大型地面电站设计培训用

南京冠亚电源设备有限公司2012年2月18日大型地面光伏发电技术和系统设计应用工程师:徐学亮冠亚新厂区1、光伏发电的特点

2、地面光伏系统容量规划

3、光伏发电系统的设计

4、光伏发电系统的安装与维护（建设阶段阐述）；

5、南京冠亚并网逆变器产品简介

目录3一、光伏发电的特点取之不尽，用之不竭对环境无污染，零排放随处可得，就近供电无机械磨损，维护简单，运行可靠随机性、波动性、间歇性4反射直射吸收散射456二、目前光伏系统容量规划系统设计说明：

光伏电站的系统整体设计由光伏发电系统和机电设计两个部分组成，其中光伏发电系统指从太阳电池组件至逆变器之间的所有电气设备，包括太阳电池组件、直流接线箱、直流电缆、直流汇流柜、逆变器等；机电部分指从逆变器交流侧至电站送出部分的所有电气、控制保护、通信及通风等。7目前子系统1MW容量说明特点说明：电站采用“集中设计、集中控制、单点并网”的总体技术方案。(1)在电气线路上，并网系统分为多个独立的1MWp分系统；(2)每个1MWp分系统包括2个500kWp子系统、1台1000kVA的升压变压器；(3)每个子系统由光伏方阵、直流配电柜、并网逆变器组成，输出0.27KV三相交流电；(4)光伏电站站用电：站用电源由10kV配电装置引接（前端可加双电源切换装置），容量定为500kVA，站用电用于供给本站内各处照明、暖通、检修等负荷。8子系统配置说明1MW单元：国内外为主流、为典型应用系统单元：在国内外运行最多、最安全稳定的是1MW为单元，具有成熟的配套元件产品及成熟的电气保护线路，例如，市场设备厂家，专门提供1MW光伏专用升压变系统及开关保护设备，此1MW结构采用双分裂双绕组变压器。对于光伏并网发电系统，影响系统的发电量是多方面的，而最直接的影响就是逆变器的效率和升压变压器的效率，所以为了提高系统的发电效率，每个1MW并网子站采用2台单机500KW高效无变压器型大功率并网逆变器，配置1台0.27/0.27/35KV双分裂升压变压器，通过一次升压方案完成35KV上网发电。9示意电气图10光伏方阵逆变器500KW光伏方阵逆变器500KW地埋电缆升压变中压开关站控制楼直配柜直配柜结构图11三、光伏发电系统设计1、设计步骤2、逆变器选型及相关介绍3、配电设计（汇流箱设计、直流配电柜设计、监控设计、箱式变设计、高低配电柜设计等）4、电缆连接布线设计5、防雷接地设计6、施工建设流程设计并网光伏发电系统的设计步骤1、在考察的基础上进行预可行性设计与研究；2、技术方案确定和设备选型（太阳电池、逆变器、监控、其它辅助设备、运行方式等）；3、工程设计：(土建施工方案、抗风能力、防雷接地、电网电气接入系统)；4、特殊设计：1)对于大型光伏电站：占地计算、场地、基础、机房、围栏、自动跟踪系统等。12逆变器选型及相关介绍逆变器拓扑结构图可靠性（元器件选择、保护功能）最大功率点跟踪技术（MPPT）孤岛检测和防护电网锁相同步技术输出电流总谐波控制并网电路拓扑结构并网系统的监控及调度技术13并网逆变器的拓扑结构

（自身不带隔离变压器）自带变压器(用户侧型)14可靠性并网逆变器的设计要与整个光伏电站系统设计寿命相符合，产品的可靠性、可用性、适应性为重点内容。为此要求逆变器在软件上、硬件上都要相应做好可靠性设计。1）硬件上：逆变器IGBT模块、直流输入开关、交流输出开关、电容器、散热风机、滤波器等选型计算及配置（以500KW为例）：逆变器IGBT模块选型主要考虑IGBT模块的电压（及导通压降等）、电流限值、最高开关频率等因数；其它设备要考虑电压电流参数等级及使用寿命，一般厂商选用知名厂商：ABB、LS等。2)软件上：采用先进数子化DSP技术，周全的保护电路来保障系统安全运行可靠。16IGBT功率模块

接触器开关排风机

防雷器

模块吸收电路-1模块吸收电路-2

17最大功率点跟踪技术（MPPT）光伏电池输出特性随温度、光照条件变化而变化。最大功率点跟踪的过程实质上是一个自寻优过程，即通过微调节光伏电池端电压来控制最大功率的输出。要求：快速、准确和稳定孤岛现象和防护孤岛现象：当电网的部分线路因故障或检修而停电时，停电线路由所连的并网发电装置继续供电，并连同周围的负载构成一个自给供电的孤岛。21锁相同步与功率调节逆变器本体具有并网锁相同步技术，具有与远方指令上行与下传信息功能。输出电流总谐波

电流谐波测试电流总谐波电流畸变限值检验结果结论〈5%<3.5%奇次谐波电流畸变限值检验结果结论3次~9次<4.0%2.21%11次~15次<2.0%0.27%17次~21次<1.5%0.07%23次~33次<0.6%0.16%偶次谐波电流畸变限值检验结果2次~8次<1.0%0.15%10次~32次<0.5%0.02%电压谐波测试电网标称电压:380V电压总谐波畸变率检验结果结论5%4.6%各次谐波电压含有率奇次检验结果4%3.8%偶次检验结果2%1.6%备注满足国标准:<1993-2005光伏并网技术要求>及国标<14549-电能质量公用电网谐波>23并网电路拓扑结构

大型并网光伏电站配置拓扑图24大型电站设备配置组成太阳电池方阵接线箱直流配电逆变器高低配柜变压器(室内或室外)并网及数据显示和通信2526并网系统的监控及调度技术

IEEE1547规定，功率超过250kW的分布式电源必须安装监测系统，以监视电站的接入状态、有功、无功输出和连接点的电压大功率逆变器要求具有：接受远方调度指令进行有功输出调节、功率因素的调节、远程开关机功能、低电压穿越功能等27配电设计汇流箱设计:防雷汇流箱主要用于光伏电站并网系统、离网自发自用系统中，起到光伏组件到逆变器的连接过渡作用，主要用于保护系统的安全性、现场施工的方便与可维护性，特别对于大型光伏并网发电系统，为了减少光伏组件与逆变器之间的连接线、方便维护提高可操作性与安全性，加装汇流箱起到直流的汇集作用，同时通过加装相关装置可起到光伏组件的串联支路的电流电压监测及通断报警功能，产品一般与逆变器做为配套使用，用户根据逆变器的直流输入电压范围，将一定数量的光伏组件进行串联后，多个阵列的光伏组件接入汇流箱进行汇流，由汇流箱内防雷器与断路器保护后输出，大大方便后端逆变器的接入，由汇流箱输出到直流配电单元，再接到逆变器28参考电气图(8进1出防雷汇流箱)直流保险29直流配电柜设计直流配电柜主要用于对前端防雷汇流箱的支路进行汇流，根据对应逆变器的容量，将一定数量的汇流箱输出进行并联，在每个输入端加装电流显示\加装输入断路器开关\输出端加装防雷装置、电压显示装置\总输出开关装置等，直流配电柜输出总正极、总负极给对应的并网逆变器直流输入处。30直流配电柜参考电气图31光伏组串数设计1、取决于逆变器的直流输入电压范围和最高允许电压；

2、取决于光伏组件的Vm和Voc；

3、取决于当地冬季白天最低温度(温度系数的比例关系);4、根据电池板的规格：30VMP一般设计在20—21串联；36VMP一般设计在16—18串联。48VMP一般设计12-14串联。32监控通讯介绍监控系统采用实时数据库系统软件，构建统一的实时数据监管平台，通过采集装置采集电站内所有发电设备的数据，包括以下设备：逆变器、汇流箱、直流柜，环境采集器。实现电站内所连设备数据的实时监视、管理和存贮。监控系统的主要功能：

监控设计331）数据采集

2）数据监视

3）通信机制4）系统管理安全措施5)数据库功能6)计算处理功能7)事件记录及报警8）报表功能

9)打印功能10）远程浏览功能34逆变器自带监控软件（界面示意图）35多设备集中监控界面示意图36监控系统的主画面37电站逆变器监视画面38用户终端主画面39远程监控示意图例40高低配电柜设计接入点方案与配置：前端逆变器系统图41要求升压变压器为双分裂双绕组,低压侧额定电压为270VAC/270VAC;高压侧额定电压为10KV/35KV;设计容量为500KVA/500KVA/1000KVA/每台变压器42相关设计图43444546接入点实物与接线图47电缆布线设计48防雷接地设计电站场地整理1、炉渣铺垫、压实2、只对道路进行处理3、不做任何处理4、依势而建，没有平整。施工建设流程设计建设阶段(续)

平整土地Source:PhoenixSolar

支架打桩50水泥地基简单地埋直接埋地水泥墩地扦固定建设阶段(续)51Source:PhoenixSolar建设阶段—支架正式安装52电站机房建设预制机房混凝土机房没有机房53电缆铺设54汇流箱安装接线Source:PhoenixSolar55防雷和接地56电站围栏建设57电网接入系统58四、特殊设计

（遮挡和占地计算、抗风能力设计、系统的防雷接地）59太阳电池方阵间距计算计算当太阳电池子阵前后安装时的最小间距D。一般确定原则：冬至当天早9：00至下午3：00太阳电池方阵不应被遮挡。60按照国家标准公式计算间距：当光伏电站功率较大，需要前后排布太阳电池方阵，或当太阳电池方阵附近有高达建筑物或树木的情况下，需要计算建筑物或树木的阴影，以确定方阵间的距离或太阳电池方阵与建筑物的距离。一般确定原则：冬至当天早9：00至下午3：00太阳电池方阵不应被遮挡。计算公式如下：太阳高度角的公式：sin=sin

sin+cos

cos

cos太阳方位角的公式：sinβ=cos

sin/cos式中：为当地纬度；为太阳赤纬，冬至日的太阳赤纬为-23.5度；为时角，上午9:00的时角为45度。D=cosβ×L，L=H/tan，

=arcsin(sin

sin+cos

cos

cos)61太阳电池方阵抗风能力设计

（依据：GB50009-2006建筑结构荷载规范、GB50017-2003《钢结构设计规范》）

1、需要计算受风梁在受风条件下的弯曲应力和弯曲度；2、需要计算支撑臂在顺风条件下的压曲强度和逆风条件下的拉伸强度；3、需要计算在受风条件下螺栓的剪切力（折断力）的耐受强度。62设备的防雷和接地措施1：架设避雷针防止低空直击雷措施2:太阳电池方阵支架可靠接地；措施3：太阳电池方阵接线箱内，输入、输出处加装防雷器，各机壳均可靠接地；措施4：机房设备需可靠接地。措施5：控制室进、出线处均增设防雷隔离箱，内装防雷保安器，防止感应雷；63防雷措施可恢复的防雷器不可恢复的防雷器64基本概念理解接闪器：直接截受雷击的避雷针、避雷线、避雷网等，架空安装。引下线（建筑）：连接接闪器和接地体的金属导体。1、2、3类建筑的引下线均不得少于2根。接地体：埋入土壤中或混凝土基础中作为散流作用的导体。接地线：连接引下线和接地体的导体。过电压保护器：避雷器、放电间隙、压敏电阻等。防雷装置：接闪器、接地体、接地线、引下线、过电压保护器的总合。接地：将接闪器、被保护装置、设备或过电压保护器用接地线与接地体连接，称为接地。接地包括：工作接地、保护接地和过电压保护接地。65设备接地