300KW光伏并网系统技术方案.docx

金太阳示范工程专题典型方案300KWp光伏并网系统技术方案合肥阳光电源有限公司一、300KW光伏并网发电系统总体设计方案31.1 系统组成31.2 相关规范和标准31.3 总体设计方案一41.3.1 方案一简介.41.32光伏阵列汇流箱的设计(PVSSM)41.3.3直流防雷配电柜的设计(PMD-D300K)613.4并网逆变器的设计(SG100K3)71.4 总体设计方案二914方案二简介91.42光伏阵列汇流箱的设计(PVS-I6M)101.43直流防雷配电柜的设计(PMD-D300K)121.4.4并网逆变器的设计(SG50K3)141.5 并网系统的监控通讯方式161.6 接入电网方案191.7 接地及防雷211.8 设备配置清单22二、合肥阳光并网逆变器在国内光伏建筑一体化的应用案例(部分)232.1 上海临港新城MW级光伏电站232.2 上海世博会园区中国馆、主题馆及其他场馆MW级光伏并网发电系统242.3 中节能杭州节能环保产业园光伏并网发电项目一期2MW屋顶光伏电站252.4 上海太阳能工程中心MW级光伏电站262.5 合肥阳光电源厂房500KW光伏并网电站272.6 奥运鸟巢105KW光伏并网电站28一、300KW光伏并网发电系统总体设计方案1.1系统组成光伏并网发电系统主要组成如下：（1）光伏电池组件及其支架；（2）光伏阵列防雷汇流箱；（3）直流防雷配电柜；（4）光伏并网逆变器（带工频隔离变压器）；（5）系统的通讯监控装置；（6）系统的防雷及接地装置；（7）土建、配电房等基础设施；（8）系统的连接电缆及防护材料。1.2相关规范和标准光伏并网逆变系统的制造、试验和验收可参考如下标准：GB/T191包装储运图示标志GB/T19939-2005光伏系统并网技术要求GB/T20046-2006光伏（PV）系统电网接口特性（IEC61727:2004,MOD）GB/Z19964-2005光伏发电站接入电力系统技术规定GB/T2423.1-2001电工电子产品基本环境试验规程试验A：低温试验方法GB/T2423.2-2001电工电子产品基本环境试验规程试验B：高温试验方法GB/T2423.9-2001电工电子产品基本环境试验规程试验Cb：设备用恒定湿热试验方法GB4208外壳防护等级（IP代码）（equIEC60529:1998）GB3859.2-1993半导体变流器应用导则GB/T14549-1993电能质量公用电网谐波GB/T15543-1995电能质量三相电压允许不平衡度1.3总体设计方案一1.3.1方案一简介将系统分成3个100KW的并网发电单元，通过3台SGl(X)K3(100KW)并网逆变器接入0.4KV交流电网，实现并网发电功能；系统的电池组件可选用国产某功率为2IOWp的多晶硅太阳电池组件，其工作电压约为29.6V,开路电压约为36.5Vo根据SG100K3并网逆变器的MPPT工作电压范围(450V820V),每个电池串列按照20块电池组件串联进行设计，300KW的并网单元需配置72个电池串列，共1440块电池组件,其功率为302.4KWpo为了减少光伏电池组件到逆变器之间的连接线，以及方便维护操作，建议直流侧采用分段连接，逐级汇流的方式连接，即通过光伏阵列防雷汇流箱(简称“汇流箱”)将光伏阵列进行汇流。此系统还要配置直流防雷配电柜，该配电柜包含了直流防雷配电单元。其中：直流防雷配电单元是将汇流箱进行配电汇流，分别接入3台SG100K3逆变器；经三相计量表后接入电网。另外，系统应配置1套监控装置，可采用RS485或Ethernet(以太网)的通讯方式，实时监测并网发电系统的运行参数和工作状态。方案一并网发电示意图如下：光伏阵列汇流箱直流防雷配电looKW逆变器1监控笠跟环境检测仪流雷电计J自交防配及量期户3台SG100K3分布式并网发电示意图1.3.2光伏阵列汇流箱的设计(PVS-8M)针对总体设计“方案一”中逆变器和光伏组件的选择，建议配置我公司型号为PVS-8M防雷汇流箱9台，其有8路直流输入，汇流箱的每路均有电流检测。UMQ9QUC如下图所示:Iio”Iri*e，1.8路光伏阵列汇流箱外形图该汇流箱的接线方式为8进1出，即把相同规格的8路电池串列输入经汇流后输出1路直流。该汇流箱具有以下特点：1）防护等级IP65,防水、防灰、防锈、防晒，能够满足室外安装使用要求；2）可同时接入8路电池串列，每路电池串列的允许最大电流10A；3）宽直流电压输入范围，最大接入开路电压可达1000V；4）每路电池串列的正负极都配有光伏专用高压直流熔丝进行保护；5）汇流箱配有8路电流监控装置，对每1路电池串列进行电流监控，通过RS485通讯接口上传到上位机监控装置；6）直流输出母线的正极对地、负极对地、正负极之间配有光伏专用防雷器，防雷器选用国际知名品牌；7）直流输出母线端配有可分断的直流断路器，断路器选用国际品牌ABB。汇流箱的电气原理框图如下图所示：通讯接口RS485供电电源DC30V直流输出C)直流输出(一)接地8路光伏阵列汇流箱配置图电池申列I电池串列2电池申列3电池串列4电池申列5电池串列6电池串列7电池串列8电池串列I电池串列2电池串列3电池串列4电池申列5电池串列6电池串列7电池串列81.3.3直流防雷配电柜的设计(PMD-D300K)光伏阵列汇流箱通过电缆接入到直流防雷配电柜，按照1个300KW并网发电单元进行设计，需要配置1台直流防雷配电柜PMD-D300K(300KW),主要是将汇流箱输出的直流电缆接入后，经直流断路器和防反二极管汇流、防雷，再分别接入3台SGlOOK3(100KW)并网逆变器，方便操作和维护。电气原理框图如下图所示：直流防雷配电柜配置图1.3.4并网逆变器的设计（SGloOK3）SG100K3外形图1.3.4.1SG100K3总体介绍SG100K3（100KW）光伏并网逆变器智能化程度高，每天自动启停工作，无需人为控制。美国TI公司32位专用DSP控制芯片精确控制并网逆变器；主电路采用德国最先进的智能功率IPM模块，运用电流控制型PwM有源逆变技术和优质进口高效隔离变压器，可靠性高，保护功能齐全，且具有电网侧高功率因数正弦波电流、无谐波污染供电等特点。该并网逆变器的主要性能特点如下：（1）宽直流输入电压范围，最高可达100oV（可选）；（2）最高转换效率达97.0%；（3）最大功率点跟踪（MPPT）效率99.9%；（4）精确的输出电能计量；（5）具有先进的孤岛效应检测方案及完善的监控功能；（6）完善的保护功能；（7）模块化设计，方便安装与维护；（8） 适应高海拔应用«6000米）；（9） 人性化的1.CD人机界面，中英文菜单，可实时显示各项运行数据、故障数据、历史故障数据、总发电量数据和历史发电量数据；（10）提供RS485（标配）或EthCrnCt以太网（选配）通讯接口；（三）低电压穿越、无功功率可调、有功功率降额等功能（可选）；（12）金太阳认证、意大利DK5940认证、欧洲知名认证机构TiiV颁发的CE证书。1.3.4.2SG100K3电路结构SG100K3并网逆变器主电路拓扑结构如上图所示，SG100K3并网逆变器的的主电路拓扑结构，并网逆变电源通过三相桥式变换器，将光伏阵列输出直流电压变换为高频的三相斩波电压，并通过滤波器滤波变成正弦波电压接着通过三相变压器隔离升压后并入电网发电。为了使光伏阵列以最大功率发电，在直流侧使用了先进的NnTT算法（最大功率点跟踪）。/UMQMUT1.3.4.3SG100K3技术指标型号SG100K3隔离方式工频变压器最大太阳电池阵列功率IlOKWp最大阵列开路电压880Vdc最大输入电流250最大输入路数6太阳电池最大功率点跟踪（MPPT）范围450Vdc-820Vdc额定交流输出功率100KW总电流波形畸变率<3%（额定功率时）功率因数>0.99最大效率97%（含变压器）欧洲效率96.4%（含变压器）额定电网电压400Vac允许电网电压范围（三相）310V-450C额定电网频率50Hz60Hz允许电网频率范围47-51.5Hz57-61.5Hz夜间自耗电<30W保护功能极性反接保护、短路保护、孤岛效应保护、过热保护、过载保护、接地保护等通讯接口RS485（标配）；Ethernet（选配）；GPRS（选配）使用环境温度-250C"+550C使用环境湿度095%,无冷凝冷却方式风冷尺寸（宽X高X深）1020Xl964×770mm防护等级IP20（室内）重量900kg1.4总体设计方案二1.4.1方案二简介将系统分成6个50KW的并网发电单元，通过6台SG5OK3（50KW）并网逆变器接入0.4KV交流电网，实现并网发电功能。系统的电池组件可选用国产某功率为210Wp的多晶硅太阳电池组件，其工作电压约为29.6V,开路电压约为36.5V。根据SG50K3并网逆变器的MPPT工作电压范围（45OV820V）,每个电池串列按照20块电池组件串联进行设计，300KW的并网单元需配置72个电池串列，共1440块电池组件,其功率为302.4KWp0为了减少光伏电池组件到逆变器之间的连接线，以及方便维护操作，建议直流侧采用分段连接，逐级汇流的方式连接，即通过光伏阵列防雷汇流箱（简称“汇流箱”）和配电柜将光伏阵列进行汇流。并网发电系统配置1台直流防雷配电柜，该配电柜包含了直流防雷配电单元。其中：直流防雷配电单元是将汇流箱进行配电汇流，分别接入6台SG50K3逆变器；经三相计量表后接入电网。另外，系统应配置1套监控装置，可采用RS485或Ethernet（以太网）的通讯方式，实时监测并网发电系统的运行参数和工作状态。方案二并网发电示意图如下：直流防雷配电汇流箱650KW逆变器1监控装置6台SG50K3分布式并网发电示意图1.4.2光伏阵列汇流箱的设计（PVST6M）针对总体设计“方案二”中逆变器和光伏组件的选择，建议配置我公司型号为PVS-16M防雷汇流箱6台，其有16路直流输入，汇流箱的每路均有电流检测。如下图所示：/UMQaoufC16路光伏阵列汇流箱外形图该汇流箱的接线方式为16进1出，即把相同规格的16路电池串列输入经汇流后输出1路直流。该汇流箱具有以下特点：该汇流箱具有以下特点：1）防护等级IP65,防水、防灰、防锈、防晒，能够满足室外安装使用要求；2）可同时接入16路电池串列；3）每路接入电池串列的开路电压值最大可达DC1000V；4）具有16路保护控制，每路的正负极都配置高压直流熔断器（最大电流为15A）,其耐压值可达DC1000V；5）汇流箱配有16路电流监控装置，对每1路电池串列进行电流监控，通过RS485通讯接口上传到上位机监控装置：6）直流汇流的输出正极对地、负极对地、正负极之间配有光伏专用防雷器，防雷器选用菲尼克斯品牌；7）直流汇流的输出端配有可分断的直流断路器，断路器选用ABB品牌；汇流箱的电气原理框图如下图所示:电池申列1G)电池申央20>电池中列3<-电池中列4G)一电他串列50)电池中列6G)电他中列70)电池中列8G>一电池中列90)-电池印利IOW-6W1I(O-电池申列12W电池中列3>电池申利MW-电池中列5()-电池小列】6(4电池中/1<->电池序列2<')一电池方列3(一)电他中列4(一)电池市列5(一)一电他中列6<-)电池序列7<->电池中列8(->-电沌申列9(一)一6MW10(->-电池串列1->一BJ12(->-M13(->-UMH(->一电他四列储G)电池申列16Q)-=1.!=3iHXRS4B5供电电源DC30V血猛输出Co“我输出S)ttHl+16路光伏阵列汇流箱配置图1.4.3直流防雷配电柜的设计(PMD-D300K)光伏阵列汇流箱通过电缆接入到直流防雷配电柜，按照1个300KW并网发电单元进行设计，需要配置1台直流防雷配电柜PMD-D300K(300KW),主要是将汇流箱输出的直流电缆接入后，经直流断路器和防反二极管汇流、防雷，再分别接入6台SG50K3(50KW)并网逆变器，方便操作和维护。电气原理框图如下图所示：PVS-10M汇流箱1PVS>19M汇流盘2PVVlCM汇流箱6SG50K3并网逆变器1SG50K3并网逆变器23C50K3并网逆变器6直流防雷配电柜配置图UMQ9QUC光电源Gne11andEflfectZwe1.4.4并网逆变器的设计(SG50K3)SG500K3外形图3.2.4.1 SG50K3总体介绍SG50K3(50KW)光伏并网逆变器智能化程度高，每天自动启停工作，无需人为控制。美国TI公司32位专用DSP控制芯片精确控制并网逆变器；主电路采用日本最先进的智能功率IPM模块，运用电流控制型PwM有源逆变技术和优质进口高效隔离变压器，可靠性高，保护功能齐全，且具有电网侧高功率因数正弦波电流、无谐波污染供电等特点。该并网逆变器的主要性能特点如下：(1) 宽直流输入电压范围，最高可达100OV(可选)；(2) 最高转换效率达95.5%；(3) 最大功率点跟踪(MPPT)效率99.9%；(4)精确的输出电能计量；(5) 具有先进的孤岛效应检测方案及完善的监控功能；(6)完善的保护功能，系统的可靠性更高；（7）模块化设计，方便安装与维护;（8）适应高海拔应用（<6000米）；（9）人性化的1.CD人机界面，中英文菜单，可实时显示各项运行数据、故障数据、历史故障数据、总发电量数据和历史发电量数据；（10）提供RS485（标配）或Ethernet以太网（选配）通讯接口；（三）可实现多台逆变器并联组合运行，简化发电站设计；（12）辅助电加热（可选）；（13）金太阳认证、意大利DK5940认证、欧洲知名认证机构TUV颁发的CE证书。1.4.4.2SG50K3电路结构SG50K3并网逆变器主电路拓扑结构如上图所示，SG50K3的主电路示意图，SG50K3并网逆变器将直流输入通过三相全桥电路，通过滤波器滤波变成正弦波电流输出至电网。为了使光伏阵列以最大功率发电，在直流侧使用了先进的MPPT算法（最大功率点跟踪）。1.4.4.3SG50K3技术指标型号SG50K3隔离方式工频变压器最大太阳电池阵列功率55KWp最大阵列开路电压880Vdc最大输入电流130A最大输入路数2太阳电池最大功率点跟踪（MPPT）范围450VdC820VdC额定交流输出功率50KW总电流波形畸变率<3%（额定功率时）功率因数>0.99最大效率95.5%（含变压器）欧洲效率94.8%（含变压器）额定电网电压400Vac允许电网电压范围（三相）310V450AC额定电网频率50Hz60Hz允许电网频率范围47-51.5Hz5761.5Hz夜间自耗电<30W保护功能极性反接保护、短路保护、孤岛效应保护、过热保护、过载保护、接地保护等通讯接口RS485（标配）；Ethernet（选配）；GPRS（选配）使用环境温度-25C+55C使用环境湿度095%,无冷凝冷却方式风冷尺寸（宽X高X深）820×1964×64611un防护等级IP20（室内）重量700kg1.5并网系统的监控通讯方式系统可配置1套监控装置及1套环境监测仪，采用RS485（标配）或Ethernet以太网（选配）的通讯方式，利用我公司开发的监控软件实时掌控光伏并网逆变器的工作状态和运行参数，以及光伏阵列现场的环境参数（含风速、风向、日照强度、环境温度）。设备通讯原理示意图如下:监控通讯原理示意图（1）监控主机特点如下：此光伏并网发电系统采用高性能工业控制PC机（见下图所示）作为系统的监控主机，配置光伏并网系统专用网络版监测软件，采用RS485（标配）或Ethernet以太网（选配）通讯方式，可以连续每天24小时对所有的并网逆变器运行状态和数据进行监测。(2)并网系统的网络版监控软件功能如下：实时显示电站的当前发电总功率、日总发电量、累计总发电量、累计C02总减排量以及每天发电功率曲线图；可查看每台逆变器的运行参数，主要包括(但不限于)：A、直流电压B、直流电流C、直流功率D、交流电压E、交流电流F、逆变器机内温度G、时钟H、频率I、功率因数J、当前发电功率K、日发电量1.、累计发电量M、累计C02减排量N、每天发电功率曲线图监控所有逆变器的运行状态，采用声光报警方式提示设备出现故障，可查看故障原因及故障时间，监控的故障信息至少因包括以下内容：A、电网电压过高；B、电网电压过低；C、电网频率过高；D、电网频率过低；E、直流电压过高；UMQ9QIUF、逆变器过载；G、逆变器过热；H、逆变器短路；I、散热器过热；J、逆变器孤岛；K、DSP故障；1.、通讯失败；(1)监控软件具有集成环境监测功能，能实现环境监测功能，主要包括日照强度、风速、风向、室外温度、室内温度和电池板温度等参量。图10环境检测仪(2)可每隔5分钟存储一次电站所有运行数据，包括环境数据。故障数据实时存储。(3)能够分别以日、月、年为单位记录和存储数据、运行事件、警告、故障信息等。(4)可以连续存储20年以上的电站所有的运行数据和所有的故障纪录。(5)可通过监控软件对逆变器进行控制，可以以电子表格的形式存储运行数据，并可以用图表的形式显示电站的运行情况。(6)要可提供多种远端故障报警方式，包括：SMS(短信)方式，E_MAI1.方式。(7)就地监控设备在电网需要停电的时候可接收来自于电厂监控系统的远方指令。(可选)(8)监控主机同时提供对外的以太网接口，用户可以通过网络方式，异地实时查看并网逆变系统的实时运行数据以及历史数据和故障数据。(9)监控系统在电网需要停电的时候能接收电网的调度指令。(可选)(10)监控系统能根据天气变化预测光伏电站功率。(可选)(11)下图是本公司的并网逆变器的监控界面：o？our羌.看2F2y1.6接入电网方案本系统采用的三相并网逆变器直接并入三相低压交流电网(AC380V,50Hz),使用独立的N线和接地线，适应的电网参数如下表:序号项目内容1配电系统方式TN-S母线(独立的N线和PE线)2系统电压AC380/220V3额定频率50HZ4系统接地方式中性点直接接地光伏并网发电系统的电网接入有低压接入和高压接入两种方式，在这里只介绍低压接入电网方案。低压电网接入并网系统接入三相400V或单相230V低压配电网，通过交流配电线路给当地负荷供电，剩余的电力馈入公用电网。根据是否允许向公用电网逆向发电来划分，分为可逆流并网系统和不可逆流并网系统。1）可逆流并网系统对于可逆流并网系统，一般发电功率不能超过配电变压器容量的30%,并需要对原有的计量系统改装为双向表，以便发、用都能计量，如图7所示。当地负荷图7可逆流低压并网发电系统2）不可逆流并网系统对于不可逆流并网系统，一般有两种解决方案：系统安装逆功率检测装置，与逆变器进行通讯，当检测到有逆流时，逆变器自动控制发电功率，实现最大利用并网发电且不出现逆流，如图8所示。图8防逆流并网发电系统当地负荷GrsenandEffective/UMgQUf1.7接地及防雷为了保证本工程光伏并网发电系统安全可靠，防止因雷击、浪涌等外在因素导致系统器件的损坏等情况发生，系统的防雷接地装置必不可少。用户可根据整个系统情况合理设计交流防雷配电、接地装置及防雷措施。系统的防雷接地装置措施有多种方法，主要有以下几个方面供参考：（1）地线是避雷、防雷的关键，在进行配电室基础建设和太阳电池方阵基础建设的同时，选择电厂附近土层较厚、潮湿的地点，挖12米深地线坑，采用40扁钢，添加降阻剂并引出地线，引出线采用IOmnl2铜芯电缆，接地电阻应小于4欧姆；（2）在配电室附近建一避雷针，高15米，并单独做一地线，方法同上，配电室在地下室不需要避雷针；（3）直流侧防雷措施：电池支架应保证良好的接地，光伏电池阵列连接电缆接入光伏阵列防雷汇流箱，汇流箱内已含高压防雷器保护装置，电池阵列汇流后再接入直流防雷配电柜，经过多级防雷装置可有效地避免雷击导致设备的损坏；（3）交流侧防雷措施：每台逆变器的交流输出经交流防雷配电柜接入电网（用户自备），可有效地避免雷击和电网浪涌导致设备的损坏；（4）所有的机柜要有良好的接地。1.8设备配置清单根据上述系统的设计，我公司可提供的设备配置清单如下:序号并网发电方式逆变控制设备电网接入等级汇流箱直流配电装置逆变器监控装置规格数量规格数量规格数量系统容量：300KWp1.1分布并网发电方案一PVS-8M9台300KW直流防错配电箱1台SG100K33台1套0.4KV1.2分布并网发电方案二PVS-16M6台300KW直流防雷配电箱箱1台SG50K36台1套备注：上表中，汇流箱的数量是按照单块光伏组件的功率为210Wp左右计算的，仅供参考，在实际应用中，可能会有些差异。令对于光伏建筑一体化并网发电系统，经常需要考虑建筑美观因素，导致光伏组件规格和朝向不一致，从而需要配置不同规格的逆变器，针对这种情况，需要综合考虑实际情况，进行系统的优化设计。高压并网发电系统应由供电部门进行接入系统的设计。JUMQaCm阳光电看GmenBndEflfeaZwg二、合肥阳光并网逆变器在国内光伏建筑一体化的应用案例（部分）2.1 上海临港新城MW级光伏电站陪系统介绍：系统容量：1.06MWP。安装面积：约1500（2。电网接入：IOKV年发电量：约100万千瓦时2.2 上海世博会园区中国馆、主题馆及其他场馆MW级光伏并网发电系统瞎系统介绍：系统容量：5MWp以上。安装面积：约50000112电网接入：IOKV年发电量：约500万千瓦时2.3 中节能杭州节能环保产业园光伏并网发电项目一期2MW屋顶光伏电站吟系统介绍：系统容量：2MWp以上。安装面积：约15385112电网接入：IOKV年发电量：约182万千瓦时/UMBacui2.4上海太阳能工程中心MW级光伏电站百系统介绍：。系统容量：IMWp。安装面积：约IlOOom'。电网接入：IOKVQ年发电量：约100万千瓦时2.5合肥阳光电源厂房500KW光伏并网电站吟系统介绍：系统容量：500KWpQ安装面积：约600(WO电网接入：0.4KV令年发电量：约60万千瓦时2.6奥运鸟巢105kW光伏并网电站暗系统介绍：。系统容量：105kWp安装面积：约IlOOm2Q电网接入：400/230V。年发电量：约12万千瓦时