流電纜光伏陣列的布局3.1直流電氣部分2024年3月5日183.1并網(wǎng)光伏電站直流電氣部分光伏組件2024年3月5日193.1并網(wǎng)光伏電站直流電氣部分光伏組件2024年3月5日20晶體硅光伏組件晶體硅電池片：單晶硅、多晶硅3.1并網(wǎng)光伏電站直流電氣部分光伏組件2024年3月5日21晶體硅光伏組件組件電性能特性

可以將太陽電池看作是恒流源與二極管的并聯(lián)3.1并網(wǎng)光伏電站直流電氣部分光伏組件2024年3月5日22晶體硅光伏組件組件電性能特性最大功率Wp最大功率點電壓Vmpp最大功率點電流Impp開路電壓Voc短路電流Isc功率公差（多為正）3.1并網(wǎng)光伏電站直流電氣部分光伏組件2024年3月5日23晶體硅光伏組件組件電性能特性太陽輻射降低，光伏組件電流大幅下降太陽輻射降低，光伏組件電壓下降緩慢LowerirradiancereducescurrentVocdropsslowlywithlowerirradiance3.1并網(wǎng)光伏電站直流電氣部分光伏組件2024年3月5日243.1并網(wǎng)光伏電站直流電氣部分晶體硅光伏組件組件電性能特性溫度升高，光伏組件電流略微升高溫度升高，光伏組件電壓下降明顯光伏組件HighertemperaturereducesvoltageIscrisesslightlyastemperaturegoesup2024年3月5日253.1并網(wǎng)光伏電站直流電氣部分晶體硅光伏組件組件電性能特性溫度升高，光伏組件電流略微升高溫度升高，光伏組件電壓下降明顯光伏組件HighertemperaturereducesvoltageIscrisesslightlyastemperaturegoesup2024年3月5日263.1并網(wǎng)光伏電站直流電氣部分直流匯流箱匯流箱內部結構匯流箱銘牌直流匯流箱是將太陽能光伏組串匯流的設備，具有匯流、放過流、防雷、監(jiān)測等功能。2024年3月5日273.1并網(wǎng)光伏電站直流電氣部分直流配電柜直流柜正面直流柜內部結構直流柜銘牌直流配電柜同匯流箱的電氣功能相同，直流配電柜將匯流箱輸出直流電流進行匯流，輸入到并網(wǎng)逆變器，具有匯流、放過流、防雷、保護等功能。2024年3月5日283.1并網(wǎng)光伏電站直流電氣部分光伏直流電纜就光伏應用而言，戶外使用的材料應能夠承受強烈紫外線、劇烈溫度變化、化學侵蝕以及長時間的使用壽命；常見太陽能電纜額定溫度為120°C。具有最佳的耐風雨性、耐紫外線和臭氧侵蝕性，而且能承受更大范圍的的溫度變化（例如：從–40°C至125°C）；電纜的使用壽命與溫度有關，通常太陽能電纜的額定溫度為120°C（可使用20000小時）。這一額定值相當于在90°C的持續(xù)溫度條件下可使用18年；而當溫度低于90°C時，其使用壽命更長。2024年3月5日293.1并網(wǎng)光伏電站直流電氣部分光伏方陣布局太陽能光伏方陣要盡量靠近最近的公用電網(wǎng)并網(wǎng)點，以減少光伏系統(tǒng)交流傳輸?shù)木嚯x。盡量減少低壓直流的傳輸距離。與周邊環(huán)境的影響與協(xié)調：不影響片區(qū)的整體環(huán)境風格；避免或減少光污染。光伏方陣朝向與傾角：對于固定安裝的太陽能光伏方陣，在北半球，我們通常選擇光伏方陣的朝向為正南方，在南半球為正北方。方便項目施工：考慮到后期的太陽能光伏方陣的施工中的方便。利于光伏電站竣工后的運行與維護工作的開展光伏方陣的布局設計會對后期的項目運行與維護產(chǎn)生很大影響。良好的布局設計能夠減少后期的運維難度，降低運維成本。主維護通道、次維護通道、防滑格柵（彩鋼瓦屋頂光伏電站）2024年3月5日303.2并網(wǎng)光伏電站交流電氣部分交流配電柜

交流柜正面交流柜內部結構交流柜銘牌交流配電柜為逆變器與并網(wǎng)點間的配電設備之一，主要功能為短路、過流、計量、防雷保護等。2024年3月5日313.2并網(wǎng)光伏電站交流電氣部分升壓變壓器變壓器正面變壓器內部結構

變壓器銘牌變壓器為將逆變器輸出的交流電的電壓等級提升到并網(wǎng)點處的電壓等級，光伏常用變壓器類型為干式和油浸式。2024年3月5日323.2并網(wǎng)光伏電站交流電氣部分光伏并網(wǎng)分裂繞組變壓器介紹產(chǎn)品專門為太陽能電站并網(wǎng)配套使用，按鐵芯材質可分為油浸非晶鐵芯和干式硅鋼片鐵芯兩大類分裂繞組設計是現(xiàn)在最經(jīng)濟可靠的模式。分裂繞組每個支路可以單獨運行，也可以在額定電壓相同時并聯(lián)運行，一段母線故障后，不影響另一段母線運行，減少事故影響范圍；用一臺變壓器的多繞組代替多臺變壓器，降低造價；低壓線圈分裂后，可以大大增加線圈的短路阻抗，很好的限制了電力系統(tǒng)網(wǎng)絡中的短路電流，可以選用輕型開關設備，因而分裂繞組變壓器在光伏發(fā)電電力系統(tǒng)中得到廣泛應用。升壓變壓器2024年3月5日333.2并網(wǎng)光伏電站交流電氣部分配電房混凝土墻體結構集裝箱形式結構原有室內配電房配電房為配電設備長期放置場所，主要為混泥土結構配電房、集裝箱式配電房和利用原有配電房形式。2024年3月5日343.2并網(wǎng)光伏電站交流電氣部分功率控制（無功補償裝置）基本原則就地平衡、便于電壓調整通過10（20）kV電壓等級并網(wǎng)的分布式光伏系統(tǒng)應具有有功功率調節(jié)能力，在同一項目安裝容量大于等于4000kW時宜根據(jù)電網(wǎng)調度機構指令調節(jié)電源的有功功率輸出。功率因數(shù)應能在超前0.98和滯后0.98范圍內連續(xù)可調；光伏系統(tǒng)參與電網(wǎng)的電壓和無功調節(jié)，電壓和無功調節(jié)可采用調節(jié)光伏系統(tǒng)逆變器輸出無功功率方式。2024年3月5日353.3光伏逆變器光伏逆變器基本功能集中式、組串式與微逆變器主從式并網(wǎng)逆變器特點2024年3月5日363.3光伏逆變器并網(wǎng)光伏逆變器需要輸出的電流與電網(wǎng)的電流同頻、同相、同時具備防孤島效應等能力。離網(wǎng)型逆變器除非是逆變器之間有通訊協(xié)調控制，否則，是絕對不能夠將多個離網(wǎng)型逆變器在一個小型配電網(wǎng)絡中并行使用。因為可能會造成相位疊加，產(chǎn)生電力事故。光伏逆變器基本功能逆變器正面逆變器內部結構

逆變器銘牌2024年3月5日373.3光伏逆變器光伏逆變器功能、分類與特點光伏逆變器是隔離式還是非隔離式的區(qū)別取決于逆變器中是否有隔離變壓器隔離式與非隔離式的區(qū)別：變壓器可提高電磁兼容性；使變壓器即電網(wǎng)所在的一側浮地，即與大地物理隔離，不構成回路，安全性高；可以改變輸出電壓；濾掉逆變器輸出中的直流成分。加入變壓器后，逆變器的體積增大，成本提高；變壓器在工作過程中發(fā)熱，損失1~2%光伏電能，導致效率降低光伏逆變器—隔離式與非隔離式2024年3月5日383.3光伏逆變器光伏逆變器效率峰值效率（最大轉換效率）：根據(jù)逆變器設計以及不同的負載工作情況測出的最大轉換效率。歐洲效率：歐洲效率是在不同功率點的權值，用來估算逆變器的總體效率。CEC加權效率：CEC效率是根據(jù)美國加州能源協(xié)會制定的測試程序針對光伏逆變器的轉換效率進行檢測得到的結果。光伏逆變器—效率額定功率點5.00%10.00%20.00%30.00%50.00%100.00%加權系數(shù)0.030.060.130.100.480.20額定功率點10.00%20.00%30.00%50.00%75.00%100.00%加權系數(shù)0.040.050.120.210.530.52024年3月5日393.3光伏逆變器光伏逆變器電能質量諧波 GB/T14549《電能質量公用電網(wǎng)諧波》 GBT24337-2009《電能質量公用電網(wǎng)間諧波》電壓偏差 GB/T12325-2008《電能質量供電電壓偏差》

電壓波動和閃變 GB/T12326-2008《電能質量電壓波動和閃變》

電壓不平衡度 GB/T15543-2008《電能質量三相電壓不平衡》

直流分量 IEEE-1547，光伏電站運行時，向電網(wǎng)饋送的直流電流分量不應超過其交流額定值的0.5%。光伏逆變器—電能質量2024年3月5日403.3光伏逆變器安全與保護性能防反放電保護極性反接保護防孤島效應保護交流側短路保護直流過壓保護同時光伏逆變器應該具有一定的過載能力，在輸出120%倍額定電流的情況下，逆變器連續(xù)可靠工作時間不小于1分鐘。光伏逆變器—安全防護功能2024年3月5日413.3光伏逆變器防孤島效應電網(wǎng)故障時，光伏電站系統(tǒng)仍然保持對故障電網(wǎng)的部分線路繼續(xù)供電的狀態(tài)，即為孤島效應。包括：計劃性孤島效應和非計劃性孤島效應當檢修人員對電力系統(tǒng)線路和設備進行檢修時，如果并網(wǎng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)仍繼續(xù)供電，可能造成人員傷亡事故；當電網(wǎng)恢復供電時，電網(wǎng)電壓、并網(wǎng)逆變器的輸出電壓在相位上可能有差異，會在瞬間產(chǎn)生很大的沖擊電壓，從而損壞相關設備。所謂的防孤島效應，就是禁止非計劃性孤島效應的發(fā)生。逆變器應該在2秒內停止向電網(wǎng)供電，同時發(fā)出警示信號。而計劃性的孤島效應則是按預先配置的控制策略，有計劃的發(fā)生的孤島效應，通過該效應可以繼續(xù)給微電網(wǎng)供電。3.8、光伏逆變器—防孤島2024年3月5日423.3光伏逆變器該性能主要是適用于大中型光伏電站的中高壓型逆變器。保證其應具備一定的耐受異常電網(wǎng)電壓的能力，避免在電網(wǎng)電壓異常時脫離，引起電網(wǎng)電源的不穩(wěn)定。GB/T19964-2012《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定》提出了更加嚴格的要求，要求光伏逆變器具備零電壓穿越功能，同時要求其在電網(wǎng)電壓跌落期間具備動態(tài)無功支撐的能力。3.3光伏逆變器--低電壓/零電壓穿越2024年3月5日433.3光伏逆變器系統(tǒng)逆變器數(shù)量少，集中放置，安裝簡單，維護方便便于管理；逆變器單機自身效率較高，諧波含量少，直流分量少，電能質量高；逆變器集成度高，功率密度大，成本低；功率因素調節(jié)功能和低電壓穿越功能，電網(wǎng)調節(jié)性好；直流匯流箱個數(shù)多，故障率較高，影響整個系統(tǒng)安全；集中式逆變器相對于組串式、微逆變器逆變器而言MPPT較少，會影響整個系統(tǒng)的發(fā)電效率；逆變器機房占地較大需要專用的機房和設備；集中式并網(wǎng)逆變系統(tǒng)中無冗余能力，如有發(fā)生故障停機，整個系統(tǒng)將停止發(fā)電，一旦故障，造成大面積的光伏系統(tǒng)停用。集中式、組串式與微逆變器---集中式逆變器2024年3月5日443.3光伏逆變器模塊化設計，直流端多路MPPT，不受組串間差異和陰影遮擋影響；組串式逆變器光伏組件配置更為靈活，能夠適應各種不同應用場景等環(huán)境的需求；防護等級為IP65，體積小、重量輕，直接在室外安裝，可簡化施工、減少占地；可以安裝在光伏組件的旁邊，有利于合理布線，減少了直流主電纜的長度，可降低直流電纜成本；組串式自耗電低、故障影響小、更換維護方便，可以對光伏系統(tǒng)進行分片的維修；一般采用集中式逆變器的系統(tǒng)在5年后的失配損失會達到8～10%左右。使用組串式逆變器方案則可以大幅規(guī)避此損失。體積小，所以功率器件電氣間隙小，高海拔地區(qū)需要進行另外設計；通常不帶隔離變壓器設計，電氣安全性稍差；多個逆變器并聯(lián)時，總諧波高，因為如果很多臺逆變器并聯(lián)時，總諧波會迭加，而且較難抑制；同等規(guī)模如果采用組串式逆變器，逆變器數(shù)量多，總故障率會升高;單臺逆變器可實現(xiàn)零電壓穿越，但多機并聯(lián)時，零電壓穿越功能、無功/有功調節(jié)等功能實現(xiàn)較難。3.3集中式、組串式與微逆變器---組串式逆變器2024年3月5日453.3光伏逆變器為每個光伏組件單獨配備一個具備交直流轉換功能和最大功率點跟蹤功能的逆變器模塊。可以實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)的模塊化設計、實現(xiàn)即插即用和熱插拔，光伏電站系統(tǒng)擴展簡單方便；保證光伏系統(tǒng)中的每個光伏組件均運行在最大功率點，具有很強的抗局部陰影能力；并網(wǎng)逆變器基本不獨立占用安裝空間，分布式安裝，能夠充分利用空間和適應不同安裝方向和角度的應用；系統(tǒng)運行可靠性高，單個模塊失效不會對整個光伏發(fā)電系統(tǒng)造成影響。微逆變器目前成本較高，不過隨著應用與生產(chǎn)規(guī)模的增加，成本也在成逐年下降的趨勢；（價格）與集中式與組串式逆變器相比，微逆變器效率相對較低。3.3集中式、組串式與微逆變器---微逆變器2024年3月5日463.3光伏逆變器工作原理是：光伏系統(tǒng)采用2～3個集中型逆變器，總功率被幾個逆變器均分，在輻射低的時候，一個逆變器工作，效率較高，當輻射升高，超過一個逆變器的工作上限，其它逆變器逐步開始工作。為了保證逆變器的工作量均等，主從逆變器經(jīng)常輪換。單臺逆變器中多個相同逆變模塊之間的主從工作模式，基本原理與上述類似。主從式逆變器能夠提高在早晚的逆變器的工作效率，延長工作時間，并且通過輪換工作模塊，延長逆變器壽命。主從式逆變器2024年3月5日473.4接入系統(tǒng)相關標準規(guī)定接入點選擇并網(wǎng)柜原理繼電保護計量系統(tǒng)2024年3月5日483.4接入系統(tǒng)相關標準規(guī)定國內光伏系統(tǒng)接入主要參考標準（國網(wǎng)公司）《光伏電站接入電網(wǎng)技術規(guī)定》《分布式電源接入電網(wǎng)技術規(guī)定》國內光伏系統(tǒng)接入主要參考標準（南網(wǎng)公司）《分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)技術規(guī)范》《光伏發(fā)電站接入電網(wǎng)技術規(guī)范》2024年3月5日493.4接入系統(tǒng)接入點選擇光伏系統(tǒng)10kV以上電壓等級接入公共電網(wǎng)主要分為：1、光伏專線接入；2、光伏T接入10kV及以上配電線路；3、光伏用戶側接入10kV線路（自發(fā)自用，余電上網(wǎng)）集中式電站專線接入10kV以上電網(wǎng)方式2024年3月5日503.4接入系統(tǒng)接入點選擇集中式電站10kV以上接入電網(wǎng)方式，電站建設在離變電所較近位置，節(jié)省輸電線路，主要接入電壓為35kV、110kV等。對于工廠、商業(yè)區(qū)專線集中接入10kV線路方式，接入線路分接箱即可。用戶側集中T接入10kV電網(wǎng)線路2024年3月5日513.4接入系統(tǒng)接入點選擇光伏系統(tǒng)用戶側10kV接入電網(wǎng)，要考慮用戶側10kV線路是專線接入還是支線接入，如果是10kV專線接入，需要考慮用戶負載消耗電量情況，還要考慮系統(tǒng)接入容量。光伏系統(tǒng)接入用戶側10kV電網(wǎng)方式2024年3月5日523.4接入系統(tǒng)接入點選擇光伏系統(tǒng)通過220/380V電壓等級接入公共電網(wǎng)主要分為：1、光伏T接入220/380V配電線路；2、光伏用戶側接入220/380V線路（自發(fā)自用，余電上網(wǎng)）2024年3月5日533.4接入系統(tǒng)接入點選擇光伏發(fā)電站的并網(wǎng)點對于無升壓站的光伏發(fā)電站是指光伏發(fā)電站的輸出匯總點；對于有升壓站的光伏發(fā)電站是指升壓站高壓側母線或節(jié)點。2024年3月5日543.4接入系統(tǒng)并網(wǎng)柜原理光伏并網(wǎng)柜是連接光伏電站和電網(wǎng)的配電裝置，其主要作用是作為光伏電站與電網(wǎng)之間的分界與連接。對于低壓并網(wǎng)的光伏電站，光伏并網(wǎng)柜還可以安裝計量及一些保護功能。本質上講，光伏并網(wǎng)柜就是光伏電站的總出口。2024年3月5日553.4接入系統(tǒng)并網(wǎng)柜原理2024年3月5日563.4接入系統(tǒng)繼電保護線路保護保護裝置應具備電流速斷保護、過流保護、零序過流保護、低周減載、高周解列、低壓解列等功能；升壓變保護分布式光伏系統(tǒng)電壓在10kV及以下、容量在10000kVA及以下的升壓變采用電流速斷保護為主保護，電壓在10kV以上、容量在10000kVA及以上的升壓變采用縱差保護為主保護；分布式光伏系統(tǒng)的升壓變各側宜采用過電流保護作為后備保護；2024年3月5日573.4接入系統(tǒng)繼電保護電壓保護當分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)點電壓超出下表規(guī)定的電壓范圍時，應在相應的時間內停止向電網(wǎng)線路送電。此要求適用于多相系統(tǒng)中的任何一相。2024年3月5日583.4接入系統(tǒng)繼電保護頻率保護當光伏系統(tǒng)并網(wǎng)點頻率超出（47.5～50.2）Hz范圍時，光伏系統(tǒng)逆變器保護控制單元應在0.2s內停止向電網(wǎng)線路送電。防孤島保護光伏系統(tǒng)應具備快速監(jiān)測孤島且立即斷開與電網(wǎng)連接的能力，防孤島保護整定時間不大于2s，防孤島保護應與并網(wǎng)側線路保護相配合。并網(wǎng)同期光伏系統(tǒng)在逆變器交流輸出端設置同期點，由光伏系統(tǒng)逆變器自動檢測電網(wǎng)電壓、相位、頻率，待電壓、相位、頻率一致時，再投入并網(wǎng)，保證逆變器并網(wǎng)運行對電網(wǎng)無沖擊、無擾動。恢復并網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生擾動脫網(wǎng)后，在電網(wǎng)電壓和頻率恢復到正常運行范圍之前光伏系統(tǒng)不允許并網(wǎng)。在電網(wǎng)電壓和頻率恢復正常后，光伏系統(tǒng)需要經(jīng)過一定延時后才能重新并網(wǎng)，延時值應在20s～5min范圍內可調，具體由電網(wǎng)調度機構給定。2024年3月5日593.4接入系統(tǒng)計量系統(tǒng)低壓計量柜：電流互感器：一次工作電流的規(guī)格基本同