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文档简介
5兆瓦并网光伏电站技术方案目录一、项目概况 1二、方案设计 1方案总体思路 1设计依据 1设计说明 2设计原则 2进度安排 3具体方案 3系统构成 3太阳电池阵列设计 4智能汇流箱设计 7直流配电柜设计 8光伏并网逆变器 8配电保护装置 10升压变压器 发电计量系统配置方案 环境监测装置 17三、初步工程设计 18土建设计 18电站防雷和接地设计 19电网接入系统和输变电 19四、年发电量计算 22光伏发电系统效率 22衰减率预测 22发电量估算 22五、环境影响评价 23六、投资经济概算 23PAGEPAGE一、项目概况5(45MWp742p(812810台智能汇流箱,20台直流配电柜,20250kW并网逆变器,5台交流配电柜,5台S9-1250/35变1125604.32万kWh,每年减排温室气体CO2约5795.43吨。120611台250kW20250kW400V交41S9-1250/3535kV35kV35kV电池板方阵设备遭直接雷击。有效地避免雷击导致设备的损坏。4欧,不满足要求时添加降阻剂。接地网通过钢绞线可靠连接。二、方案设计方案总体思路设计依据《中华人民共和国可再生能源法》IEC62093《光伏系统中的系统平衡部件-设计鉴定》IEC60904-1《光伏器件第一部分:光伏电流-电压特性的测量》IEC60904-2《光伏器件第二部分:标准太阳电池的要求》DB37/T729-2007《光伏电站技术条件》SJ/T11127-1997《光伏(PV)发电系统过电保护-导则》CECS84-96《太阳光伏电源系统安装工程设计规范》CECS85-96《太阳光伏电源系统安装工程施工及验收技术规范》GB2297-89《太阳光伏能源系统术语》GB4064-1984《电气设备安全设计导则》GB3859.2-1993《半导体逆变器应用导则》GB/T14007-92《陆地用太阳电池组件总规范》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》GB/T18210-2000I-V特性的现场测量》GB/T18479-2001《地面用光伏(PV)发电系统概述和导则》GB/T19939-2005《光伏系统并网技术要求》GB/T19964-2005《光伏发电站接入电力系统技术规定》GB/T20046-2006《光伏(PV)系统电网接口特性》GB/T20514-2006《光伏系统功率调节器效率测量程序》设计说明5MWp并网光伏电站,系统没有储能装置,太阳电池将日光转换成直流400V35kV高压输电线路相连,再通过35kV当电网恢复后,光伏电站会检测到电网的恢复,而自动恢复并网发电。建设内容如下:5MWp光伏电站和高压输电网并网的总体设计大型光伏电站与高压电网并网接入系统和保护装置开发250kW的三相光伏并网逆变器的引进、消化吸收研究采用多机并联方式实现大型光伏并网逆变系统的控制调度策略研究多台逆变器同时并网的互相影响及对抗策略大型光伏电站运行参数监测及远程数据传输和远程控制技术开发功能完备的大型光伏电站中心监控软件5MWp大型并网光伏电站的施工建设和运行大型并网光伏电站技术、经济、环境评价设计原则5MWp大型并网光伏电站,推荐采用分块发电、集中并网方案。由于太阳能电池组件5MWp51MWp1MWp的子系统也必须由更小的子系统组合而成。按照5个1MWp的光伏并网发电单元进行设计,并且每个1MWp发电单元采用4台250kW并网逆变器的方案。每个光伏并网发电单元的电池组件采用串并联的方式组成多个0.4kV/35kV变压配电装置。设计的基本原则:1MWp4250kWp250kW逆变器相连,4台逆变器的输出并联接入升压变压器的初级;每个1MWp光伏子系统配备一台15kA5MWp55(高压侧)35kV高压电网相连。这样设计有如下好处:5W(51Mp的子系统由于是多个分系统,系统冗余度高,不至于由于某台逆变器发生故障而造成整个电站的瘫痪;局部故障检修时不影响大部分系统的运行。有利于工程分步实施;便于进行各种不同元器件设备、不同技术设计的技术经济性能评估,如国产设备和进口设备;晶体硅、非晶硅及其他组件,以及不同安装方式(固定式、单轴跟踪及全跟踪等。进度安排5兆瓦大型并网光伏电站的建设周期不超过一年。具体方案系统构成光伏并网发电系统由太阳电池组件、方阵防雷接线箱、直流配电柜、光伏并网逆变器、配电保护系统、电力变压器和系统的通讯监控装置组成。5MWp大型并网光伏发电站主要组成如下:5MWp晶体硅太阳能电池组件及其支架——230Wp晶体硅组件;——设计采用带组串监控的智能汇流箱(室外方阵场;直流防雷配电柜——将若干智能汇流箱汇流输入逆变器;光伏并网逆变器——250kW光伏并网逆变器;35kV开关柜(交流配电和升压变压器)——升压变压器;序号项目名称规格型号数量1总装机容量5MWp25年年均发电量604.32万序号项目名称规格型号数量1总装机容量5MWp25年年均发电量604.32万kWh2太阳电池组件多晶230Wp21744块3太阳电池组件支架镀锌角钢1238吨4方阵防雷接线箱喷塑密封120台5直流配电柜250kW20台6光伏并网逆变器250kW20台7交流配电柜1MW5台8升压变压器1250kVA5台9电流互感器300/55套10断路器-5套11隔离开关-5套12计量装置-5台13防雷及接地装置-20套14控制检测传输系统-1套太阳电池阵列设计1、太阳电池组件选型目前使用较多的两种太阳能电池板是单晶硅和多晶硅太阳电池组件。1>单晶硅太阳能电池制作成本高,还没有实现大规模的应用。2>多晶硅太阳能电池15%~17%要便宜一些,材料制造简便,节约电耗,总生产成本较低,因此得到大量发展。本方案设计采用230Wp多晶硅太阳电池组件,见图2.2.1。图2.2.1太阳电池组件①组件设计特点(乙烯-醋酸乙烯共聚物用钢化玻璃,透光率和机械强度高;安装简便:标配多功能接线盒,三路二极管连接盒,抗风、防雷、防水和防腐;ISO9001认证;转换效率高:晶体硅太阳电池组件,单体光电转换效率≥15%;边框坚固:阳极化优质铝合金密封边框。②组件电性能参数表2.2.1230Wp太阳电池组件技术参数型号电性能参数组件外形CLS-230PVoc(V)Isc(A)Vm(V)Im(A)Pm(W)电池片规格(mm)规格(mm)重量(kg)工作温度(℃)37.388.3129.287.86230156×1561650×992×5021.5-40~+85注:标准测试条件(STC)下—AM1.5、1000W/m2的辐照度、25℃的电池温度。1>Isc1两端。2>Im是峰值电流。3>100MW/cm2的光源照射下,在两端开路时,太阳能电池的输出电压值。可用高内阻的直流毫伏计测量电池的开路电压。4>Vm是峰值电压。5>PmPm作电压和工作电流称为最佳工作电压和最佳工作电流,分别用符号Vm和Im表示,即Pm=Im×Vm。均为输出电压,指太阳能电池板无负载状态下的输出的额定电流。1000瓦左右。③I-V曲线图如图2.2.4I-V曲线图所示。图2.2.2I-V曲线图④如何保证组件高效和长寿命(中性硅酮树脂胶谨是非常重要的。2、光伏阵列表面倾斜度设计射量才能进行发电量的计算。计算经验公式为:Rβ=S×[sin(α+β)/sinα]+D式中:Rβ——倾斜光伏阵列面上的太阳能总辐射量S——水平面上太阳直接辐射量D——散射辐射量α——中午时分的太阳高度角β——光伏阵列倾角45°会增加故障率,因此本项目设计采用固定的光伏方阵。3、太阳电池组件串并联方案250kW光伏并网逆变器的直流工作电压范围为:400Vdc~880Vdc。块18P=18×230Wp=4140Wp;250kW光伏并网逆变器需要配置太阳电池组件并联的数量Np=250000÷4140≈60或61Np60248.400kWp1MWp2404320993.600kWpNp61252.540kWp1MWp2444392块1010.160kWp。5MWp3993.600kWp+21010.160kWp230Wp21744块,18块串联,12085.00112MWp。智能汇流箱设计NG-SH01-Z100。NG-SH01-Z100汇流箱的主要技术指标:10路直流输入,1路输出;最大输入电压:1000V;最大输入电流(每个支路:0;每个支路均设置二极管防反保护功能;最大输出电流:125A;外形尺寸:003040m(长×宽×高;配备光伏专用高压防雷器,正负极都具备防雷功能;IP65。根据实际情况,5兆瓦大型并网光伏电站配置成3组993.600kWp和2组1010.160kWp20250kW6台智能汇流箱,5MWp120台。图2.2.3汇流箱结构直流配电柜设计250kWp的直流配电单元进行设计,1MWp46路光伏方阵防雷汇流箱,5MWp201250kW逆变器,如下图所示:图2.2.4直流配电柜光伏并网逆变器本方案设计采用北京能高自动化技术有限公司自主开发的SunVert250光伏并网变流器,每台逆变器的额定功率为250kW,均含有隔离并网变压器,实现电气隔离。逆变器的核心SVPWM图2.2.5250kW光伏并网变流器(SunVert250)①性能特点IGBT模块并联技术,过载能力强功率组件模块化设计,便于组装调试及维护DSP全数字化矢量控制,性能优异先进的最大功率点跟踪技术(MPPT)宽电压输入范围,提高发电效益高效工频变压器隔离,安全可靠,提高效率全新的整机散热方案,提高散热效率完善的故障自检、保护和显示功能,系统的可靠性更高标准通讯接口,便于远程监控智能触摸人机界面可适应恶劣的电网环境②技术指标
表2.2.2250kW光伏并网变流器(SunVert250)直流侧推荐光伏组件功率275kWp最大直流输入电压880VDCMPPT电压范围450VDC~820VDC最大额定电流600A交流侧额定输出功率250kW额定输出电流380A并网电压范围380VAC(-15%~+10%)并网电压频率50±0.5Hz电流畸变率(THD)<4%(额定功率)功率因数≥0.99(额定功率)系统最大效率97%工作温度-25℃~+55℃冷却方式强迫风冷防护等级IP20显示/操作液晶触摸屏通信接口以太网外形尺寸宽×高×深2200×2000×850(mm)重量2000kg配电保护装置(用于计量太阳能电池组件的发电量250kWp单元为例,250kWp太阳电池组件方阵配备一台250kW并网逆变器,逆变器的输出接到汇流总线,通过汇流总线接到升压电力变压器的低压侧。配电线路如下图所示。图2.2.6单元配电线路图升压变压器箱内氧气无法进入,从而减缓了绝缘材料的老化,大大提高了产品的使用寿命。图2.2.735kV级S9型双绕组无励磁调压配电变压器)表2.2.335kV级S9型双绕组无励磁调压配电变压器技术数据)产品型号额定容量(kVA)电压组合及分接范围联合组标号(kW)(kW)(kW)(%)(%)重量(kg)轨距(MM)高压(kV)(%低压(kV)总重S9-1250/35125035-38.5±50.4Yyno1.76140.856.513004775820×900发电计量系统配置方案1、发电计量仪表配置示意图、仪表类型发电计量仪表配置示意图图图2.2.8发电计量仪表配置示意图仪表类型有功电能,提供双向计量。图2.2.9三相感应式交流电能表2、数据采集方案并网光伏发电系统综合监控系统的基本功能包括:光伏并网逆变器运行状态的监视;并网光伏发电系统发电量计量与统计;并网光伏发电系统环境检测;光伏并网逆变器运行调度。监控系统功能介绍SCADA控功能。进出侧电压、电流、功率、并网频率和内部参数,另外还有环境温度、光照度等。能。用户在办公室也能实时掌握现场设备运行状态,并能查询发电量统计和故障信息。数据管理和分析工具,能满足企业生产管理的需要,具备很好的实用性。监控体系结构(感器、电池检测器等图2.2.10光伏发电监控系统示意图(4-20mA信号进RS485modbus协议。汇流箱信号也采用串口modbus485总线上,接入对应变流柜。RJ45Modbus/Tcp 来自来自模块汇流箱图2.2.11光伏并网逆变器数据流示意图3、本地触摸屏监控485485协议进行实时数据收发,数据交换是双向的,也能对设备进行命令控制和参数修改。曲线显示、动画显示等,以下是用户界面示例:图2.2.12数据显示示例量长期历史数据。以下是历史报表示例:图2.2.13历史报表示例下是报警查询界面,系统提供完备的用户管理机制,为不同用户设定不同的权限。图2.2.14报警查询示例4、远程监控中心NSPM态分析和集中监视、实时数据查询、生产报表、历史趋势分析、故障诊断等需求。连接,本地触摸屏接入核心交换机。结构示意图如下:工程师站工程师站操作员站3核心交换机历史数据服务器……操作员站1 操作员站2本地触摸屏1本地触摸屏5Ethernet图2.2.15监控中心网络结构示意图览和操作。必要时,这三个站能合并为一个站。NSPM由通讯组件,实时数据库,界面显示组件,WEB发布组件等组成,是一款专门等接口;实时数据库是整个软件的核心,负责数据存储动画显示和报警提示等。图2.2.16NSPM显示示例NSPM析能力,例如对发电量进行统计,换算成等效煤炭消耗,CO2、SO2减排量等,还能显示当前发电功率,日发电量累计,月发电量累计,年发电量累计,印。图2.2.17报表查询示例(如数据越限或偏差,变化过快等,第三种是通讯故障报警。根据报警严重性报警提示方式有多种,有报警指示灯提示、颜色变化、弹出式提示、声音报警等。避免生产过程中的误操作。C/SB/SC/SB/Sweb(Internet/Intranet方式服务器也能够浏览光伏发电的生产实况。为了能保证监控机能不间断的记录电站数据,系统设计专门提供一套UPS电源系统为监控系统提供电源,UPS系统和室内供电系统连接,在电网停电、掉电的情况下,尽可能保证电站运行数据的正常记录和对电站的监控。环境监测装置1参数。图2.2.18环境监测仪实时记录环境数据。三、初步工程设计3.1土建设计1、5MWp光伏电站围墙设计2.5m0.24m0.5m,2m4.5m10100×1006m。围墙南北中部各设钢管栅栏门一个。2、方阵支架基础设计230Wp445oC25混凝土0.06m³。3、光伏电站配电室设计光伏电站配电室采用轻钢及彩钢夹芯板围护结构,建筑面积约100m²。4、计算太阳电池方阵间距和光伏电站占地计算当太阳能电池组件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太阳能电池组件方阵不应被遮挡。计算公式如下:D
0.707H tanarcsin0.648cos0.399sin式中::为纬度(在北半球为正、南半球为负),根据项目地点经纬度计算;假设方阵倾角设计为45º(可以根据实际项目地点进行调整);H:为光伏方阵阵列的高度;光伏方阵阵列间距应不小于D。太阳电池组件组件排布方式为:230Wp1814行×95.5m。5MWp20Wp27401M,36604阵。604个子阵组成5MWp的太阳能电池组件方阵场。东西方向放置25子阵、南北方向放置25子阵。占地400×200=80000m2,约120亩。150亩。电站防雷和接地设计件的损坏等情况发生,系统的防雷接地装置必不可少。1~24035mm24欧姆。柜,经过多级防雷装置可有效地避免雷击导致设备的损坏。交流侧防雷措施:每台逆变器的交流输出经交流防雷柜(内含防雷保护装置)入电网,可有效地避免雷击和电网浪涌导致设备的损坏,所有的机柜要有良好的接地。电网接入系统和输变电1、电网接入系统设计51MWp5MWp,太阳能光伏并网发电系统接入35kV/50Hz1MWp135kV/0.4kV的变压及配电系统535kV/0.4kV35kV中压交流电网接入方案描述如下:图3.1.135kV中压交流电网接入方案图2、输电线路和变电系统设计输电线路设计0.4kV0.4kV低压柜至升35kV35kV输电线35kV35kV侧母线,再经变电站主变升压后送入电网。若35kV35kV电缆线路敷设方式采用直埋方式。电缆及架空线路截面选择如下:1)低压电缆选择:414250kW400V的太阳电池方阵逆变器,并入一台升压变压器。每个方阵额定4回路电缆。2)35kV高压电缆选择:电缆选择既要满足额定电流要求,还要满足热稳定要求。根据设计要求,光伏电站内每台变压器35kV侧环网柜之间的联络电缆及与变压器之间的连接电缆采用YJV22-26/35kV-3×50mm2。站内电缆汇集后,采用YJV22-26/35kV-3×70mm2电缆送入变电站内。变电系统设计1MWp535kV400V低压室。5MWp20250kWp44台逆变器5台。1)变压器容量选择:4250kW35kV变压器。2)35kV环网柜选择:35kV网柜。柜内采用真空负荷开关及熔断器,并配有避雷器。又可断开短路电流,并具备开合空载变压器的性能,能有效的保护变压器。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。3)400V开关柜400V4250kW400V侧400V母线及并网逆变器的运行情况。无功补偿220kV35kV功补偿问题。电能计量光伏发电设备的计量点设在变电站35kV开关柜侧,同时在光伏电站的每台变压器的0.4kV来修改,通过光电通讯口还可处理报警信号,读取电度表数据。四、年发电量计算光伏发电系统效率1、光伏阵列效率η1:光伏阵列在1000W/m2太阳辐射强度下,实际的直流输出功率与标90%计算。2、光伏并网逆变器转换效率η2:光伏并网逆变器输出的交流电功率与直流输入功率之比,取效率96%计算。395%计算。4、系统总效率为:η总=η1×η2×η3=90%×96%×95%=82.08%衰减率预测经测试,本项目采用的太阳电池衰减率(即光致衰退率)约为0.5%,使用寿命长。发电量估算5MWp1561小时,则780.5kWh82.08%,根据采用的太阳电0.5%,综合计算可得出以下结论:表4.1.15MWp并网光伏示范电站25年发电量计算年份发电量(万kWh)年份发电量(万kWh)1640.634414600.21978212637.43122815597.21868323634.244071916594.23258984631.072851517591.26142685627.917487218588.30511976624.777899819585.36359417621.654010320582.43677618618.545740321579.52459239615.453011622576.626969310612.375746523576.626969311609.313867824576.626969312606.267298425576.626969313603.235961925年发电量总和15107.99402(约15107.99)平均每年发电量604.3197607(约604.32)五、环境影响评价5MWp大型并网光伏电站采用支架基础,土建工程量小,整个施工对该区域的环境质量及生态环境影响基本可以忽略。由于没有运动部件没有噪声,对周围环境没有不利影响。随着工程的建设,该区域将出现新的人文景观,改善区域的面貌,美化
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