100KW分布式光伏电站方案设计.docx
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100KW分布式光伏电站方案设计
100KWp光伏并网发电系统
技术方案
一、总体设计方案
针对100KWp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，元，通过1台SG1OOK3〔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180Wp（35V）单晶硅光伏电池组件，其工作电压约为35V，开路电压约为45V。
根据SG100K3并网逆变器的MPPT工作电压X围〔450V～820V〕，每个电池串列按照16块电池组件串联进展设计，100KW的并网单元需配置35个电池串列，共560块电池组件,其功率为100.8KWp。
为了减少光伏电池组件到逆变器之间的连接线，以与方便维护操作，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展汇流。
汇流箱的防护等级为IP65，可在户外安装在电池支架上，每个汇流箱可接入6路电池串列，每100KW并网单元需配置6台汇流箱，整个100KWp的并网系统需配置6台汇流箱。
并网发电系统配置1台交直流防雷配电柜，该配电柜包含了直流防雷配电单元和交流防雷配电单元。
其中：
直流防雷配电单元是将6台汇流箱进展配电汇流，接入SG100K3逆变器；交流防雷配电单元提供一台SG100K3逆变器的三相AC380V,50Hz交流并网接口，并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。
二、系统组成
光伏并网发电系统主要组成如下：
（1）光伏电池组件与其支架；
（2）光伏阵列防雷汇流箱；
（3）交直流防雷配电柜；
（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）系统的防雷与接地装置；
（7）土建、配电房等根底设施；
（8）系统的连接电缆与防护材料。
三、相关规X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电工电子产品根本环境试验规程试验A：
低温试验方法
GB/T2423.2-2001电工电子产品根本环境试验规程试验B：
高温试验方法
GB/T2423.9-2001电工电子产品根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如此
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
此次光伏并网发电系统设计为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1台SG100K3并网逆变器，组成100KWp并网发电系统。
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芯片进展控制；
（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与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与告警功能；
（8）宽直流输入电压X围，整机最大效率可达96.2%；
（9）适应电网电压波动较大的特点。
并网逆变器正常工作允许电网三相线电压X围为：
AC330V～AC450V，频率X围为：
47－51.5Hz；
（10）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；
（11）提供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；
（12）SG100K3并网逆变器具有CE、TUV认证证书。
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MPPT算法。
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〕X围
450Vdc～820Vdc
最大阵列输入电流
250A
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
最大效率
96.2%
欧洲效率
95.2%
允许电网电压X围〔三相〕
330V～450AC
允许电网频率X围
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〕
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液晶显示与菜单简介
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展控制。
逆变电源采用LCD液晶显示〔如如下图所示〕，为了更好进展人机界面交互操作，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、完毕
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）
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一样，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
✧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与对其进展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▼键进展选择。
●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。
✧系统保存最近的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键进展开关机。
●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展修改，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展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局部，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，需要在此屏进展调整，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。
目前在光伏并网发电系统中，特别是在大型光伏电站中，普遍选用具有较大功率的光伏电池组件，本系统选用单块180Wp〔35V〕单晶硅光伏电池组件，其工作电压约为35V，开路电压约为45V。
当然，也可选用其它类型的光伏电池组件。
SG100K3并网逆变器的直流工作电压X围为：
450Vdc～820Vdc，最优直流电压工作点为：
560Vdc。
经过计算:
560V/35V=16,得出：
每个电池串列可采用16块光伏电池组件串联。
每个电池串列的峰值工作电压：
560V，开路电压：
720V，满足逆变器的MPPT工作电压X围。
对于每个100KW并网发电单元，需要配置560块180Wp光伏电池组件，组成35个电池串列。
整个100KWp并网系统需配置560块180Wp光伏电池组件。
每个电池串列的原理接线图如如下图所示：
为了减少电池组件到逆变器之间的连接线，以与方便维护操作，本系统在户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路电池串列，每路电池串列输入的最大电流为10A；
3）电池串列的最大开路电压为DC900V；
4）每路电池串列配有光伏专用高压直流熔丝进展保护，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；
7）光伏阵列防雷汇流箱的电气原理框图如如下图所示：
每个100KW并网单元配置6台汇流箱，整个100KWp并网系统需配置6台光伏阵列防雷汇流箱。
交直流防雷配电柜包含直流防雷配电单元和交流防雷配电单元，其中，直流防雷配电单元按照100KW直流配电单元设计，每个直流配电单元可接6台光伏阵列防雷汇流箱，经直流断路器和防反二极管后汇流、防雷，再接至SG100K3逆变器；交流防雷配电提供1路SG100K3并网逆变器的三相AC380V,50Hz交流并网接口，经三相计量表、三相电压和电流表接入公用交流电网，并在网侧配置总交流断路器和防雷器。
交直流防雷配电柜的电气原理接线图如如下图所示：
本系统采用的SG100K3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
AC380/220V
3
额定频率
50Hz
4
系统接地方式
中性点直接接地
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，连续对所有并网逆变器的运行参数和工作状态进展监测。
（1）监控主机的照片和系统特点如下：
✧嵌入式低功耗VIAC3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）；
（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总减排量以与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.交流电压
D.交流电流
E.频率
F.当前发电功率
G.日发电量
H.累计发电量
I.逆变器机内温度
J.时钟
K.累计CO2减排量
L.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，可查看故障原因与故障时间，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、和环境温度等参量。
（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小时不连续运行在中文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与历史数据和故障数据。
（8）显示单元可采用大液晶电视，具有非常好的展示效果。
如下图是本公司的并网逆变器的监控界面：
本系统可配置1套环境监测仪（如如下图所示），用来监测现场的环境情况：
该装置由风速传感器、风向传感器、日照辐射表、测温探头、控制盒与支架组成，适用于气象、军事、船空、海港、环保、工业、农业、交通等部门测量水平风参量与太阳辐射能量的测量。
可测量环境温度、风速、风向和辐射强度等参量，其RS485通讯接口可接入并网监控装置的监测系统，实时记录环境数据。
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。
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，在进展配电室根底建设和太阳电池方阵根底建设的同时，选择电厂附近土层较厚、潮湿的地点，挖1～2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10mm2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防止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，可有效地防止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。
五、系统主要设备配置清单
序号
名称
型号规格
数量
价格〔出厂价格估算〕
备注
1
光伏电池组件（与电池支架）
2
光伏阵列防雷汇流箱
3
交直流防雷配电柜
4
光伏并网逆变器
5
监控
装置
多机版监控软件
工控机
液晶显示器
6
环境监测仪
7
RS485/232转换器
8
系统的防雷和接地装置
用户自备
9
土建与配电等根底设施
用户自备
10
系统连接电缆线与防护材料
用户自备
合计RMB
1、以上为批量出厂报价，含税√。
2、交货日期：
由签定合同日起60天内交货。
3、售后服务：
本公司产品一律保修一年，终身维护。
4、目前，我公司暂时不承受国外安装，只提供设备。
5、国内的工程安装报价一般为设备总价的20％，供参考。
六、系统电气原理框图
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