5MW大型并网光伏电站技术方案.docx
- 文档编号:30284547
- 上传时间:2023-08-13
- 格式:DOCX
- 页数:34
- 大小:805.94KB
5MW大型并网光伏电站技术方案.docx
《5MW大型并网光伏电站技术方案.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《5MW大型并网光伏电站技术方案.docx(34页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
5MW大型并网光伏电站技术方案
5兆瓦大型并网光伏电站技术方案
二〇二〇年
一、项目概况
本项目拟建设5兆瓦大型并网光伏电站。
出于项目经济性及技术可靠性方面的考虑,采用固定式太阳能电池方阵(方阵倾角45º),暂不考虑采用跟踪系统。
5MWp光伏电站共安装21744块230Wp太阳能电池组件(形成由18块串联,1208列支路并联的阵列),120台智能汇流箱,20台直流配电柜,20台250kW并网逆变器,5台交流配电柜,5台S9-1250/35变压器和1套综合监控系统。
项目建设工期1年,25年内该系统年平均上网电量约为604.32
万kWh,每年减排温室气体CO2约5795.43吨。
光伏阵列分别接入120台智能汇流箱,每6台智能汇流箱经1台直流配电柜与1台250kW的逆变器连接,5MWp电站共计20台250kW的逆变器,经逆变器转换后的400V交流,经站内集电线路,每4台逆变器与1台S9-1250/35变压器连接升压至35kV,经35kV输电线路接到汇流升压站的35kV低压侧。
电站周边设围墙,站内建轻钢结构配电室。
电站内不设独立的避雷针,但在太阳能电池板金属固定架上设置简易避雷针作为保护。
防止太阳电池板方阵设备遭直接雷击。
太阳电池方阵通过电缆接入防雷汇流箱,汇流箱内含有防雷保护装置,经过防雷装置可有效地避免雷击导致设备的损坏。
按《电力设备接地设计规程》,围绕建筑物敷设闭合回路的接地装置。
电站内接地电阻小于4欧,不满足要求时添加降阻剂。
光伏系统直流侧的正负电源均悬空,不接地。
太阳电池方阵支架和机箱外壳接地,与主接地网通过钢绞线可靠连接。
二、方案设计
2.1方案总体思路
2.1.1设计依据
v《中华人民共和国可再生能源法》
vIEC62093《光伏系统中的系统平衡部件-设计鉴定》
vIEC60904-1《光伏器件第一部分:
光伏电流-电压特性的测量》
vIEC60904-2《光伏器件第二部分:
标准太阳电池的要求》
vDB37/T729-2007《光伏电站技术条件》
vSJ/T11127-1997《光伏(PV)发电系统过电保护-导则》
vCECS84-96《太阳光伏电源系统安装工程设计规范》
vCECS85-96《太阳光伏电源系统安装工程施工及验收技术规范》
vGB2297-89《太阳光伏能源系统术语》
vGB4064-1984《电气设备安全设计导则》
vGB3859.2-1993《半导体逆变器应用导则》
vGB/T14007-92《陆地用太阳电池组件总规范》
vGB/T14549-1993《电能质量公用电网谐波》
vGB/T15543-1995《电能质量三相电压允许不平衡度》
vGB/T18210-2000《晶体硅光伏方阵I-V特性的现场测量》
vGB/T18479-2001《地面用光伏(PV)发电系统概述和导则》
vGB/T19939-2005《光伏系统并网技术要求》
vGB/T19964-2005《光伏发电站接入电力系统技术规定》
vGB/T20046-2006《光伏(PV)系统电网接口特性》
vGB/T20514-2006《光伏系统功率调节器效率测量程序》
2.1.2设计说明
本项目拟建设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电,通过逆变器变换成400V交流电,通过升压变压器与35kV高压输电线路相连,再通过输电线路将电力输送到变电站。
有阳光时,光伏系统将所发出的电馈入35kV线路,没有阳光时不发电。
当电网发生故障或变电站由于检修临时停电时,光伏电站也会自动停机不发电;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:
v5MWp光伏电站和高压输电网并网的总体设计
v大型光伏电站与高压电网并网接入系统和保护装置开发
v单台功率为250kW的三相光伏并网逆变器的引进、消化吸收
v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
v研究多台逆变器同时并网的互相影响及对抗策略
v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
v开发功能完备的大型光伏电站中心监控软件
v5MWp大型并网光伏电站的施工建设和运行
v大型并网光伏电站技术、经济、环境评价
2.1.3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和并网逆变器都是模块化的设备,可以象搭积木一样一块块搭起来,也特别适合于分期实施。
5MWp光伏电站可以分为5个1MWp的子系统,而1MWp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太阳能电池阵列,太阳能电池阵列输入光伏方阵防雷汇流箱后接入直流配电柜,然后经光伏并网逆变器和交流防雷配电柜并入0.4kV/35kV变压配电装置。
设计的基本原则:
1MWp太阳电池组件子系统可以分为4个250kWp方阵,分别与一台250kW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1250kVA的升压变压器,5MWp光伏电站共需要5台升压变压器。
5台升压变压器的次级(高压侧)并联与35kV高压电网相连。
这样设计有如下好处:
v多个250kW并网光伏分系统各自独立(至少5个1MWp的子系统),便于实现梯级控制,以提高系统的运行效率。
v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。
v有利于工程分步实施;
v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。
2.1.4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。
2.2具体方案
2.2.1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:
v5MWp晶体硅太阳能电池组件及其支架——建议采用230Wp晶体硅组件;
v方阵防雷接线箱——设计采用带组串监控的智能汇流箱(室外方阵场);
v直流防雷配电柜——将若干智能汇流箱汇流输入逆变器;
v光伏并网逆变器——设计采用带工频隔离变压器的250kW光伏并网逆变器;
v35kV开关柜(交流配电和升压变压器)——设计采用1250kVA/35kV升压变压器;
v
序号
项目名称
规格型号
数量
1
总装机容量
5MWp
25年年均发电量604.32万kWh
2
太阳电池组件
多晶230Wp
21744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
250kW
20台
6
光伏并网逆变器
250kW
20台
7
交流配电柜
1MW
5台
8
升压变压器
1250kVA
5台
9
电流互感器
300/5
5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
系统的通讯监控装置——设计采用光伏电站综合监控系统。
表2.1.15MWp大型并网光伏电站主要配置表
2.2.2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
目前单晶硅太阳能电池板的单体光电转换效率为16%~18%,是转换效率最高的,但是制作成本高,还没有实现大规模的应用。
2>多晶硅太阳能电池
多晶硅太阳能电池板的单体光电转换效率约15%~17%。
制作成本比单晶硅太阳能电池要便宜一些,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
v使用寿命长:
抗老化EVA胶膜(乙烯-醋酸乙烯共聚物),高通光率低铁太阳能专用钢化玻璃,透光率和机械强度高;
v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;
v高品质保证:
光学、机械、电理等模块测试及后期调整完善,产品ISO9001认证;
v转换效率高:
晶体硅太阳电池组件,单体光电转换效率≥15%;
v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-230P
Voc(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
(℃)
37.38
8.31
29.28
7.86
230
156×156
1650×992×50
21.5
-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>Isc是短路电流:
即将太阳能电池置于标准光源的照射下,在输出端短路时,流过太阳能电池两端的电流。
测量短路电流的方法,是用内阻小于1Ω的电流表接在太阳能电池的两端。
2>Im是峰值电流。
3>Voc是开路电压,即将太阳能电池置于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>Pm是峰值功率,太阳能电池的工作电压和电流是随负载电阻而变化的,将不同阻值所对应的工作电压和电流值做成曲线就得到太阳能电池的伏安特性曲线。
如果选择的负载电阻值能使输出电压和电流的乘积最大,即可获得最大输出功率,用符号Pm表示。
此时的工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。
太阳能电池板的工作电压和Voc均为输出电压,Voc指太阳能电池板无负载状态下的输出电压,工作电压指太阳能电池板连接负载后的最低输出电压,工作电流指太阳能电池板输出的额定电流。
太阳能电池板的一个重要性能指标是峰值功率Wp,即最大输出功率,也称峰瓦,是指电池在正午阳光最强的时候所输出的功率,光强在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
保证组件高效和长寿命,主要取决于以下四点:
高转换效率、高质量的电池片;高质量的原材料,例如:
高的交联度的EVA、高粘结强度的封装剂(中性硅酮树脂胶)、高透光率高强度的钢化玻璃等;合理的封装工艺;员工严谨的工作作风。
由于太阳电池属于高科技产品,生产过程中一些细节问题,一些不起眼问题如应该戴手套而不戴、应该均匀的涂刷试剂而潦草完事等都是影响产品质量的大敌,所以除了制定合理的制作工艺外,员工的认真和严谨是非常重要的。
2、光伏阵列表面倾斜度设计
从气象站得到的资料,均为水平面上的太阳能辐射量,需要换算成光伏阵列倾斜面的辐射量才能进行发电量的计算。
对于某一倾角固定安装的光伏阵列,所接受的太阳辐射能与倾角有关,较简便的辐射量计算经验公式为:
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
根据当地气象局提供的太阳能辐射数据,按上述公式可以计算出不同倾斜面的太阳辐射量,确定太阳能光伏阵列安装倾角。
本方案假设设计太阳能光伏阵列安装倾角为45°时,全年接受到的太阳能辐射能量最大。
考虑到跟踪系统虽然能提高系统效率,但需要维护,而且会增加故障率,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。
太阳电池组件串联的组件数量Ns=880/37.38≈24(块),这里考虑温度变化系数,取太阳电池组件18块串联,单列串联功率P=18×230Wp=4140Wp;
单台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61列。
若Np取60列,则实际功率为248.400kWp,这样1MWp光伏阵列单元设计为240列支路并联,共计4320块太阳电池组件,实际功率达到993.600kWp。
;若Np取61列,则实际功率为252.540kWp,这样1MWp光伏阵列单元设计为244列支路并联,共计4392块太阳电池组件,实际功率达到1010.160kWp。
为了使整个电站实际功率达到5MWp,设计采用3组993.600kWp+2组1010.160kWp的组合方式,即该光伏电站总共需要230Wp的晶体硅太阳电池组件21744块,18块串联,1208列支路并联的阵列,实际功率达到5.00112MWp。
2.2.3智能汇流箱设计
智能汇流箱是光伏发电系统中的重要组成部分,其主要作用是按照一定的串、并联方式将光伏阵列连接到一起,以便对光伏阵列实施监控。
方案设计中采用北京能高自动化技术有限公司自主开发的汇流箱NG-SH01-Z100。
NG-SH01-Z100汇流箱的主要技术指标:
v10路直流输入,1路输出;
v最大输入电压:
1000V;
v最大输入电流(每个支路):
10A;
v每个支路均设置二极管防反保护功能;
v最大输出电流:
125A;
v外形尺寸:
600×300×450mm(长×宽×高);
v配备光伏专用高压防雷器,正负极都具备防雷功能;
v防护等级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1010.160kWp
的太阳电池阵列,总共需要20台250kW的并网逆变器,其中每台逆变器需配置6台智能汇流箱,5MWp光伏电站共需汇流箱120台。
图2.2.3汇流箱结构
2.2.4直流配电柜设计
每台直流配电柜按照250kWp的直流配电单元进行设计,1MWp光伏并网单元需要4台直流配电柜。
每个直流配电单元可接入6路光伏方阵防雷汇流箱,5MWp并网光伏电站共需配置20台直流配电柜。
每台直流配电柜分别接入1台250kW逆变器,如下图所示:
图2.2.4直流配电柜
2.2.5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。
逆变器的核心控制采用基于SVPWM的无冲击同步并网技术,保证系统输出与电网同频、同相和同幅值。
图2.2.5250kW光伏并网变流器(SunVert250)
①性能特点
●大功率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
880VDC
MPPT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
2.2.6配电保护装置
配电保护装置包括并网解列点、可视断点、保护接触器、三相电度表或采用智能网络仪表(用于计量太阳能电池组件的发电量)等。
以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35kV/1250kVA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
2.2.7升压变压器
拟选用全密封电力变压器,该产品为免维护型箱式变压器,其装配采用防松紧固件,油箱与箱盖可采用焊接型式连接,变压器油不会吸收空气中的水份,绝缘强度不会降低,因油箱内氧气无法进入,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)
空载损耗
(kW)
负载损耗
(kW)
空载电流
(%)
短路阻抗
(%)
重量(kg)
轨距
(MM)
高压
(kV)
高压分接
范围(%
低压
)(kV)
绝缘
油重
总重
S9-1250/35
1250
35-38.5
±5
0.4
Yyno
1.76
14
0.85
6.5
1300
4775
820×900
2.2.8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
光伏发电设备的计量点通常设在光伏并网逆变器的并网侧,该电度表是一块多功能数字式电度表,不仅要具有优越的测量技术,还要有非常高的抗干扰能力和可靠性。
同时,该表还可以提供灵活的功能:
显示电表数据、显示费率、显示损耗、状态信息、报警等。
此外,显示的内容、功能和参数可通过光电通讯口用维护软件来修改,通过光电通讯口还可处理报警信号,读取电度表数据。
(1)发电计量仪表配置示意图
(2)仪表类型
本项目拟采用三相感应式交流电能表,该产品性能稳定可靠,可以用于计量三相电网中有功电能,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。
(1)监控系统功能介绍
光伏发电监控系统采用具有国际先进技术水平的国产化设备。
自动化通讯、数据采集技术,结合了SCADA系统的优点,是一套完整高效的光伏发电监控系统,具备本地和远程监控功能。
本地监控系统采用安装在变流柜上触摸屏,监控范围包括环境参数、汇流箱、光伏并网逆变器等。
主要监控数据包括光伏发电单元的直流输出电压、电流和功率,光伏并网逆变器进出侧电压、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。
远程中心监控系统采集各本地监控系统的数据,进行数据汇总、查询、统计、报警等功能。
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。
光伏发电监控系统具备开放性和很好的可维护性,用户界面友好,易于管理和应用,其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。
(2)监控体系结构
光伏发电监控系统由监控设备(如光伏并网逆变器、汇流箱、光照强度传感器、温度传感器、电池检测器等),本地触摸屏、远程监控中心等组成。
如下结构示意图:
图2.2.10光伏发电监控系统示意图
光照强度传感器、环境温度传感器和基准电池等可通过模拟信号(如4-20mA信号)进入就近变流柜,用模拟量采集模块进行数据采集。
采集模块带RS485接口,采用modbusRTU协议。
汇流箱信号也采用串口modbusRTU协议,就近的诺干个汇流箱可挂在一条485总线上,接入对应变流柜。
光伏并网逆变器通过本地触摸屏来进行操作和数据监视,同时光伏并网逆变器数据由触摸屏的RJ45端口采用Modbus/Tcp协议传到远程监控系统。
如图2.2.11,能比较清楚地了解变流柜内数据流。
监控中心将与各设备通讯的数据存入自己的实时数据库,根据通讯速率,动态更新数据。
监控中心的显示界面的动态数据从自己的实时数据库获取。
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
触摸屏与光伏并网逆变器、采集模块以及汇流箱采用485串口通讯,通过485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。
通过运行界面,用户能查看设备运行实时数据,也能根据需要,对参数进行调整和对设备的启停或工作状态进行控制。
数据显示方式多样化,有直接数据显示、柱状图显示、趋势曲线显示、动画显示等,以下是用户界面示例:
图2.2.12数据显示示例
本地触屏还可保持部分历史数据在自己的存储器中,单由于存储空间有限,不能保持大量长期历史数据。
以下是历史报表示例:
图2.2.13历史报表示例
当有故障发生时,报警提示窗产生提示信息,另外历史报警内容可在报警表查询到。
以下是报警查询界面,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
远程监控中心软件采用北京能高NSPM光伏电站监控软件,硬件采用专门的工控机和数据服务器,能对现场所有设备进行管理。
系统具有强大的分析和查询工具,满足如设备状态分析和集中监视、实时数据查询、生产报表、历史趋势分析、故障诊断等需求。
监控中心由工程师站、历史数据服务器、操作员站等组成,通过核心交换机采用以太网连接,本地触摸屏接入核心交换机。
结构示意图如下:
图2.2.15监控中心网络结构示意图
工程师站负责数据组态,历史数据服务器用于存储大量历史数据,操作员站用于数据浏览和操作。
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,是一款专门针对光伏电站监控的软件系统。
通讯组件用于和本地设备通讯,根据不同的接口,可选择串口、现场总线接口、以太网、OPC等接口;实时数据库是整个软件的核心,负责数据存储和报警处理,并能提供关系数据库接口;界面显示是系统与用户的接口,用于显示和查询
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- MW 大型 并网 电站 技术 方案