正泰电气园区2MW光伏发电项目技术方案.docx

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正泰电气园区2MW光伏发电项目技术方案

上海正泰电气园区2MW光伏发电项目技术方案

1.基本情况

1.1项目地理位置

位于上海市松江区，松江区位于长江三角洲内上海市西南部，北纬31度，东经121度45分，在黄浦江中上游，区内沪杭高铁、沪杭高速公路（G60沪昆高速）、沪青平高速公路（G50沪渝高速）、同三国道（G1501上海绕城高速）、嘉金高速（G15沈海高速）、机场高速（S32申嘉湖高速）等干线形成了纵横交错的道路交通网，是上海连接整个长三角、辐射长江流域的核心区域，轻轨9号线的顺利运营也缩短了松江与市区的距离，松江正日益成为上海西南的重要门户。

图1.1地理位置图

1.2项目投资及装机容量

该光伏发电项目由上海光伏发电有限公司投资建设，本项目利用上海正泰电气园区的新建和已建厂房建筑屋面，项目总装机容量为2000kWp

1.3建筑物基本情况

厂区屋顶主要为钢架结构以及钢筋混凝土结构，安装大型太阳能光伏并网发电系统。

厂房结构设计上留有较大荷载裕量，经过结构设计计算及现场每栋厂房屋顶实地考察结果分析，完全满足光伏发电项目在钢结构屋面上增加18Kg/m2的荷载要求，在框架结构混泥土屋面上增加50Kg/m2的荷载要求。

光伏系统安装支架设计时充分考虑屋面的载荷情况，采用轻型铝合金材料。

1.4光伏电力用户简介

　上海电气集团股份有限公司上海电气集团股份有限公司是中国装备制造业最大的企业集团之一，具有设备总成套、工程总承包和提供现代装备综合服务的优势。

高效清洁能源、新能源装备是上海电气集团的核心业务，能源装备占销售收入70%左右。

主导产品主要有1000MW级超超临界火力发电机组、1000MW级核电机组，重型装备、输配电、电梯、印刷机械、机床等。

上海电气旗下有电站、输配电、重工、轨道交通、机电一体化、机床、环保、电梯、印刷机械等多个产业集团，员工总数超过70000人，公司集工程设计、产品开发、设备制造、工程成套和技术服务为一体，并形成了设备总成套、工程总承包和为客户提供现代综合服务的核心竞争优势。

2.场址建设条件

2.1项目所在地太阳辐射资源

图2.1我国太阳能资源区划图

我国幅员广大，有着十分丰富的太阳能资源。

据估算，我国陆地表面每年接受的太阳辐射能约为50x1018kJ，全国各地太阳年辐射总量达335～837kJ/cm2·a，中值为586kJ/cm2·a。

从全国太阳年辐射总量的分布来看，西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西、陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射总量很大。

总体来说，我国太阳能资源分布可划分为四类区域，见下表：

表2.2我国太阳能资源区域参数

区域划分

丰富区

较丰富区

可利用区

贫乏区

年总辐射量

（kJ/cm2）

≥580

500～580

420～500

≤420

全年日照时数（h）

≥3000

2400～3000

1600～2400

≤1600

年太阳辐照量

超过1750kwh/（m2.a）

1400～1750kwh/（m2.a）

1050～1400kwh/（m2.a）

不足1050kwh/（m2.a）

地域

内蒙、甘肃西部、新疆南部、青藏高原

新疆北部、东北

、内蒙东部、华北、陕北、宁夏、甘肃、青藏高原东侧、海南、台湾

华北北端、内蒙呼盟、长江下游、两广、福建、贵州、云南、河南、

浙江，陕西

重庆、四川、贵州、江西

特征

日照时数≥3000h

年日照百分率

≥0.75

日照时数2600～3300h

年日照百分率0.6～0.75

太阳能丰富区到贫乏区的过度带

日照时数≤1800h

年日照百分率

≤0.4建议不

使用太阳能

连续阴雨天

2

3

7

15

上海市位于东经120°52′至122°12′，北纬30°40′至31°53′之间，位于太平洋西岸，亚洲大陆东沿，中国南北海岸中心点，长江和黄浦江入海汇合处。

北界长江，东濒东海，南临上海湾，西接江苏和浙江两省。

是长江三角洲冲积平原的一部分，平均高度为海拔4米左右。

属于亚热带季风气候，属我国太阳能资源可利用区域，适宜建太阳能光伏电站。

美国宇航局（NASA）提供的卫星观测资料，上海地区太阳辐射资料如下：

月份

各月水平面上的平均日辐射

（kWh/m²/日）

月平均温度

（°C）

各月光伏阵列水平面

上的平均日辐射

（kWh/m²/日）

一月

3.43

3.7

3.64

二月

3.25

4.6

3.76

三月

2.90

8.5

3.77

四月

3.21

14.2

4.27

五月

3.53

19.2

4.82

六月

3.00

23.4

4.55

七月

3.96

27.8

5.14

八月

3.78

27.7

4.80

九月

3.46

23.6

4.23

十月

3.37

18.3

3.91

十一月

3.48

12.4

3.70

十二月

3.74

6.1

3.86

日照峰值取其平均值：

3.43小时（水平面），4.21小时（26°倾角）。

1kWh/m2/日=3.6*365MJ/m2。

2.2荷载条件

厂房结构设计上留有较大荷载裕量，经过结构设计计算及现场每栋厂房屋顶实地考察结果分析，完全满足光伏发电项目在钢结构屋面上增加18Kg/m2的荷载要求，在框架结构混泥土屋面上增加50Kg/m2的荷载要求。

光伏系统安装支架设计时充分考虑屋面的载荷情况，采用轻型铝合金材料。

项目所在地址为上海市松江区思贤路3225号，以下为厂区总平面卫星图

图2.3上海正泰电气卫星图

2.3太阳能光伏发电系统

太阳能光伏发电系统由光伏组件、汇流箱、直流配电系统、并网逆变器、计量装置、升压变压器及交流配电系统组成。

该系统是通过并网逆变器将直流电能转化为与电网同频率、同相位的正弦波电流，供用户自发自用，富余电量并入公共电网。

本项目中，光伏组件采用浙江正泰太阳能科技有限公司的晶硅组件CHSM-250P，组件转换效率达到了15.2%；逆变器采用正泰电源有限公司生产的并网型逆变器500KTL，其转换效率达到97%，采用了MPPT自寻优技术；升压变压器选用270V/10kV，额定容量1000kVA的干式升压变压器20台；交直流配电系统采用正泰电气有限公司的产品。

光伏并网发电系统由光伏电池组件、汇流箱、光伏并网逆变器以及综合监控系统组成，本项目采用具有国际先进技术水平的国产化设备。

2.4企业用电量情况

上海正泰电气股份有限公司是大型生产型工厂，机械、照明、空调、风机和电梯日常用电量远远大于其屋顶光伏电站发电量。

3.项目建设方案

3.1太阳能电池选型和布置

3.1.1太阳能电池选型

本工程预计选用CHSM-255P的多晶硅组件，技术参数如下：

组件型号

额定功率（Wp）

短路电流（A）

开路电压（V）

工作电流（A）

工作电压（V）

外形尺寸（㎜）

重量（Kg）

CHSM-255P

255Wp

8.69

38.4

8.33

30.68

1652×994×40

19.5

太阳能电池方阵的主要特点：

（1）采用高效率晶体硅太阳电池组件，转换效率高：

≥15.5%；

（2）使用寿命长：

≥25年，衰减小；

（3）采用角键紧固铝合金边框，便于安装，抗机械强度高（符合风/雪压要求）；

（4）采用高透光率钢化玻璃封装，透光率和机械强度高；

（5）采用密封防水的多功能接线盒。

（多晶硅组件）

3.1.2太阳能电池组件布置方式选择

上海地区太阳能电池组件方阵最佳倾角为26°，故在框架及预应力混凝土屋面板厂房屋顶采用组件倾斜26°安装方式，在彩钢瓦屋面上则采用贴面平铺安装方式。

金属支架采用碳钢和轻型铝合金材料，设计寿命不低于25年，固定安装支架按抗风能力满足35m/s。

支架安装方式：

上海正泰电气园区的厂房框架结构，屋面为混凝土预制、现浇和彩钢瓦。

为满足屋面承重的要求，用于固定电池组件的支架均采用碳钢和轻型铝合金制作，整体抗风等级达到12级。

电池阵列保证全年没有阵列间的遮挡情况。

安装特点：

☞采用高强度铝合金，使用寿命25年以上；

☞不破坏原有屋面，无渗漏风险；

☞较强的抗风压和抗雪载

3.1.2.1光伏方阵的最佳倾角设计

上海地区太阳能电池组件方阵最佳倾角为26°，本项目中的厂房屋顶有钢结构彩钢瓦和框架结构混泥土两种，综合考虑美观及安全的要求，在厂房屋顶采用组件平铺或26°倾角安装方式。

图3.1钢结构屋面组件效平铺果图

图3.226°倾角组件安装图

3.1.2.2光伏支架设计

本项目中厂房有钢结构和框架结构建筑。

为满足屋面承重的要求，用于固定电池组件的支架均采用轻型铝合金制作，整体抗风等级达到12级。

电池阵列保证全年没有阵列间的遮挡情况。

图3.3钢结构屋面支架安装示意图

图3.4正泰新能源钢结构屋面支架及组件安装现场照片

图3.5框架结构混泥土屋面支架和组件照片

3.1.3太阳能光伏组件维护

a.积雪处理

根据上海地区的气候情况，降雪天气极少,而光伏组件又有以下特点：

1）组件上表面为玻璃结构，且采用自洁涂层，光滑度高，不易积雪。

2）组件朝向正南方向，且有一定的倾角，冬季受太阳能辐射量较大，且电池片经表面植绒处理，反光率低，组件表面温升明显，组件表面不易积雪。

由于以上气候情况及光伏组件自身特点，以及同地区同类型光伏发电系统实际运行经验来看，本项目光伏组件表面不会出现长时间积雪情况，一旦出现积雪，会在晴天后迅速融化滑落，故无需采取特殊的融雪措施。

b.组件表面清洁

根据上海地区的空气中污染物的情况来看，主要污染物是可吸入颗粒物。

组件板面污染物主要是以浮灰为主，但是也有雨后灰浆粘结物，以及昼夜温差大，组件板面结露后产生的灰尘粘结。

由于组件表面一般采用了自洁涂层，上海地处沿海全年雨量丰富，雨量也很大，对组件表面的清洁度一般是有保证的，因此工程设计时不考虑设置特别的组件表面清洗设施。

c.汇流箱、直流配电柜、逆变器、线缆的运行、维护

汇流箱、直流配电柜、逆变器、线缆基本上是免维护的。

但需由专业人员值班和对设备进行日常巡检。

注意：

所有巡检和值班人员都应该由具有处理光伏系统经验的合格电工来执行。

3.2电网接入方案

本项目设计采用用户侧并网方式供电。

整个系统采用分块发电集中并网的技术方案，各发电单元逆变器的交流输出（270V、50Hz）经20台10/0.27-0.27千伏升压变升压至10千伏，每台主变容量为1000千伏安，升压变10千伏侧采用单母线接线方式，0.27千伏侧采用双绕组，每个绕组接一台500千伏安逆变器，光伏电能在10千伏侧汇流后并入园区用户侧10kV电网的方式，具体并网方案以接入系统审核意见为准。

电网接入情况：

上海地处长江三角洲，是全国的经济中心。

截至2009年底，上海电网有500KV变电所5座，主变14台，总容量11750MVA，220KV公用变电所37座，主变82台，总容量14040MVA，220KV用户变1座，容量183MVA。

110KV公用变电所156座，主变302台，总容量13053MVA，110KVA用户变8座，主变13台，总容量450MVA,35KV公用变电所74座。

2009年上海地区全年全社会用电量634.32亿千瓦时，同比增长7.23%。

全局2009年完成供电618.38亿千瓦时，同比增长7.34%；全局售电量601.49亿千瓦时，同比增长7.62%；全局损失率4.04%，同比下降0.25个百分点。

网供电量577.49亿千瓦时，同比增长6.42%。

网供电最大负荷为9286MW，同比增长13.81%，其中老市区为5193MW,同比增长13.51%。

全社会最大负荷为9922MW，同比增长13.33%，其中老市区为5479MW，同比增长14.14%。

根据本地区经济运行实际和发展规划，未来5年内负荷每年增长15%。

分布式光伏发电项目所发电力可以充分被企业消纳,接入电网后对电网无影响。

松江区经济发达，截止到2012年实现松江区生产总值886.55亿元，其中，第一产业实现增加值8.41亿元，比上年增长1%；第二产业实现增加值540.72亿元，下降10.5%；第三产业实现增加值337.42亿元，增长3.9%。

全年三次产业增加值结构比重为0.9：

61：

38.1，第二产业增加值比重比上年下降4.3个百分点，第三产业增加值比重比上年提高4.3个百分点，第三产业占比创历年新高。

是上海连接整个长三角、辐射长江流域的核心区域，轻轨9号线的顺利运营也缩短了松江与市区的距离，松江正日益成为上海西南的重要门户。

负载增长潜力大。

太阳能光伏发电系统由光伏组件、并网逆变器、计量装置及配电系统组成，由于太阳能光伏发电系统的一些特点，发电装置接入电网时对系统电网有一定的不利影响。

本工程中发电装置的总装机容量在系统中所占比例较小，并网过程中对系统电网的影响主要考虑以下几个方面：

①由于太阳能光伏发电装置的实际输出功率随光照强度的变化而变化，输出功率不稳定，并网时对系统电压有影响，造成一定的电压波动；②太阳能光伏发电装置输出的直流电能需经逆变转换为交流电能，将产生大量的谐波，并网时应满足系统对谐波方面的要求。

③太阳能光伏发电装置基本上为纯有功输出，并网时需考虑无功平衡问题。

（1）系统电压波动计算

太阳能光伏发电装置的实际输出功率随光照强度的变化而变化，白天光照强度最强时，发电装置输出功率最大，夜晚几乎无光照以后，输出功率基本为零。

因此，除设备故障因素以外，发电装置输出功率随日照、天气、季节、温度等自然因素而变化，输出功率极不稳定。

计算考虑最严重情况下，发电装置突然切机对系统接入点电压造成的影响。

根据GB/T12325-2003《电能质量-供电电压允许偏差》，10kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的±7%。

本报告按此标准来校核太阳能光伏发电系统突然切机对系统电压的影响。

线路投切所引起的系统电压波动小于1%，满足相关规程要求。

太阳能光伏发电装置的实际输出功率随光照强度的变化而变化，白天光照强度最强时，发电装置输出功率最大，夜晚几乎无光照以后，输出功率基本为零。

因此，除设备故障因素以外，发电装置输出功率随日照、天气、季节、温度等自然因素而变化，输出功率极不稳定。

计算考虑最严重情况下，发电系统投切对系统接入点电压的影响。

根据GB/T12325-2003《电能质量-供电电压允许偏差》，10千伏及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的±7%。

本报告按此标准来校核太阳能光伏发电系统突然切机对系统电压的影响。

（2）谐波问题

太阳能光伏发电系统通过光伏组件将太阳能转化为直流电能，再通过并网型逆变器将直流电能转化为与电网同频率、同相位的正弦波电流并入电网，在将直流电能经逆变转换为交流电能的过程中，会产生谐波。

由于有较大容量的逆变器存在，应依照GB/T14549－93《电能质量公用电网谐波》的要求，对谐波水平进行专题评估后采取相应的措施。

同时，要求在并网点装设电能质量在线监测装置。

（3）无功平衡问题

太阳能光伏发电站所发电力功率因数较高，约在0.98以上，基本上为纯有功输出。

根据Q/GDW212-2008《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》，为满足无功补偿按分层分区和就地平衡的原则，太阳能光伏发电场有必要配置适当的无功补偿装置，以满足电网对无功的要求，提高电压质量，降低线损。

光伏发电站无功补偿的配置，均应保证高压侧母线功率因素不低于0.90的要求，并能根据电网要求具有灵活投切的功能。

无功补偿结合谐波治理配套综合考虑。

本系统采用分块发电集中并网的技术方案，各发电单元逆变器的交流输出（270V、50Hz）经变压器升压至10kV后分别并入各个企业内部电网10KV母线。

本项目20台10/0.27-0.27千伏升压变，每台主变容量为1000千伏安，升压变10千伏侧采用单母线接线方式，0.27千伏侧采用双绕组，每个绕组接一台500千伏安逆变器。

图3.6电气接线示意图

4项目发电量与自发自用

4.1安装总容量

项目建设地点位于上海松江的厂房屋顶安装太阳能光伏系统。

建设规模：

屋顶光伏发电项目总装机2MWp（0.2万千瓦）；

年发电量：

约183万KWh；

上海正泰电气公司装机容量统计

厂房名称

组件数量（块）

装机容量（MWp）

合计

7850

2

4.2逆变器后最大交流输出功率

光伏发电系统逆变器后交流输出功率主要取决于太阳总辐射强度及逆变器效率，同时又与组件工作温度、组件安装方位角及倾角、线路损失等多种因素的影响，系统效率约为80%。

CPSSC100KT并网逆变器技术参数表

逆变器（CPSSC100KT）技术参数

输入侧参数

最大直流电压*

880Vdc

最大功率跟踪范围

430~820V

最大直流功率

110kWp

最大输入电流

250A

最大输入路数

4

MPPT组数

1

输出侧参数

额定输出功率

100kW

额定电网电压

400Vac三相

允许电网电压

320~460Vac

额定电网频率

50Hz/60Hz

总电流波形畸变率

<3%

功率因数

>0.99

系统

最大效率

97.6%（含变压器）

欧洲效率

97.0%（含变压器）

防护等级

IP20

夜间自耗电

<50W

工作温度

-25~+60℃

冷却方式

风冷，风速可调

允许相对湿度

0~95%，无冷凝

允许最高海拔

4000米

显示与通讯

显示

LCD+LED

标准通讯方式

RS485，以太网（可选）

机械参数

外形尺寸（宽*高*深）

920*1900*725mm

重量

880kg

4.3发电量估算

根据太阳辐射资源分析所确定的光伏电场多年平均年辐射总量，结合初步选择的太阳能电池的类型和布置方案，进行光伏电场年发电量估算。

项目25年发电量预估

2KW晶硅系统

年份

发电量（KW•h）

年份

发电量（KW•h）

1

2,496,784

14

2,220,340

2

2,471,816

15

2,205,463

3

2,447,098

16

2,190,687

4

2,422,627

17

2,176,009

5

2,398,401

18

2,161,430

6

2,374,416

19

2,146,948

7

2,350,672

20

2,132,564

8

2,327,166

21

2,118,276

9

2,303,894

22

2,104,083

10

2,280,855

23

2,089,986

11

2,265,573

24

2,075,983

12

2,250,394

25

2,062,074

13

2,235,316

25年发电量总和

56,308,854.21

平均每年发电量

2,252,354.17

4.4光伏组件技术参数

本项目光伏组件串联方阵的技术参数为：

（1）工作电压596.2V，开路电压740V；

（2）工作电流8.23A，短路电流8.56A；

（3）工作温度-40℃～85℃。

本项目光伏组件方阵的主要特点包括：

（1）采用高效率多晶体硅太阳电池片，其转换效率≥16.5%；

（2）使用寿命长：

≥25年，衰减小；

（3）采用角键紧固铝合金边框，便于安装，抗机械强度高（符合风/雪压要求）；

（4）采用高透光率钢化玻璃封装，透光率和机械强度高；

（5）采用密封防水的多功能接线盒。

4.5自发自用

光伏发电项目,发电量可以全部上网、全部自用或自发自用余电上网,由用户自行选择,用户不足电量由电网企业提供。

上、下网电量分开结算,电价执行国家相关政策。

由于上海正泰电气用电量远大于屋顶光伏发电量，所以主要的光伏发电自发自用。

5.项目运营方式

5.1项目计量

本项目光伏电站投资建设及运行管理单位均为浙江正泰新能源开发有限公司，光伏电站所发电量原则上自发自用，多余电量上网，因此需在开发区各企业变电站和光伏电站之间设置计量关口点。

计量关口点原则上设置在资产分界点，本工程计量关口点设置在开发区各企业变电站10kV并网线路正反向有功无功电度，具体如下示意图所示。

10kV母线

图5.1项目计量关口示意图

5.2数据采集方案

光伏系统数据检测、远传是采用太阳能专用工控机、环境监测仪、数据采集器和显示装置及与其配套的太阳能专用监控软件来检测、远传太阳辐射量、光伏组件直流输入电压、电流、温度、逆变器输入/输出电压及电流及输出计量和控制室温度等。

由于采集参数的多样性和分散性，系统采用了分布式数据采集的结构模式。

所谓分布式数据采集，就是利用电量隔离变送器、温度传感器、太阳辐射测量仪等设备就近分散采集现场数据，通过智能数据采集模块的RS-485串行数据总线技术将采集到的数据传送至监测计算机进行集中的数据统计和处理。

智能数据采集模块中设有独立的中央处理模块，可以在现场对采集的信号进行数字滤波和简单的数据处理，然后通过RS-485数据总线将处理后的数据传送至监测计算机，监测计算机负责将各个现场的数据进行汇总和处理。

图5.2光伏发电系统数据监测系统图

5.2.1分布式数据采集模式

    对于独立运行的光伏电站系统，需要监测的数据有太阳辐射量、光电池充电电压及电流、电池组件温度、逆变器输入/输出电压及电流、控制室温度等。

由于采集参数的多样性和分散性，系统采用了分布式数据采集的结构模式。

所谓分布式数据采集，就是利用电量隔离变送器、温度传感器、太阳辐射测量仪等设备就近分散采集现场数据，通过智能数据采集模块的RS-485串行数据总线技术将采集到的数据传送至监测计算机进行集中的数据统计和处理。

智能数据采集模块中设有独立的中央处理模块，可以在现场对采集的信号进行数字滤波和简单的数据处理，然后通过RS-485数据总线将处理后的数据传送至监测计算机，监测计算机负责将各个现场的数据进行汇总和处理。

图5.3正泰新能源分布式数据采集监控系统

5.2.2系统硬件设计与选型

   光伏电站数据监测系统应同时满足以下几方面的要求：

采集数据的精度要达到一定要求；数据采样率满足系统数据变化的要求；

数据存储应保证数据不丢失；

现场显示界面直观、人性化；

系统应具有较高的稳定性和可靠性。

现代化的数据监测系统还要求具有远程通讯、远程浏览和访问等功能。

目前在智能型数据监测系统中，广泛使用的硬件控制单元主要有：

PC机（工业控制计算机就是一种典型的PC机）、单片机、可编程控制器（PLC）和DSP。

从国内外相关行业的应用来看，利用单片机、可编程控制器（PLC）和DSP开发的数据监测系统的主要不足之处在于：

首先，这些控制器需要重新搭建外围电路，开发周期相对较长；其次，即使开发出一套可行的数据采集系统，短时间内与市面上比较成熟的产品——数据采集卡在技术上仍存在一定的差距。

而且，这样的系统存在一个数据保存难的问题，因此，需要定期更换存储设备。

基于本数据采集系统需要实现的功能，采用PC机作为智能型控制单元的设计方案较其它方案具有很明显的优点:

对于现场维护人员，P