并网光伏电站基本结构、系统组成、主要设备及性能简介

2020年5月31日,-1-,并网光伏电站基本结构、系统组成、主要设备及性能简介,2014年12月,目录,1、并网光伏电站原理与基本结构2、并网光伏电站基础结构部分3、并网光伏电站电气部分4、并网光伏电站监控系统,2020年5月31日,-并网光伏电站运行及维护培训-,-2-,1、并网光伏电站原理与基本结构,光伏电站安装规模小型光伏电站系统：安装容量小于等于1MWp；中型光伏电站系统：安装容量大于1MWp小于等于30MWp；大型光伏电站系统：安装容量大30MWp。接入电网电压安装等级0.4kV光伏电站；1035kV光伏电站；66kV光伏电站。,2020年5月31日,-并网光伏电站运行及维护培训-,-3-,1.1光伏电站分类及特点,1、并网光伏电站原理与基本结构,2020年5月31日,-4-,1.2并网光伏电站与基本结构,-并网光伏电站运行及维护培训-,2、并网光伏电站基础结构部分,2.1地基、基础、基座2.2地面光伏电站地基与基础2.3建筑屋面光伏电站支架,2020年5月31日,-5-,-并网光伏电站运行及维护培训-,2、并网光伏电站基础结构部分,地基就是指光伏阵列下面支承基础的土体或岩体。如果天然地基承载能力达不到要求，就需要进行地基加固，常用的方法包括：换填、夯实、挤密、排水、胶结、加筋等方法。基础一般是指光伏阵列的承重构件，常见的有柱形基础和条形基础，主要应用于地面光伏电站与混凝土屋面。基座指支承光伏支架的底部结构。,2020年5月31日,-6-,2.1地基、基础、基座,-并网光伏电站运行及维护培训-,2、并网光伏电站基础结构部分,混凝土基础与支架系统金属钎杆基础与支架系统螺旋桩基础与支架系统,2020年5月31日,-7-,2.2地面光伏电站地基与基础,-并网光伏电站运行及维护培训-,2、并网光伏电站基础结构部分,2020年5月31日,-8-,2.2地面光伏电站地基与基础-地锚,-并网光伏电站运行及维护培训-,2、并网光伏电站基础结构部分,混凝土基础与支架系统金属钎杆基础与支架系统螺旋桩基础与支架系统,2020年5月31日,-9-,2.2地面光伏电站地基与基础,-并网光伏电站运行及维护培训-,2.3建筑屋面光伏电站支架,水泥屋面彩钢瓦夹具形式夹具与支架材料要求夹具与支架设计要求,2020年5月31日,-10-,-并网光伏电站运行及维护培训-,2.3建筑屋面光伏电站支架,2020年5月31日,-11-,2.3.1水泥屋面,-并网光伏电站运行及维护培训-,2.3建筑屋面光伏电站支架,直立锁边波纹板（梯形板）,2020年5月31日,-12-,2.3.2彩钢瓦夹具形式,-并网光伏电站运行及维护培训-,2.3建筑屋面光伏电站支架,直立锁边波纹板（梯形板）,2020年5月31日,-13-,2.3.2彩钢瓦夹具形式,-并网光伏电站运行及维护培训-,2.3建筑屋面光伏电站支架,直立锁边波纹板（梯形板）,2020年5月31日,-14-,2.3.2彩钢瓦夹具形式,-并网光伏电站运行及维护培训-,2.3建筑屋面光伏电站支架,热镀浸锌型材镀锌的厚度要求不尽不同，但是最小的镀锌厚度不低于90m，强腐蚀地区不少于120m铝合金型材铝合金的表面阳极氧化膜一般不小于12m，较高要求为15m夹具等连接件对于小连接件的防腐蚀要求更高，如果有特殊情况，可以要求采用热渗锌工艺,2020年5月31日,-15-,2.3.3夹具与支架材料要求,-并网光伏电站运行及维护培训-,2.3建筑屋面光伏电站支架,支架恒荷载计算设计风（雪）荷载计算载荷组合计算结构计算：利用软件，针对支架设计建立有限元分析模型，施加风荷载与恒荷载，将支架导轨作为连续梁进行分析：（1）最大挠度是否满足要求。（2）最大弯曲应力应小于型材容许应力，满足要求。（3）夹具处受力分析，满足要求。屋顶檩条与龙骨受力校核计算。,2020年5月31日,-16-,2.3.4夹具与支架设计要求,-并网光伏电站运行及维护培训-,3、并网光伏电站电气部分,3.1直流电气部分3.2交流电气部分3.3并网逆变器3.4接入系统,2020年5月31日,-17-,-并网光伏电站运行及维护培训-,3、并网光伏电站电气部分,光伏组件光伏汇流箱（配电柜）光伏直流电缆光伏阵列的布局,2020年5月31日,-18-,3.1直流电气部分,-并网光伏电站运行及维护培训-,3.1并网光伏电站直流电气部分,2020年5月31日,-并网光伏电站运行及维护培训-,-19-,光伏组件,2020年5月31日,-并网光伏电站运行及维护培训-,-20-,3.1并网光伏电站直流电气部分,光伏组件,晶体硅光伏组件晶体硅电池片：单晶硅、多晶硅,2020年5月31日,-并网光伏电站运行及维护培训-,-21-,3.1并网光伏电站直流电气部分,光伏组件,晶体硅光伏组件组件电性能特性可以将太阳电池看作是恒流源与二极管的并联,2020年5月31日,-并网光伏电站运行及维护培训-,-22-,3.1并网光伏电站直流电气部分,光伏组件,晶体硅光伏组件组件电性能特性最大功率Wp最大功率点电压Vmpp最大功率点电流Impp开路电压Voc短路电流Isc功率公差（多为正）,2020年5月31日,-并网光伏电站运行及维护培训-,-23-,3.1并网光伏电站直流电气部分,光伏组件,晶体硅光伏组件组件电性能特性太阳辐射降低，光伏组件电流大幅下降太阳辐射降低，光伏组件电压下降缓慢,2020年5月31日,-并网光伏电站运行及维护培训-,-24-,Lowerirradiancereducescurrent,Vocdropsslowlywithlowerirradiance,3.1并网光伏电站直流电气部分,光伏组件,3.1并网光伏电站直流电气部分,晶体硅光伏组件组件电性能特性温度升高，光伏组件电流略微升高温度升高，光伏组件电压下降明显,2020年5月31日,-并网光伏电站运行及维护培训-,-25-,光伏组件,Highertemperaturereducesvoltage,Iscrisesslightlyastemperaturegoesup,3.1并网光伏电站直流电气部分,晶体硅光伏组件组件电性能特性温度升高，光伏组件电流略微升高温度升高，光伏组件电压下降明显,2020年5月31日,-并网光伏电站运行及维护培训-,-26-,光伏组件,Highertemperaturereducesvoltage,Iscrisesslightlyastemperaturegoesup,3.1并网光伏电站直流电气部分,2020年5月31日,-并网光伏电站运行及维护培训-,-27-,直流汇流箱,汇流箱内部结构,汇流箱铭牌,直流汇流箱是将太阳能光伏组串汇流的设备，具有汇流、放过流、防雷、监测等功能。,3.1并网光伏电站直流电气部分,2020年5月31日,-并网光伏电站运行及维护培训-,-28-,直流配电柜,直流柜正面,直流柜内部结构,直流柜铭牌,直流配电柜同汇流箱的电气功能相同，直流配电柜将汇流箱输出直流电流进行汇流，输入到并网逆变器，具有汇流、放过流、防雷、保护等功能。,3.1并网光伏电站直流电气部分,2020年5月31日,-并网光伏电站运行及维护培训-,-29-,光伏直流电缆,就光伏应用而言，户外使用的材料应能够承受强烈紫外线、剧烈温度变化、化学侵蚀以及长时间的使用寿命；常见太阳能电缆额定温度为120C。具有最佳的耐风雨性、耐紫外线和臭氧侵蚀性，而且能承受更大范围的的温度变化（例如：从40C至125C）；电缆的使用寿命与温度有关，通常太阳能电缆的额定温度为120C（可使用20000小时）。这一额定值相当于在90C的持续温度条件下可使用18年；而当温度低于90C时，其使用寿命更长。,3.1并网光伏电站直流电气部分,2020年5月31日,-并网光伏电站运行及维护培训-,-30-,光伏方阵布局,太阳能光伏方阵要尽量靠近最近的公用电网并网点，以减少光伏系统交流传输的距离。尽量减少低压直流的传输距离。与周边环境的影响与协调：不影响片区的整体环境风格；避免或减少光污染。光伏方阵朝向与倾角：对于固定安装的太阳能光伏方阵，在北半球，我们通常选择光伏方阵的朝向为正南方，在南半球为正北方。方便项目施工：考虑到后期的太阳能光伏方阵的施工中的方便。利于光伏电站竣工后的运行与维护工作的开展光伏方阵的布局设计会对后期的项目运行与维护产生很大影响。良好的布局设计能够减少后期的运维难度，降低运维成本。主维护通道、次维护通道、防滑格栅（彩钢瓦屋顶光伏电站）,3.2并网光伏电站交流电气部分,2020年5月31日,-并网光伏电站运行及维护培训-,-31-,交流配电柜,交流柜正面,交流柜内部结构,交流柜铭牌,交流配电柜为逆变器与并网点间的配电设备之一，主要功能为短路、过流、计量、防雷保护等。,3.2并网光伏电站交流电气部分,2020年5月31日,-并网光伏电站运行及维护培训-,-32-,升压变压器,变压器正面,变压器内部结构,变压器铭牌,变压器为将逆变器输出的交流电的电压等级提升到并网点处的电压等级，光伏常用变压器类型为干式和油浸式。,3.2并网光伏电站交流电气部分,光伏并网分裂绕组变压器介绍产品专门为太阳能电站并网配套使用，按铁芯材质可分为油浸非晶铁芯和干式硅钢片铁芯两大类分裂绕组设计是现在最经济可靠的模式。分裂绕组每个支路可以单独运行，也可以在额定电压相同时并联运行，一段母线故障后，不影响另一段母线运行，减少事故影响范围；用一台变压器的多绕组代替多台变压器，降低造价；低压线圈分裂后，可以大大增加线圈的短路阻抗，很好的限制了电力系统网络中的短路电流，可以选用轻型开关设备，因而分裂绕组变压器在光伏发电电力系统中得到广泛应用。,2020年5月31日,-33-,升压变压器,-并网光伏电站运行及维护培训-,3.2并网光伏电站交流电气部分,2020年5月31日,-并网光伏电站运行及维护培训-,-34-,配电房,混凝土墙体结构,集装箱形式结构,原有室内配电房,配电房为配电设备长期放置场所，主要为混泥土结构配电房、集装箱式配电房和利用原有配电房形式。,3.2并网光伏电站交流电气部分,2020年5月31日,-并网光伏电站运行及维护培训-,-35-,功率控制（无功补偿装置）,基本原则就地平衡、便于电压调整通过10（20）kV电压等级并网的分布式光伏系统应具有有功功率调节能力，在同一项目安装容量大于等于4000kW时宜根据电网调度机构指令调节电源的有功功率输出。功率因数应能在超前0.98和滞后0.98范围内连续可调；光伏系统参与电网的电压和无功调节，电压和无功调节可采用调节光伏系统逆变器输出无功功率方式。,3.3光伏逆变器,光伏逆变器基本功能集中式、组串式与微逆变器主从式并网逆变器特点,2020年5月31日,-36-,-并网光伏电站运行及维护培训-,3.3光伏逆变器,并网光伏逆变器需要输出的电流与电网的电流同频、同相、同时具备防孤岛效应等能力。离网型逆变器除非是逆变器之间有通讯协调控制，否则，是绝对不能够将多个离网型逆变器在一个小型配电网络中并行使用。因为可能会造成相位叠加，产生电力事故。,2020年5月31日,-并网光伏电站运行及维护培训-,-37-,光伏逆变器基本功能,逆变器正面,逆变器内部结构,逆变器铭牌,3.3光伏逆变器,光伏逆变器功能、分类与特点光伏逆变器是隔离式还是非隔离式的区别取决于逆变器中是否有隔离变压器隔离式与非隔离式的区别：变压器可提高电磁兼容性；使变压器即电网所在的一侧浮地，即与大地物理隔离，不构成回路，安全性高；可以改变输出电压；滤掉逆变器输出中的直流成分。加入变压器后，逆变器的体积增大，成本提高；变压器在工作过程中发热，损失12%光伏电能，导致效率降低,2020年5月31日,-并网光伏电站运行及维护培训-,-38-,光伏逆变器隔离式与非隔离式,3.3光伏逆变器,光伏逆变器效率峰值效率（最大转换效率）：根据逆变器设计以及不同的负载工作情况测出的最大转换效率。欧洲效率：欧洲效率是在不同功率点的权值，用来估算逆变器的总体效率。CEC加权效率：CEC效率是根据美国加州能源协会制定的测试程序针对光伏逆变器的转换效率进行检测得到的结果。,2020年5月31日,-并网光伏电站运行及维护培训-,-39-,光伏逆变器效率,3.3光伏逆变器,光伏逆变器电能质量谐波GB/T14549电能质量公用电网谐波GBT24337-2009电能质量公用电网间谐波电压偏差GB/T12325-2008电能质量供电电压偏差电压波动和闪变GB/T12326-2008电能质量电压波动和闪变电压不平衡度GB/T15543-2008电能质量三相电压不平衡直流分量IEEE-1547，光伏电站运行时，向电网馈送的直流电流分量不应超过其交流额定值的0.5%。,2020年5月31日,-并网光伏电站运行及维护培训-,-40-,光伏逆变器电能质量,3.3光伏逆变器,安全与保护性能防反放电保护极性反接保护防孤岛效应保护交流侧短路保护直流过压保护同时光伏逆变器应该具有一定的过载能力，在输出120%倍额定电流的情况下，逆变器连续可靠工作时间不小于1分钟。,2020年5月31日,-并网光伏电站运行及维护培训-,-41-,光伏逆变器安全防护功能,3.3光伏逆变器,防孤岛效应电网故障时，光伏电站系统仍然保持对故障电网的部分线路继续供电的状态，即为孤岛效应。包括：计划性孤岛效应和非计划性孤岛效应当检修人员对电力系统线路和设备进行检修时，如果并网太阳能发电系统仍继续供电，可能造成人员伤亡事故；当电网恢复供电时，电网电压、并网逆变器的输出电压在相位上可能有差异，会在瞬间产生很大的冲击电压，从而损坏相关设备。所谓的防孤岛效应，就是禁止非计划性孤岛效应的发生。逆变器应该在2秒内停止向电网供电，同时发出警示信号。而计划性的孤岛效应则是按预先配置的控制策略，有计划的发生的孤岛效应，通过该效应可以继续给微电网供电。,2020年5月31日,-并网光伏电站运行及维护培训-,-42-,3.8、光伏逆变器防孤岛,3.3光伏逆变器,该性能主要是适用于大中型光伏电站的中高压型逆变器。保证其应具备一定的耐受异常电网电压的能力，避免在电网电压异常时脱离，引起电网电源的不稳定。GB/T19964-2012光伏发电站接入电力系统技术规定提出了更加严格的要求，要求光伏逆变器具备零电压穿越功能，同时要求其在电网电压跌落期间具备动态无功支撑的能力。,2020年5月31日,-并网光伏电站运行及维护培训-,-43-,3.3光伏逆变器-低电压/零电压穿越,3.3光伏逆变器,系统逆变器数量少，集中放置，安装简单，维护方便便于管理；逆变器单机自身效率较高，谐波含量少，直流分量少，电能质量高；逆变器集成度高，功率密度大，成本低；功率因素调节功能和低电压穿越功能，电网调节性好；直流汇流箱个数多，故障率较高，影响整个系统安全；集中式逆变器相对于组串式、微逆变器逆变器而言MPPT较少，会影响整个系统的发电效率；逆变器机房占地较大需要专用的机房和设备；集中式并网逆变系统中无冗余能力，如有发生故障停机，整个系统将停止发电，一旦故障，造成大面积的光伏系统停用。,2020年5月31日,-44-,集中式、组串式与微逆变器-集中式逆变器,-并网光伏电站运行及维护培训-,3.3光伏逆变器,模块化设计，直流端多路MPPT，不受组串间差异和阴影遮挡影响；组串式逆变器光伏组件配置更为灵活，能够适应各种不同应用场景等环境的需求；防护等级为IP65，体积小、重量轻，直接在室外安装，可简化施工、减少占地；可以安装在光伏组件的旁边，有利于合理布线，减少了直流主电缆的长度，可降低直流电缆成本；组串式自耗电低、故障影响小、更换维护方便，可以对光伏系统进行分片的维修；一般采用集中式逆变器的系统在5年后的失配损失会达到810%左右。使用组串式逆变器方案则可以大幅规避此损失。体积小，所以功率器件电气间隙小，高海拔地区需要进行另外设计；通常不带隔离变压器设计，电气安全性稍差；多个逆变器并联时，总谐波高，因为如果很多台逆变器并联时，总谐波会迭加，而且较难抑制；同等规模如果采用组串式逆变器，逆变器数量多，总故障率会升高;单台逆变器可实现零电压穿越，但多机并联时，零电压穿越功能、无功/有功调节等功能实现较难。,2020年5月31日,-45-,3.3集中式、组串式与微逆变器-组串式逆变器,-并网光伏电站运行及维护培训-,3.3光伏逆变器,为每个光伏组件单独配备一个具备交直流转换功能和最大功率点跟踪功能的逆变器模块。可以实现光伏发电系统的模块化设计、实现即插即用和热插拔，光伏电站系统扩展简单方便；保证光伏系统中的每个光伏组件均运行在最大功率点，具有很强的抗局部阴影能力；并网逆变器基本不独立占用安装空间，分布式安装，能够充分利用空间和适应不同安装方向和角度的应用；系统运行可靠性高，单个模块失效不会对整个光伏发电系统造成影响。微逆变器目前成本较高，不过随着应用与生产规模的增加，成本也在成逐年下降的趋势；（价格）与集中式与组串式逆变器相比，微逆变器效率相对较低。,2020年5月31日,-并网光伏电站运行及维护培训-,-46-,3.3集中式、组串式与微逆变器-微逆变器,3.3光伏逆变器,工作原理是：光伏系统采用23个集中型逆变器，总功率被几个逆变器均分，在辐射低的时候，一个逆变器工作，效率较高，当辐射升高，超过一个逆变器的工作上限，其它逆变器逐步开始工作。为了保证逆变器的工作量均等，主从逆变器经常轮换。单台逆变器中多个相同逆变模块之间的主从工作模式，基本原理与上述类似。主从式逆变器能够提高在早晚的逆变器的工作效率，延长工作时间，并且通过轮换工作模块，延长逆变器寿命。,2020年5月31日,-47-,主从式逆变器,-并网光伏电站运行及维护培训-,3.4接入系统,相关标准规定接入点选择并网柜原理继电保护计量系统,2020年5月31日,-48-,-并网光伏电站运行及维护培训-,3.4接入系统,2020年5月31日,-49-,相关标准规定,-并网光伏电站运行及维护培训-,国内光伏系统接入主要参考标准（国网公司）,光伏电站接入电网技术规定,分布式电源接入电网技术规定,国内光伏系统接入主要参考标准（南网公司）,分布式光伏发电系统接入电网技术规范,光伏发电站接入电网技术规范,3.4接入系统,2020年5月31日,-50-,接入点选择,-并网光伏电站运行及维护培训-,光伏系统10kV以上电压等级接入公共电网主要分为：1、光伏专线接入；2、光伏T接入10kV及以上配电线路；3、光伏用户侧接入10kV线路（自发自用，余电上网）,集中式电站专线接入10kV以上电网方式,3.4接入系统,2020年5月31日,-51-,接入点选择,-并网光伏电站运行及维护培训-,集中式电站10kV以上接入电网方式，电站建设在离变电所较近位置，节省输电线路，主要接入电压为35kV、110kV等。对于工厂、商业区专线集中接入10kV线路方式，接入线路分接箱即可。,用户侧集中T接入10kV电网线路,3.4接入系统,2020年5月31日,-52-,接入点选择,-并网光伏电站运行及维护培训-,光伏系统用户侧10kV接入电网，要考虑用户侧10kV线路是专线接入还是支线接入，如果是10kV专线接入，需要考虑用户负载消耗电量情况，还要考虑系统接入容量。,光伏系统接入用户侧10kV电网方式,3.4接入系统,2020年5月31日,-53-,接入点选择,-并网光伏电站运行及维护培训-,光伏系统通过220/380V电压等级接入公共电网主要分为：1、光伏T接入220/380V配电线路；2、光伏用户侧接入220/380V线路（自发自用，余电上网）,3.4接入系统,2020年5月31日,-54-,接入点选择,-并网光伏电站运行及维护培训-,光伏发电站的并网点对于无升压站的光伏发电站是指光伏发电站的输出汇总点；对于有升压站的光伏发电站是指升压站高压侧母线或节点。,3.4接入系统,2020年5月31日,-55-,并网柜原理,-并网光伏电站运行及维护培训-,光伏并网柜是连接光伏电站和电网的配电装置，其主要作用是作为光伏电站与电网之间的分界与连接。对于低压并网的光伏电站，光伏并网柜还可以安装计量及一些保护功能。本质上讲，光伏并网柜就是光伏电站的总出口。,3.4接入系统,2020年5月31日,-56-,并网柜原理,-并网光伏电站运行及维护培训-,3.4接入系统,2020年5月31日,-57-,继电保护,-并网光伏电站运行及维护培训-,线路保护保护装置应具备电流速断保护、过流保护、零序过流保护、低周减载、高周解列、低压解列等功能；升压变保护分布式光伏系统电压在10kV及以下、容量在10000kVA及以下的升压变采用电流速断保护为主保护，电压在10kV以上、容量在10000kVA及以上的升压变采用纵差保护为主保护；分布式光伏系统的升压变各侧宜采用过电流保护作为后备保护；,3.4接入系统,2020年5月31日,-58-,继电保护,-并网光伏电站运行及维护培训-,电压保护当分布式光伏发电系统并网点电压超出下表规定的电压范围时，应在相应的时间内停止向电网线路送电。此要求适用于多相系统中的任何一相。,3.4接入系统,2020年5月31日,-59-,继电保护,频率保护当光伏系统并网点频率超出（47.550.2）Hz范围时，光伏系统逆变器保护控制单元应在0.2s内停止向电网线路送电。防孤岛保护光伏系统应具备快速监测孤岛且立即断开与电网连接的能力，防孤岛保护整定时间不大于2s，防孤岛保护应与并网侧线路保护相配合。并网同期光伏系统在逆变器交流输出端设置同期点，由光伏系统逆变器自动检测电网电压、相位、频率，待电压、相位、频率一致时，再投入并网，保证逆变器并网运行对电网无冲击、无扰动。恢复并网系统发生扰动脱网后，在电网电压和频率恢复到正常运行范围之前光伏系统不允许并网。在电网电压和频率恢复正常后，光伏系统需要经过一定延时后才能重新并网，延时值应在20s5min范围内可调，具体由电网调度机构给定。,-并网光伏电站运行及维护培训-,3.4接入系统,2020年5月31日,-60-,计量系统