光伏发电系统应用工程设计及分布式弱电网功率振荡问题

光伏发电系统应用工程设计及分布式弱电网功率振荡问题四、五、六、七、光伏组件阵列设计汇流箱设计直流配电成套设计交流配电成套设计隔离变压器选型10kV、35kV高压并网系统设计逆变器参数-、光伏组件阵列设计1.大型荒漠电站阵列设计方法(1)单晶硅光伏组件与多晶硅光伏组件的比较单晶硅太阳能光伏组件具有电池转换效率高，商业化电池的转换效率在15%左右，其稳定性好，同等容量太阳能电池组件所占面积小，但是成本较高。多晶硅太阳能光伏组件生产效率高，转换效率略低于单晶硅，商业化电池的转换效率在13%-15%,在寿命期内有一定的效率衰减，但成本较低。两种组件使用寿命均能达到25年，其功率衰减均小于15%0ABraii_r籯Vniiiiiiffliiiiiiiiinn醐醐訓i11062902-0138230Wp37.2V29.7V8.34A7-7519O1C40X992X40V5dt3IOOOVolt(Vmp)Carrem(Isr:)Current(imo)TypoNo.:S-220DShanghaiSolarcvMndTe<ihnoloKyCOjLtdAllt：»chn«G4iId«t«iutut«r*d_rdoorwl11;Ion_版Ihf-lCKHM/m8T<；

-2^XMMxarmjwiPower(Pm^x)Op©"CircuitVoltage(Voc>Msm-mmriPotvurShortCircu(tHuxirtww.PowerOi-eriMion.^u®°Ourrorrt?>orTnJor«ncexitnumSyateg,!▽⑼大功率组件配置!1!瑜入（直潦）虽大直流功率（cos4>=1时）560kW虽大输入电压1000V启动电压520V最低工作电压500VS大输入电流1120AMPPT电压范围500-850V输入连接端数8/16繪出《交流）额定功率500kW虽大交流输出功率550kVA虽大编出电流1008A虽大总谌波失真<3%（额定功率时）额定电网电压315V允许电网电压范围250-362V（可设置）额定电网频率50/60HZ允许电网频率范围47-52Hz/57-62Hz（可设置）额定功率下的功率因数>0.99隔离变压器不具备直潦电流分星<0.5%额定输出电流功率因数可调范围0.9（超前）-0.9（滞后J效率最大效率98.7%欧洲效率98.5%保护直流过压保护具备交流过压保护具备电网监測具备接地故障监測具备过热保护具备绝缘监測具备常規数据尺寸（宽X髙X深）1606x2034x86Onm重至1700kg运行温度范围-30-+55^夜间自耗电<100W运行时最大损蚝<1700W外部辅助电源供电1可选）380V,10A冷却方式温控强制风冷防护等级IP21相对湿度0-95%,无冷凝虽高海拔6000m（超过3000m需降额）排风需求虽4500^显示屏彩色触模屏通信接口/协议RS485/Modbus,以太网（可选）交流输出电压270V/315V，500kW逆变器组件配置。取太阳能电池组件20块串联，单列串联功率P=20x230Wp=4600Wp；开路电压=20X37.2V=744VMPPT电压=20X29.7V=594V单台500KW逆变器需要配置太阳能电池组件串联的数量Np=500000^4600«109列，1兆瓦太阳能光伏电伏阵列单元设计为218列支路并联，共计4360块太阳能电池组件,实际功率达到1002.8KWp。(3)中功率逆变器组件配綸入s大输入功率21000W(10500W/10500W)最大输入电压1000V启动电压300V额定输入电压650VMPP电压范围280-950V满毂MPP电压范围power480-800VMPPT数番2每路MPPT最大输入组串数3/3最大输入电流42A(21A/21A)输入端子最大允许电流10APV电池板短路电流50A(25A/25A)瑜出額定输出功率20000W最大输出视在功率22200VA最大输出电流33A額定电网电压3/N/PE,230/400Vac电网电压范围310-450Vac（符合相应国家电网指令要求）額定电网频率50Hz电网频率范围45~55Hz（符合相应国家电网指令要求）总电流波形畸变率<3%（额定功率）直流分番<0.5%In功率因数范围>0.99@满功率调范围0.9超前-0.9滞后）中功率逆变器因为有BOOST升压电路，因此MPPT范围很宽，DC280V-950V,组串的1\/^卩丁电压大致可在28(^-950V之间选择，组串数量按本文档的组件参数280/29.7=10块950V/29.7=31块但是考虑温度对组件电压的影响，组件MPPT电压到950V,其开路电压很高，高过逆变器允许最高电压1000V。因此一般中功率直流电压开路值25°时在600V-850V之间能使逆变器利用最好，也就是组件数量在15-22块之间就能满足要求。'2.并网光伏系统效率计算器效8网纖麗鑒由鵬_臟逆变(1)光伏阵列效率n1: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称功率之比。光伏阵列在能量转换过程中的损失包括:组件的匹配损失、表面尘埃遮挡损失、不可利用的太阳辐射损失、温度影响、最大功率点跟踪精度、及直流线路损失等，取效率85%计算。(2)逆变器转换效率r]2:逆变器输出的交流电功率与直流输入功率之比，取逆变器效率97%计算。(3)交流并网效率r]3:从逆变器输出至高压电网的传输效率，其中主要是升压变压器的效率，取变压器效率95%计算。(4)系统总效率为：rj总=n1xq2xq3=,85%x97%x95%=78%t-s汇流箱设计1.设计注意要点(1)汇流箱是光伏电站里边工作环境最恶劣的设备，虽然简单，但是做好了不容易。(2)优良的温度适应能力，环境温度为-40°-60"范围内不凝露/绝缘不吳效。(3)爬电距离、电气间隙、短路保护、防飞弧功能不能按常规电气设备为参考了。(4)每串组件的电流检测和汇流断路器的开关状态是必须检测的，并上传通讯主机.(5)IP65防护等级。Kal^rtFKCH10ApplicationsInformationTransientCommon-ModeVoltageRejectionintheACS704Inordertoquantifytransientcommon-modevoltagerejectionfortheACS704,adevicewassolderedontoaprintedcircuitboard.A0.1bypasscapacitoranda5VdepowersupplywereconnectedbetweenVCCandGND(pins8and5)forthisdevice.A10kQloadresistoranda0.01pFcapacitorwereconnectedinparallelbetweentheVOUTpinandtheGNDpinofthedevice(pins7and5).ACS704SchematicDiagramoftheCircuitusedtoMeasureTransientRejectionAfunctiongeneratorwasconnectedbetweentheprimarycurrentconductor(pins1thru4)andtheGNDpinofthedevice(pin5).Thisfunctiongeneratorwasconfiguredtogeneratea10Vpeak(20Vpeak-to-peak)sinewavebetweenpins1-4andpin5.Notethatthesinusoidalstimuluswasappliedsuchthatnoelectricalcurrentwouldflowthroughthecopperconductorcomposedofpins1-4ofthisdevice.Thefrequencyofthissinewavewasvariedfrom60Hzto5MHzindiscretesteps.Ateachfrequency,thestatisticsfeatureofanoscilloscopewasusedtomeasurethevoltauevariations(noise)ontheACS704outputAb•断路器开考状态其寒是有必萝检遡的l如笋萝加此宅能也没必要一路一个监誦,只要泡所有断路器的_助_点并联时反馈到监即可。t息到监控室,时反馈到监控即可。兰、直流配电成套设计_1.直流配电柜要求•防反二极萱是防止发备反@放电对g池组&造gjg坏的凉护，这个如果汇流＜和逆变器内没有二极_在直流配电柜内是必须的。•各路电压电流检测其$没有¥、要，［^为流?I都有监裏FMQd困⑶mA厶右如果直流配电fe再监测類4云包5讯、萌卑月年云，［电压、电流#态在系仅会i加设计、安-的难度

_______...._成本。直流配电柜g实只要监测一曄出线的直流电压电與就可以了，「…另…工.If&监逄很容易読?逢誦关曬顏麵_祕置卽瓶电流不正鵬从汇流箱接线设计逾空及通讯设计（可选成熟产品）箨PZ系列直流检测仪表是针对直流屏、太阳能供电、电信基站等应用场合而设计的，该系列仪表可测量直流系统中的电压、电流、功率、正向与反向电能。既可用于本地显示，又能与工控设备、计算机连接，组成测控系统。仪表可具有RS-485通讯接口，采用Modbus-RTU协议；可带模拟量输出、继电器报警输出、开关量输入/输出。根据不同要求，通过仪表面板按键，对变比、报警、通讯、开关量输出进行设置与控制。技术参数指标输入直流电压输入范围（M000V（300型为DC48V）输入阻抗測星星程x2kQ直流电流输入范围0-10A（直接输入，启动电流：5mA）0^9999A（外罝分流器或雹尔元件，量程可编程设定）分流器支持输出为75mV雹尔元件支持输出为O20mA、4-20mA、0~5V、0-10V等（300型除外）功耗<lmVA过栽1.2倍可持续正蓠工作＞2倍持续1秒精度等级0.5级显THLED或LCD（髙壳蓝色背景光、背光延时时间可调）通讯R5485接口，半双工、光电隔离、Nfodbjg-PTU协议，波特率1200、2400、4800、9600、19200可选1松洪由班紛屮.96nnunrot>otnsnx7tr功能通讯波特率1200、2400、4800、9600、19200可选报窖1路继电器输出,2A/30VDC或2A/250VAC模拟星DC4〜20mA、DC◦〜20mA顷载＜500Q）,DC1-5V、DC0〜5V（负裁＞lkQ）等可编程设罝开关星输入（DI）无源接点输入＞仪表内罝电源＞光电隔离输出（DO）蓠开继电器无源触点、2A/30VDC或2A/250VAC工作电源电压范围85-265VAC,50/60Hz,110-350VDCs36-48VDCI订货时说明X300型仅限DC48V)功耗<2VA绝緣电阻>100MQ工频耐压电源端子组与信号输入、输出端子组之间3kV/lmin（RMS）平均无故陸工作时间>50000h环境温度工作：I£D-10C〜+45T；

LED-10XJ〜+55"€贮存：-20°C~H0°C湿度＜93%RH＞不结孬，不含腐蚀性气体海拔<2500m图7-13直流接线区域（未选配直流熔断优点1.优化系统结构，降低电站建设与运维成本，集成直流配电功能,可省去直流配电柜；可节省占地面积，每MW可以节约初始投资成本0.4万元。2.直流输入酉己备熔断器，系统保护更加可靠。而且业主可根据自身条件或项目实际情况选择配置直流配电柜或者不配置直流配电柜，系统设计也更加灵活，可降低电站建设和运维成本。缺点考虑到散热问题，它只集成了熔断器，并没有防反二极管标配产品是集成8路输入，如果超过8路怎么办？,组串类中小功率逆变器不需要直流配电柜和汇流箱，只需把组件连接好的直流电缆插接在逆变器直流输入侧即可，因此组串类逆变器在分布式屋顶系统能节约大量系统成本四〈交流配电成套设计标鐵赠鑛體鱗里边主要为艇交流开关柜'此开关柜设计按照下图为MNS型低压抽屉柜交流配电监控及通讯设计交流配电柜一般要求监测总电压、电流状态信息和断路器开关状态信息，要求485通讯功能,此要求设计不难满足。设计只要选取一块智能仪表即可,可检测电压、电流、功率、发电量、各路开关状态等信息，并具备485通讯功能，这样会大大减少设计时间、成本。交流智能检测仪表能检测电压、电流、有功无功功率、带4路开关量检测，0.5级，带通讯规约•完全满足光伏交流配电系统设计。以下为某厂家智能仪表说明：PD204Z网络电力仪表，是针对电力系统、工矿企业、公用没施、智能大厦的电力监控需求而设计。它能髙精度地测量所有常用的电力参数，如三相电压、电流、有功功率、无功功率、频率、功率因数、四象限电度等，采用数码LED來显示仪表测量参数和电网系统的运行状态信息，仪表面板带有四个编程键盘，用户在现场可方便的实现显示切换、参数编程设置，具有很强的灵活性。PD204Z具备多种扩展功能的输出方式可供选择：RS485的数字接口可实现仪表组网通讯功能；2路电能脉冲输出和1路或4路模拟量（4〜20mA）输出功能可实现电能和电量的变送输出功能；4路或6路开关景输入和2路或4路开关量输出功能可实现本地或远程的开关信号监测和控制输出功能（“遥信”和“遥控”功能）。PD204Z具有极髙的性能价格比，可以直接取代常规电力变送器、测量指示仪表、电能计量仪表以及相关的辅助单元，具有安装方便、接线简单、维护方便、工程量小、现场可编程设置输入参数、能够完成业界不同PLC、工业控制计算机通讯软件的组网等特点。作为一种先进的智能化、数字化的电网前端采集元件，PD204Z系列网络电力仪表己广泛应用于各种控制系统、SCADA系统和能源管理系统中。注：不建议用此系列仪表作为电能计量收费的标准或依据，若因用此仪表进行电能计量收费而引起经济纠纷，我公司槪不负责。仪表门设计开关柜一般分为仪表室、断路器室、电缆室,这样保证强弱电分开。整体设计美观大方。断路器室设计I!2#可调度600KW发电D001电缆接线室设计双框架断路器CAD装配图抽屉单元柜10kVKYN移开式铠装设备高压柜仪表门手车断路器室ZN63A(VSn咼压电流互感器高压避雷器和电缆出线孔（电缆室）五1隔离变压器选型干式变压器油浸变压器双分裂变压器（分裂系数、轴向分裂、径向分裂）1.变比（与逆变器出口电压配合）2.容量（考虑一定的无功容量空间）3.绝缘等级4.发热等级5.散热方式6.短路阻抗（能使LC滤波逆变器形成LCL拓扑，多台变压器并联后是否使网侧等效L变小以致改变LCL的参数，同时多台变压器并联运行由于参数不一致导致谐波干扰，系统容易产生谐波、振荡等）短路阻抗计算：X=（U2/SrZ%=2TTfl因此可算出变压器等效电抗L的值，U为绕组电压，S为视在功率，Z%为铭牌上的短路阻抗值。）7.连接组別（Dy11组別的角接绕组短路3次谐波原理，电网标准…4中性点接地原则）f*长、高压并网系统设计荒漠电站11OkV接入系统110kV/35kVrr^主夺甩于分布式发电的10kV环网开关柜环网柜是一组高压开关设备装在钢板金属柜体内或做成拼装间隔式环网供电单元的电气设备，其核心部分采用负荷开关和熔断器，具有结构简单、体积小、价格低、可提高供电参数和性能以及供电安全等优点。它被广泛使用于城市住宅小区、高层建筑、大型公共建筑、工厂企业等负荷中心的配电站以及箱式变电站中。环网柜是俗称，一般指用于环网线路中或终端的SF6负荷开关及3:5_$算嘉&衾舞塞JfefeSirl＜网柜用10kVSF6熔断器组合开关＜网柜技术要求遥控：通过系统控制中心能模拟或有效地对每个环网点三侧环网开关进行分合闸操作。但不能控制接地开关接地开关只能在工作现场按有关程序进行手动操作;遥测：系统控制中心或现场均能检测到每个环网点的母线三相电压、电流值（有功、无功功率，有功、无功电度）以及每个环网点的负荷电压、电流值（有功、无功功率，有功、无功电度）直流系统的电压、电流值和配变温度等；遥信：系统控制中心或现场均能监视到每个环网点环开关位置，直流电源开关位置，环网开关就地及远方操作，保护动作信号、烟感信号，控制保护电源、辅助导线监视、研关接地言号，各种士口10kV环网开关拒应具有上述数据接口，保证环网供电能由手动操作逐步升级到SCADA和配合将来分步实施配网自动化配电系统所需的检测、监视控制和遥信全部功能。2MW发电单元方案参考监控系统电池_i_装箱/fe制i7■数据传输r---H-----：：：DC：：：：：：：：：：：：DC~tii—irrttiiiir—■Himmu・i■■誦垂・__■■■■IAC|||ACMV太阳能电池板组组件汇流箱.逆变器汇流箱逆变器中压设备z中压电网装置气豕站发电单元升压设备系统集装箱外狄寸：2200（$）X4700（长〉X2500（离）////鋤引出钱陵右綱40*4AO:1OA低压室姗室6压室370一一一—370箱变安装图0OS譃冶座回國大型设备的散热（涡轮风机）发电厂效果图关手分布式发电接入电力系统的一些思考东北屯网华北电闷西北电网华中电问华东电网国例公司区域电网互联格局(3)负荷中心逐渐构成环网(2)大容量、远距离送电逐渐增多(1)500kV电网为主困架(西北电网330kV为主网架)，

220kV逐薄分区分片运行a电网互联目标1.“十二五”期间，围绕华北、华中、华东负荷中心，建成“三华”同步电网，形成以“三华”为受端、以西北750千伏、东北500千伏电网为坚强送端的三大同步电网。2.东北电网通过高岭直流背靠背和2条±800千伏直流与“三华”电网实现异步联网。3.西北电网加大电力外送，通过9项直流工程与“三华”电网实现异步联网（含内蒙与南方电网互联工程）。新趋V/330k西北电网华东电网AC500k华北电网办南方⑽AC500kV华中电网500千伏辛洹线灵宝直流江城直流葛南直流龙政直流3宜华直洗东北电闷2006年8月全疆实现互联500千伏高姜双回线龙羊决］丈家峡只李家峡&河水汉+I

灵廷安安象750kV输变电示范工程AoJlrk<^0V大石门•矢嘉贫二中£^5大丹咬山5Ua咯V.，、©-分布式弱电网功率振荡问题＜飾式接入常継醐流,分布式DG接入后潮流变化分布式DG接入对电网的影响分布式发电是从配电网侧接入电网，因此发电的潮流与电网中常规潮流方向是相反的，对电网的影响有以下几点:1.对电压影响：分布式发电接入会抬高接入点电压2.对继电保护的影响：造成保护误动、据动。3.谐波对电能质量的影响。4.对系统频率的影响：分布式能源的间歇性、不可存储性决定了它的出力不稳，大容量的DG有功变化容易导致电网频率失稳。5.单相并网引起的系统不平衡。（决定了单相小功率逆变器适用范围）35kVe翻-3.4kV负荷：GDB故障后保护的误动、据动在置致动障位导误故此会B'在置致动障位导勝故此会C上图由于DG发电的电流会流向故障点（短路或接地）从而导致电网正常潮流的短路电流减小，因而会导致C据动，因为DG电流注入导致C检测到的短路电流很小到不了保护限值。当故障点发生在负荷侧时，由于DG电流会直接流入故障点，短路电流很大，会导致B检测到故障电流导致误动，本来B回路是没有故障的，按常规只断开A即可。分布式发电接入容量问题以下信息来自相关文献：1._般规律为，当DG容量超过馈线容量15%时，司题就会出现，在农村电网会降到5%,而在靠近变电站侧会提高到30%,电网设计余量一般在20%左右。2.法国并网细则规定低压侧DG容量不允许超过MV/LV变压器视在功率的40%。3.我国电力系统经验计算负荷的30%变动不会影响到频率，电压可用各种无功设备来调节。4.分布式发电系统设计初期应考察该区域配电网容量和网架结构，包扣变压器容量、裕度，架空铝绞线载流量,埋地电缆载流量，负荷能力等种种现状。5.微网和分布式发电接入容量受现有电网条件制约，只能凭各种经验数据和电网现状来设计，毕竟配电网从作为负载端的无源状态发展为DG的有源状态还得经历一个完善的过程，因此智能配电网及更稳固的输电网络需求劈为腿。逆变器运行优劣大致可以用4个正弦波来表达:1.电网检测正弦波:也就是电网锁相环的精度及响应，作为第一关检测，与逆变器的稳定运行至关重要，取决于电压霍尔元件或采样滤波电路的性能和软件锁相的响应能力。2.DSP正弦波：DSP需要对电网采样进行计算，高质量的软件算法和控制器的鲁棒性决定了逆变器的稳定、高效运行。3.SVPWM驱动模拟正弦波：主要决定于DSP脉冲驱动电路和IGBT驱动电路的效率、精度。4.并网电流正弦波：此波形输出与输入相互制约，这是电流闭环控制的必然结果。输出取决于前3个正弦波的质量,同时检测的电流反馈信号又是闭环控制优劣的主要因素。取决于霍尔电流传感器及采样滤波电路的精度。一般MPPT效率与电流传感器性能息息相关，闭环传感器MPPT效率肯定比开环传感器高。5.如何处理电流传感器和电压传感器的偏置以及保证电压、电流传感器的基准是不好把握的。•集中型逆变器所有光伏组件通过串并联组成一个光伏阵列，再统一由一个逆变器集中转换成交流电。优点：输出功率高，单位发电成本低。缺点：由于电池组件间差异的影响，能源利用率f氐，稳定性差。•组串型逆变器光伏组件串联构成光伏组串，每个光伏组串（1kW〜30kW）通过一个逆变器并网，形成模块化发电。优点：不受器件差异影响，增大了发电量。