1MWp光伏并网发电系统技术方案.docx

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1MWp光伏并网发电系统技术方案

1MWp光伏并网发电系统

技术方案

一、总体设计方案

针对1MWp的太阳能光伏并网发电系统项目，我公司建议采用分块发电、集中并网方案，将系统分成10个100KW的并网发电单元，每个100KW的并网发电单元都接入10KV升压站的0.4KV低压配电柜，经过0.4KV/10KV（1250KVA）变压器升压装置，最终实现整个并网发电系统并入10KV中压交流电网。

系统的电池组件选用180Wp（35V）单晶硅太阳能电池组件，其工作电压为35V，开路电压约为45V。

经过计算，每个光伏阵列按照16块电池组件串联进行设计，100KW的并网单元需配置10个光伏阵列，560块电池组件,其功率为100.8KWp。

则整个1MWp并网发电系统需配置5600块180Wp电池组件，实际功率约为1.008MWp。

为了减少光伏阵列到逆变器之间的连接线及方便日后维护，建议在室外配置光伏阵列防雷汇流箱，该汇流箱可直接安装在电池支架上，每个汇流箱可接入6路光伏阵列，每100KW并网单元配置6台汇流箱，整个1MWp并网系统需配置60台光伏阵列防雷汇流箱。

为了将每个100KW并网单元的6台光伏阵列防雷汇流箱的直流输出汇流后再接入SG100K3逆变器，系统需要配置4台直流防雷配电柜，每个配电柜按照3个100KW直流配电单元进行设计，分成3路直流输出分别接至3台SG100K3逆变器。

整个并网发电系统按照10个100KW的并网发电单元进行设计，每个发电单元配置1台SG100K3逆变器，整个1MWp系统需配置10台SG100K3逆变器。

每台逆变器的交流输出（AC380/220V,50Hz）分别接入10KV升压站的0.4KV三相交流低压配电柜。

本系统需配置1套10KV升压站，包含10kV主变（0.4/10KV,1250KVA）、10kV开关柜、0.4KV开关柜以及直流电源、二次控制柜等装置，柜与柜之间通过铜排或电缆连接。

其中，0.4KV开关柜应配置10路三相交流低压输出接口（AC380/220V,50Hz），通过电缆分别接至10台SG100K3逆变器的交流输出端，从而实现整个并网系统并入10KV中压交流电网。

综上所述，本系统主要由太阳能电池组件、光伏阵列防雷汇流箱、直流防雷配电柜、光伏并网逆变器和10KV升压站所组成。

另外，系统应配置1套监控装置，用来监测系统的运行状态和工作参数。

二、系统组成

太阳能光伏并网发电系统主要组成如下：

（1）太阳能电池组件及其支架；

（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）10KV升压站；

（6）系统的通讯监控装置；

（7）系统的防雷及接地装置；

（8）土建、配电房等基础设施；

（9）系统的连接电缆及防护材料；

三、相关规范和标准

本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

四、设计过程

4.1并网逆变器

此次光伏并网发电系统设计为10个100KW并网发电单元，每个100KW并网发电单元配置1台型号为SG100K3并网逆变器，整个系统配置10台SG100K3并网逆变器，组成1MWp并网发电系统。

4.1.1性能特点简介

SG100K3并网逆变器采用美国TI公司专用DSP控制芯片，主电路采用日本最先进的智能功率IPM模块组装，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）采用美国TI公司DSP芯片进行控制；

（2）采用日本三菱公司第五代智能功率模块（IPM）；

（3）太阳电池组件最大功率点跟踪技术（MPPT）；

（4）50Hz工频隔离变压器，实现光伏阵列和电网之间的相互隔离；

（5）具有直流输入手动分断开关，交流电网手动分断开关，紧急停机操作开关；

（6）具有先进的孤岛效应检测方案及具有完善的监控功能；

（7）具有过载、短路、电网异常等故障保护及告警功能；

（8）宽直流输入电压范围（450V～880V），整机效率高达95%；

（9）人性化的LCD液晶界面，中英文菜单，通过按键操作，液晶显示屏可显示实时各项运行数据、实时故障数据、历史故障数据、总发电量数据和历史发电量数据。

（10）可提供包括RS485或Ethernet（以太网）远程通讯接口。

其中RS485遵循Modbus通讯协议；Ethernet（以太网）接口支持TCP/IP协议，支持动态（DHCP）或静态获取IP地址；

（11）逆变器具有CE认证资质部门出具的CE安全证书。

4.1.2电路结构

SG100K3并网逆变器主电路的拓扑结构如上图所示，并网逆变电源通过三相半桥变换器，将光伏阵列的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，在直流侧加入了先进的MPPT算法。

4.1.3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

110KWp

最大阵列开路电压

880Vdc

太阳电池最大功率点跟踪（MPPT）范围

480Vdc～820Vdc

最大阵列输入电流

250A

MPPT精度

>99％

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

96.2%

欧洲效率

95.2%

允许电网电压范围（三相）

330V～450AC

允许电网频率范围

47～51.5Hz

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、过载保护等

通讯接口

RS485或以太网（选配）

使用环境温度

－20℃～＋40℃

使用环境湿度

0～95%，不结露

冷却方式

风冷

噪音

≤60dB

尺寸（深×宽×高）

770×1020×1900mm

防护等级

IP20（室内）

电网监控

按照UL1741标准

4.1.4LCD液晶显示及菜单简介

SG100K3光伏并网逆变电源智能化程度高，每天自动启停工作，无需人为控制。

在逆变电源的最上端有3个主要状态显示LED灯，LCD面板上有5个LED灯和6个按键（如下图所示），通过这些指示灯和按键可知道逆变电源的工作状态并对逆变器进行控制。

逆变电源采用LCD液晶显示（如下图所示），为了更好进行人机界面交互操作，面板上设置了6个按键，5个运行指示灯。

（1）按键操作介绍

按键的功能，如下表所示：

按键

功能

ESC

返回、结束

向上选择待设置值/

参数设置时增加设定值

▼

向下选择待设置值/

参数设置时减少设定值

向左选择待设置值

向右选择待设置值

ENTER

确认进入菜单

确认设置值

注：

按任一键，液晶的背光灯亮持续2分钟。

（2）LED指示灯说明

LED灯

含义

POWER

逆变电源工作电源灯（控制板开始工作）

RUN

并网运行灯（并网发电，灯亮）

STOP

停止并网

FAULT

故障灯（出现故障，灯亮）

COM

通讯测试灯（通讯正常，灯亮）

在LCD面板的上方有POWER,RUN,FAULT3个状态指示灯，在下方有1个STOP紧急停机按钮，3个指示灯的含义与LCD面板上的指示灯含义相同，STOP为紧急停机按钮，当用户需要紧急停机时按下此按钮，效果如同在LCD操作下关机，系统自动停机，此时STOP灯亮。

（3）液晶显示界面介绍

●液晶控制板上电后显示界面

✧说明：

显示产品公司名称、产品名称。

●主界面

✧说明：

显示当前的直流输入电流和电压、三相交流输出电流和电压、交流输出功率、运行状态、当前运行时间。

●主菜单界面

✧说明：

为了了解并网逆变电源的详细信息以及对其进行控制和运行参数设置，特设计此菜单。

其包括：

参数信息、故障信息、启停控制、参数设置。

通过▼键进行选择。

●运行信息子界面

✧说明：

在主菜单界面中当箭头指向“参数信息”并按ENTER键后，可得到详细的参数信息。

其包括：

输出功率、交流电压、交流电流、电网频率、阵列电压、阵列电流、机内温度和较少二氧化碳排放量等信息。

✧运行信息还包括日输出功率曲线图：

直坐标是当天的时间，纵坐标是输出功率占总功率100KW的百分比。

✧日发电量柱状图:

直坐标是当天的时间，纵坐标是输出能量占总100KWH的百分比。

●故障信息子界面

✧说明：

在主菜单界面中当箭头指向“故障信息”并按ENTER键后，可进入此界面。

其包括：

当前故障信息和历史故障信息。

有如下的故障：

直流过压、直流欠压、直流过流、交流过压、交流欠压、交流过流、频率异常、孤岛效应、温度异常、DSP异常、接地异常、模块异常、通讯异常。

✧系统保留最近的20条故障的名称和时间。

●启停控制子界面

✧说明：

在主菜单界面中当箭头指向“启停控制”并按ENTER键后，可进入此界面。

其包括：

开机和关机控制。

通过ENTER键进行开关机。

●参数密码确认界面

✧说明：

为防止非用户对并网逆变器的参数进行修改，参数设置需通过密码认证。

默认的密码为：

1111。

●参数设置调整界面

✧说明：

在参数设置密码确认屏中输入正确密码后并按ENTER键即可进入此界面。

其包括：

语言设置、时钟调整、发电量补偿、恢复出厂值。

●语言设置界面

✧说明：

通过此界面设置可以进行中英文和西班牙文的切换显示。

●时间调整界面

✧说明：

时钟显示与当前时间不一致时，通过按键调整时间从而与当前时间一致。

●发电量补偿界面

✧说明：

发电量补偿用来补偿，显示的总发电量与专用电表不一致的部分，通过▼键可选择＋或－补偿量。

此界面按ENTER键后会显示“补偿完毕！

”。

●恢复出厂值界面

✧说明：

恢复出厂值用来清空历史故障记录和发电量记录。

需输入密码，默认值为1111。

●串口调整界面

说明：

通过此界面来设置占号和波特率。

●校正参数设置屏

说明：

当实际测量参数与液晶显示参数不一致时，需要在此屏进行调整，用户可以将真实测量值输入，供内部校正系数用。

●保护参数设置屏

说明：

此软件版本暂无保护参数设置。

●密码错误提示屏

说明：

当用户输入错误密码时此界面会出现。

●设置完毕提示屏

说明：

当用户设置完毕后此界面会出现。

4.1.5并网逆变器图片

4.2太阳能电池组件

目前在光伏并网系统中，特别是在大型光伏电站中，普遍选用具有较大功率的太阳能电池组件，本系统可选用单块180Wp（35V）单晶硅太阳能电池组件，其工作电压为35V，开路电压约为45V。

当然，也可选用其它类型的太阳能电池组件。

SG100K3并网逆变器的直流工作电压范围为：

450Vdc～880Vdc，最佳直流电压工作点为：

560Vdc。

经过计算:

560V/35V=16,得出：

每个光伏阵列可采用16块电池组件串联。

每个光伏阵列的峰值工作电压：

560V，开路电压：

720V，满足逆变器的工作电压范围。

对于每个100KW并网发电单元，需要配置560块180Wp电池组件，组成10个光伏阵列。

整个1MWp并网系统需配置5600块180Wp电池组件。

每个光伏阵列的原理接线图如下图所示：

4.3光伏阵列防雷汇流箱

为了减少光伏阵列到逆变器之间的连接线及方便日后维护，本系统在室外配置光伏阵列防雷汇流箱，该汇流箱可直接安装在电池支架上。

光伏阵列防雷汇流箱（型号:

SPVCB-6）的性能特点如下：

1）户外壁挂式安装，防水、防锈、防晒，满足室外安装使用要求；

2）可同时接入6路光伏阵列，每路光伏阵列的最大允许电流为10A；

3）光伏阵列的最大开路电压值为DC900V；

4）每路光伏阵列配有光伏专用高压直流熔丝进行保护，其耐压值为DC1000V；

5）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高压防雷器，防雷器采用菲尼克斯品牌；

6）直流输出母线端配有可分断的直流断路器，断路器采用ABB品牌；

光伏阵列防雷汇流箱的电气原理框图如下图所示：

每个100KW并网单元配置6台汇流箱，整个1MWp并网系统需配置60台光伏阵列防雷汇流箱。

4.4直流防雷配电柜

太阳电池阵列通过光伏阵列防雷汇流箱在室外进行汇流后，通过电缆接至配电房的直流防雷配电柜再进行一次总汇流，每个100KW并网单元配置6台光伏阵列防雷汇流箱。

每台直流防雷配电柜按照3个100KW直流配电单元进行设计，每个直流配电单元接入6台光伏阵列防雷汇流箱，汇流后接至SG100K3逆变器。

整个并网系统需配置4台直流防雷配电柜。

直流防雷配电柜的电气原理接线图如下图所示：

直流防雷配电柜的每个配电单元都具有可分断的直流断路器、防反二极管和防雷器。

断路器选用ABB品牌，防雷器选用菲尼克斯品牌。

4.5系统接入电网设计

（1）系统概述

本系统采用的SG100K3并网逆变器适合于直接并入三相低压交流电网（AC380V/50Hz），由于整个系统需要并入10KV的交流中压电网，所以本系统需配置1套10KV升压站，该升压站主要包含10KV主变（0.4/10KV,1250KW）、10KV开关柜、0.4KV开关柜以及直流电源、二次控制柜等装置。

系统配置10台SG100K3并网逆变器的交流输出直接接入变电站的0.4KV开关柜，经交流低压母线汇流后通过10KV主变（0.4/10KV,1MWp）并入10KV中压交流电网，从而最终实现系统的并网发电功能。

本系统的10KV中压交流电网电气原理框图如下：

（2）重要单元的选择

①10/0.4KV配电变压器的保护

10/0.4KV配电变压器的保护配置采用负荷开关加高遮断容量后备式限流熔断器组合的保护配置，既可提供额定负荷电流，又可断开短路电流，并具备开合空载变压器的性能，能有效保护配电变压器。

系统中采用的负荷开关,通常为具有接通、隔断和接地功能的三工位负荷开关。

变压器馈线间隔还增加高遮断容量后备式限流熔断器来提供保护。

这是一种简单、可靠而又经济的配电方式。

✧开合空载变压器的性能好。

本系统中10KV接入配电的负荷为1MWp的10/0.4KV配电变压器，其空载电流一般为额定电流的2%左右。

✧有效保护配电变压器，特别是对于油浸变压器，采用负荷开关加高遮断容量后备式限流熔断器比采用断路器更为有效，有时后者甚至并不能起到有效的保护作用。

有关资料表明，当油浸变压器发生短路故障时，电弧产生的压力升高和油气化形成的气泡会占据原属于油的空间，油会将压力传给变压器油箱体，随短路状态的继续，压力进一步上升，致使油箱体变形和开裂。

为了不破坏油箱体，必须在20ms内切除故障。

如采用断路器，因有继电保护再加上自身动作时间和熄弧时间，其全开断时间一般不会少于60ms，这就不能有效地保护变压器。

而高遮断容量后备式限流熔断器具有速断功能，加上其具有限流作用，可在10ms之内切除故障并限制短路电流，能够有效地保护变压器。

因此，应采用高遮断容量后备式限流熔断器而尽量不用断路器来保护电器，即便负荷为干式变压器，因熔断器保护动作快，也比用断路器好。

✧从继电保护的配合来讲，在大多数情况下，没有必要在接入柜中采用断路器，这是因为10KV配电网络的首端断路器（即110kV或220kV变电站的10KV馈出线断路器）的保护设置一般为：

速断保护的时间为0s，过流保护的时间为0.5s，零序保护的时间为0.5s。

若环网柜中采用断路器，即使整定时间为0s动作，由于断路器固有动作时间分散，也很难保证环网柜中的断路器而不是上一级断路器首先动作。

✧高遮断容量后备式限流熔断器可对其后所接设备，如电流互感器、电缆等都可提供保护。

高遮断容量后备式限流熔断器的保护范围可在最小熔化电流（通常为熔断器额定电流的2～3倍）到最大开断容量之间。

限流熔断器的电流-时间特性，一般为陡峭的反时限曲线，短路发生后，可在很短的时间内熔断，切除故障。

如果采用断路器作保护。

必定使其它电器如电缆、电流互感器、变压器套管等元件的热稳定要求大幅度提高，加大了电器设备的造价，增大工程费用。

在这里，同时需要注意在采用负荷开关加高遮断容量后备式熔断器组合时，两者之间要很好地配合，当熔断器非三相熔断时，熔断器的撞针要使负荷开关立即联跳，防止缺相运行。

②高遮断容量后备式限流熔断器的选择

由于光伏并网发电系统的造价昂贵，在发生线路故障时，要求线路切断时间短，以保护设备。

熔断器的特性及使用作为线路保护的优缺点分析。

选用性能优良的熔断器，如美国S＆C公司的熔断器及熔丝，该类产品具有如下特性：

✧具有精确的时间-电流特性（可提供精确的始熔曲线和熔断曲线）；

✧有良好的抗老化能力；

✧达到熔断值时能够快速熔断；

✧要有良好的切断故障电流能力，可有效切断故障电流

根据以上特性，可以把该熔断器作为线路保护，和并网逆变器以及整个光伏并网系统的保护使用，并通过选择合适的熔丝曲线和配合，实现上级熔断器与下级熔断器及熔断器与变电站保护之间的配合。

线路安装熔断器保护后，为了实现熔断器保护与变电站内线路保护之间的配合，必须对站内线路保护的电流定值和时间做出调整，把线路电流速断保护动作时间延时0.1s，过电流时间取0.5s，保护定值做如下调整：

根据线路负荷情况选定熔丝大小，根据熔丝的熔断曲线，选择熔丝在0.5s以内熔断的电流值，作为线路的过电流保护定值，核对该定值能可靠躲过线路最大负荷并在最小运行方式下，线路末端两相短路时有足够的灵敏度（该灵敏系数≥1.5时，过流保护定值即为合格）。

在满足以上条件的前提下适当提高线路过电流保护定值，以保证故障电流达到过电流定值时，熔丝熔断，而断路器不需要跳闸。

根据该熔丝熔断曲线，选择熔丝在0.1s以内熔断的电流值，作为线路的电流速断保护定值，核对该定值在最小运行方式下，10KV母线两相短路时的灵敏度（该灵敏系数≥2时，速断值即为合格）。

在满足以上条件的前提下适当提高线路速断保护定值，以保证故障电流达到速断定值时，熔丝熔断，变电站断路器不跳闸。

对于10KV线路保护，《3-110kV电网继电保护装置运行整定规程》要求：

除极少数有稳定问题的线路外，线路保护动作时间以保护电力设备的安全和满足规程要求的选择性为主要依据，不必要求速动保护快速切除故障。

通过选用性能优良的熔断器，能够大大提高线路在故障时的反应速度，降低事故跳闸率，更好地保护整个光伏并网发电系统。

（3）中压防雷保护单元

该中压防雷保护单元选用复合式过电压保护器，可有效限制大气过电压及各种真空断路器引起的操作过电压，对相间和相对地的过电压均能起到可靠的限制作用。

该复合式过电压保护器不但能保护截流过电压、多次重燃过电压及三相同时开断过电压，而且能保护雷电过电压。

过电压保护器采用硅橡胶复合外套整体模压一次成形，外形美观，引出线采用硅橡胶高压电缆，除四个线鼻子为裸导体外，其他部分被绝缘体封闭，故用户在安装时，无需考虑它的相间距离和对地距离。

该产品可直接安装在高压开关柜的底盘或互感器室内。

安装时，只需将标有接地符号单元的电缆接地外，其余分别接A、B、C三相即可。

设置自控接入装置对消除谐振过电压也具有一定作用。

当谐振过电压幅值高至危害电气设备时，该防雷模块接入电网，电容器增大主回路电容，有利于破坏谐振条件，电阻阻尼震荡，有利于降低谐振过电压幅值。

所以可以在高次谐波含量较高的电网中工作，适应的电网运行环境更广。

另外，该防雷单元可增设自动控制设备，如放电记录器，清晰掌控工作动作状况。

可以配置自动脱离装置，当设备过压或处于故障时，脱离开电网，确保正常运行。

（4）中压电能计量表

中压电能计量表是真正反应整个光伏并网发电系统发电量的计量装置，其准确度和稳定性十分重要。

采用性能优良的高精度电能计量表至关重要。

为保证发电数据的安全，建议在高压计量回路同时装一块机械式计量表，作为IC式电能表的备用或参考。

该电表不仅要有优越的测量技术，还要有非常高的抗干扰能力和可靠性。

同时，该电表还可以提供灵活的功能：

显示电表数据、显示费率、显示损耗（ZV）、状态信息、警报、参数等。

此外，显示的内容、功能和参数可通过光电通讯口用维护软件来修改。

通过光电通讯口，还可以处理报警信号，读取电表数据和参数。

【注】

对于本系统的10KV变电站，应由专业设计人员进行设计。

4.6系统监控装置

采用高性能工业控制PC机作为系统的监控主机，配置光伏并网系统多机版监控软件，采用RS485通讯方式，连续每天24小时不间断对所有并网逆变器的运行状态和数据进行监测。

（1）监控主机的照片和系统特点如下：

✧嵌入式低功耗Eden处理器；

✧带LCD/CRTVGA；

✧以太网口；

✧RS232/RS485通讯接口；

✧USB2.0；

✧256M内存（可升级）；

✧40G笔记本硬盘（可升级）；

✧工控机和所有光伏并网逆变器之间的通讯采用RS485总线通讯方式。

（2）光伏并网系统的监测软件可连续记录运行数据和故障数据如下：

1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CO2总减排量以及每天发电功率曲线图。

2可查看每台逆变器的运行参数，主要包括：

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

J、当前发电功率

K、日发电量

L、累计发电量

M、累计CO2减排量

N、每天发电功率曲线图

3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；

F、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；

L、通讯失败；

（3）监控软件具有集成环境监测功能，主要包括日照强度、风速、风向、室外和室内环境温度和电池板温度等参量。

（4）监控装置可每隔5分钟存储一次电站所有运行数据，可连续存储20年以上的电站所有的运行数据和所有的故障纪录。

（5）可提供中文和英文两种语言版本。

（6）可长期24小时不间断运行在中文WINDOWS2000，XP操作系统。

（7）监控主机同时提供对外的数据接口，即用户可以通过网络方式，异地实时查看整个电源系统的实时运行数据以及历史数据和故