光伏发电项目施工组织设计资料.docx
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光伏发电项目施工组织设计资料
龙子湖工业园区用户侧并网光伏发电项目
施
工
组
织
设
计
项目名称:
龙子湖工业园区12MW用户侧并网光伏发电项目
项目单位:
安徽嘉惠节能新技术工程有限公司
2012年3月9日
目录
项目总体技术方案;
总体设计及方案
一、地理位置
本项目分两部分,分别位于蚌埠市五河县城南工业园区、蚌埠市龙子湖工业园。
五河县地处安徽省东北部,淮河中下游,因境内淮、浍、漴、潼、沱五水汇聚而得名。
五河历史悠久。
唐代名为古虹,宋朝始称五河,至今九百余载。
是安徽省东向发展的23个县(区)之一,也是蚌埠市唯一毗邻江苏的县。
县城四面环水,城中河水潺绕,水在城中,城在水间,素有“淮北水乡”之称,是“全省园林县城”。
城南工业区距县城1公里,规划面积16平方公里。
目前,10平方公里建成区的各类服务配套设施日臻完善。
以利达针织、布雷斯顿服饰、金多儿针织、东河服饰、威玛服饰、浙苏水洗为代表的纺织服装业;以华润啤酒、天麒制粉为代表的农副产品加工业;以飞宇轴承、多德利自动化、大康机械为代表的机械制造业等各类企业200余家,形成了相互配套和完整的产业集群。
园区规划:
按照现代工业园区的规划设计要求,依托园区定位形成的产业优势,注重社会效益、环境效益和经济效益的协调发展,园区主要以环保型和劳动密集型产业为主,支持高技术、高附加值、高成长性,升级后的传统产业入驻园区。
蚌埠市位于安徽省东北部,东经117°38ˊ,北纬32°55ˊ,地处淮河流域,是中国南北气候交汇带,四季分明,气候温和,属暖温带半湿润气候。
龙子湖工业园区坐落在蚌埠市东部,位于锥子山森林公园东侧,东海大道以北,胜利路以北南。
园区总面积占地2715亩(181万平方米),其中:
园区内工业用地1500余亩(100万平方米),商住开发综合用地约1200余亩(80万平方米)。
园区规划:
按照现代工业园区的规划设计要求,依托园区定位形成的产业优势,注重社会效益、环境效益和经济效益的协调发展,园区主要以环保型和劳动密集型产业为主,支持高技术、高附加值、高成长性,升级后的传统产业入驻园区。
园区分为四个功能区,商住服务区、玻璃加工区、电子、服装工业及机械制造区、食品加工区。
园区还将重点发展玻璃制品及深加工,食品机械加工等产业。
二、太阳能资源
五河县年平均降水量为905.4毫米。
年平均气温15.1°C,极端最低气温为零下19.4℃,极端最高气温为43.7℃;年平均日照时数2167.5小时(1880.5-2025.0小时),年平均太阳辐射总量为4978.38兆焦耳/平方米,高于皖南、皖西地区。
蚌埠市年平均降水量为901.6毫米。
年平均气温15.2°C,极端最低气温为零下19.2℃,极端最高气温为43.4℃;年平均日照时数2167.5小时(1880.5-2025.0小时),年平均太阳辐射总量为4978.38兆焦耳/平方米,高于皖南、皖西地区。
三、电网接入情况
区域原有输配电网基础
两个园区内建有220KV变电站一座、110KV变电站二座、35KV变电站三座,电力资源不受季节时段限制,要求保证区内企业24小时供电需求。
园区2011年全年用电总量为37650万千瓦时。
四、示范区域内用电负荷情况和分析。
根据示范区域内2011年1-12月8:
00~20:
00分时段用电负荷统计:
园区2011年全年8:
00~20:
00分时段总用电量26355万kwh,平均日用电量为72.217万kwh,9月份平均日用电量最高为70.667万kwh,1月份平均日用电量最低为61.194万kwh。
本项目的平均日发电量为31.822万kwh,占上年平均日用电量的44.2%,对电网的影响较小。
随着园区内生产企业的陆续投产和生产规模的扩大,电力消耗将有较大的增长,本项目对电网的影响将会进一步降低。
五、规划用地情况
见附件,用地合同书。
光伏发电系统设计与主要设备选型
一、光伏发电电气系统设计
1、光伏发电电气设计
本项目光伏发电系统主要由太阳能电池(多晶硅光伏组件)、逆变器及配电系统三大部分组成。
用户侧并网多晶硅光伏发电项目并网系统,主要根据不同的建筑结构形式,由光伏电池构件、光伏逆变器、配电箱等设备构成多种形式的子系统。
单个发电单元原理框图
2、光伏电池组件阵列设计(电气设计)
根据选用金太阳示范工程产品的种类及数量,配置并网逆变器的类型与数量。
电路设计采用先串联再并联的方式组成合适的并网系统。
根据选用光伏电池组件的参数,对GSL500MX并网逆变器而言,其MPPT的电压范围为:
450~850Vdc(额定电压576Vdc)。
根据上述参数,我们选用多晶硅光伏电池组件,每个光伏电池组件阵列由20块光伏电池组件串联而成,其工作电压为608V,开路电压为768V,满足逆变器的MPPT电压范围。
每组光伏电池组件阵列线电流值在8.24A左右,单路电池电流较小需经过汇流箱统一汇入直流配电柜中。
汇流箱汇流后总电流值在103A左右,电压值在608V左右。
符合直流配电柜输入技术要求
每8个汇流箱输入到一个直流配电柜中,经直流配电柜保护后输入到逆变器中,向逆变器提供直流电源。
每台逆变器可同时接入3路输入,经直流配电柜保护后由直流配电柜接入逆变器中,在逆变器中完成直流转交流变化后,输出到交流变压器,完成最后的稳压变压工作。
当全部工作完成后,经计量检测后,输出与目标客户二次用户侧并网交付使用。
二、主要设备选型
1、英利太阳能电池组件
本系统采用英利公司生产的多晶硅光伏电池组件(型号:
YL250P-29B)。
英利此款产品有如下优点:
1、转化效率高
2、质量可靠。
3、质保全面
具体技术参数见表1。
表1
2、深圳科士达光伏并网逆变器
本项目采用容量为500kW的逆变器。
本项目采用的是多晶硅光伏电池组件,其最大的耐压值为1000V,所以系统使用的并网逆变器可选用容量为500kw逆变器。
采用合肥阳光电源股份有限公司生产的GSL500MX逆变器。
(1)性能特点简介
GSL500MX系列是深圳科士达专为大型光伏电站而特别设计的集中式三相光伏并网逆变器。
产品采用无变压器结构(隔离变压器可选配),逆变效率高,成本低,可以通过相应的升压变压器,与各种电压等级的中压电网连接,是大型光伏电站高性能太阳能逆变嚣的理想之选。
采用了美国TI公司32位DSP控制芯片,主电路采用了日本三菱公司最先进的智能功率IPM功率模块,运用电流控制型PWM有源逆变技术和优质进口高效50Hz隔离变压器,可靠性高,保护功能齐全,并具有电网侧高功率因数正弦波电流、无谐波污染供电等技术特点。
逆变器的技术性能及特点如下:
1采用美国TI公司DSP控制芯片;
2主电路采用日本三菱公司第五代智能功率模块(IPM);
3太阳电池组件最大功率跟踪技术(MPPT);
450Hz工频隔离变压器,实现光伏阵列和AC380V,50Hz三相交流电网之间的相互隔离;
5具有直流接反、输出过载、输出短路、电网断电(孤岛)、电网过欠压、电网过欠频等故障保护及告警功能;
6采用了先进的孤岛效应防护检测方案,并具有完善的监控功能;
7直流输入电压范围宽,整机效率高;
8人性化的LCD液晶界面,通过按键操作,液晶显示屏可显示实时各项运行数据、实时故障数据、历史故障数据、总发电量数据、历史发电量数据等;
9液晶显示屏(LCD)可提供中文,英文两种语言的操作界面;
10可提供包括RS485或Ethernet(以太网)远程通讯接口。
其中RS485遵循Modbus通讯协议;Ethernet(以太网)接口支持TCP/IP协议,支持动态(DHCP)或静态获取IP地址;
11适应中国电网电压波动较大的特点。
并网逆变器正常工作允许电网三相线电压范围为:
330Vac~450Vac,频率范围为:
47-51.5Hz;
(2)电路结构
如上图所示,GSL500MX并网逆变器的的主电路拓扑结构,并网逆变电源通过三相桥式变换器,将光伏阵列输出直流电压变换为高频的三相斩波电压,并通过滤波器滤波变成正弦波电压,接着通过三相变压器隔离升压后并入电网发电。
为了使光伏阵列以最大功率发电,在直流侧使用了先进的MPPT算法。
并网连接
任何并网逆变器都会自动跟踪电网的电压、频率和相位,并带有孤岛保护。
假设逆变器的DC和AC开关都置于闭合状态,输入电池板能量也足够,当10kV或者35kV电网经过1.25MVA中压变压器连接时,逆变器就会监测到交流输出侧有三相三线的交流电,逆变器即按照既定时序启动各个模块,能量流动如下:
光能电池板电能450-850Vdc汇流箱直流配电柜
逆变器三相三线270Vac交流配电柜升压变压器
由于逆变器MPPT功能将电能不断从DC侧向AC侧输送,加上公共电网的低阻抗特性,电网自动吸纳电压、频率和相位相同的交流电能量,无论多少逆变器并网,电能都将不断向电网输送。
同时,科士达公司采用了100Mhz的时钟频率,转换成32位的数字信号,这样可以非常精确的跟踪电网的频率,电网的任何微小扰动都能够准确跟踪,不会造成和电网不同步的情况。
科士达公司采用了中线3电平钳位电路拓扑,谐波输出只有通常的6开关桥式拓扑减小一半。
采用了“罗兹”数字滤波技术,消除了电网频率对电流控制环路的谐波的影响。
科士达公司的单台并网逆变器AC侧THD不超过3%,无论多少个逆变器在同一个电厂并网也不会超过3%,对公共电网没有任何影响。
防孤岛保护
科士达公司利用主动防孤岛的专利技术,通过将系统向电网注入很小的扰动,来测量频率变化,断网时间可以全部编程,保证在全球任何地区电网都能正常工作。
通讯和集中监控
科士达公司提供免费的本地监控和调试软件,可以通过RS485-232转换器和电脑连接,监控逆变器的工作状态。
科士达公司可以开放通讯协议由用户根据需要自行设计监控界面,或者由科士达公司根据需要专门设计一套监控软件。
通过开放的通讯协议,可以远程读取逆变器的所有参数,并且可以远程开启和关闭逆变器。
读取数据包括:
1)每个逆变器工作状态;
2)逆变器每个输入通道电流,电压和功率;
3)逆变器内部温度和风扇速度;
4)逆变器输出电压,电流,功率和频率;
5)部分发电量,每日发电量,每周发电量,每月发电量,年发电量和总发电量;
6)各种故障和报警;
GSL系列并网光伏逆变器产品的优点以及相关新技术
(1)科士达GSL系列并网光伏逆变器-电路原理图
(2)科士达GSL系列并网光伏逆变器-整机器件选型
1、大电流IGBT,电流余量充足提高可靠性;
2、大功率硅钢片电感,电抗稳定,系统不饱和,热设计余量充足,可靠性高;
3、大电流接触器,电流余量充足,可靠性高;
4、薄膜电容代替铝电解电容,大大提高电容使用寿命,提高系统工作温度范围。
(3)科士达GSL系列并网光伏逆变器-多重完善的系统保护
1、过流保护
2、逐波限流保护
3、短路保护
4、直流电压过压保护
5、直流反相保护
6、系统电流返灌保护
7、交流低电压穿越
8、交流电压超限、频率超限、缺相,反序保护
9、系统模拟和数字双重过温保护
10、风扇故障保护
11、辅助电源冗余保护
12、主被动联合的反孤岛保护
(4)科士达GSL系列并网光伏逆变器-风电隔离的散热风道设计
风电隔离的散热风道设计
1、电子器件和风道隔离,避免电子器件大量积尘,提高系统可靠性。
2、电路板喷三防漆,适应潮湿环境或盐雾环境。
(5)科士达GSL系列并网光伏逆变器-节能
1、逆变器内部含特别的节能电路,使得系统待机损耗低,夜间系统损耗不大于10W;
2、支持辅助电源、系统风扇电源外接,减少消耗光伏能量。
(6)科士达集中型GSL系列并网光伏逆变器-风扇智能无级调速
风扇智能无级调速
高质量的直流风扇,根据环境温度及负载量,风扇智能无级调速功能,提高散热效率,减少系统损耗,延长了风扇的寿命。
(7)科士达集中型GSL系列并网光伏逆变器-系统辅助电源冗余供电
控制电路辅助电源的冗余供电:
控制电路辅助电源供电由市电和PV互补冗余,市电优先供电;市电支持外接交流电;外接交流电优先供电。
既实现外部电源供电降低系统损耗,又满足外部交流电掉电后系统正常运行的功能。
风扇电源辅助电源的冗余供电
a.风扇电源由逆变器市电和外接市电互补冗余,外接市电优先供电;既实现外部电源供电降低系统损耗,又满足外部市电掉电后风扇正常运行的功能。
b.风扇采用直流风扇,风扇电源板整流电路对交流输入没有相序要求,也不存在风扇反转问题。
(8)科士达GSL系列并网光伏逆变器-输出功率因数可调
通常状况下,逆变器的输出功率因数为1;但系统可根据指令,功率因数可在超前0.9到滞后0.9的范围内调节,满足调度部门提高输电效率需要。
(9)科士达GSL系列并网光伏逆变器-支持电池板接地技术
无需选配附件,即可实现电池板接地技术。
光伏逆变器技术参数
型号
GLS0500KW
直流侧参数
最大直流电压
900Vdc
满载MPP电压范围
450~850V
最低电压
450V
最大直流功率
500kWp
最大输入电流
1030A
交流侧参数
额定输出功率
500kW
最大交流输出电流
1070rms
额定电网电压
270Vac
允许电网电压
270(+15%-10%)Vac
额定电网频率
50Hz
允许电网频率
49~51.5Hz
总电流波形畸变率
<3%(额定功率)
直流电流分量
<0.5%(额定输出电流)
功率因数
0.99(超前)~0.99(滞后)
系统
最大效率
98.2%(含变压器)
欧洲效率
97.5%(含变压器)
防护等级
IP20(室内)
夜间自耗电
<100W
允许环境温度
-25~+55℃
冷却方式
风冷
允许相对湿度
0~95%,无冷凝
允许最高海拔
6000米(超过3000米需降额使用)
显示与通讯
显示
触摸屏
标准通讯方式
RS485
可选通讯方式
以太网
机械参数
外观尺寸
2370*1850*945
重量
1570kg
符合标准:
EN61000-6-2,EN61000-6-4,EN50178,RD1663/2000
3、光伏阵列防雷汇流箱
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连接线,方便维护,提高可靠性,一般需要在光伏组件与逆变器之间增加直流汇流装置。
本系统使用的光伏阵列防雷汇流箱,型号为GSC13-M,有2种安装方式(横式和立式)。
该汇流箱的工作模式为13进1出,即把相同规格的13路电池串列输入经汇流后输出1路直流。
每个500kW的并网发电单元需配置8台汇流箱。
光伏阵列防雷汇流箱(型号:
GSC13-M)的电气原理框图如下图所示:
4、直流防雷配电柜
1)每台500kW逆变器匹配1台直流防雷配电柜(500kW配电单元);
2)每台直流防雷配电柜应提供8路汇流箱输入接口;
3)每路直流输入侧配有直流断路器和防反二极管,断路器选用ABB品牌;
4)直流输出回路配置光伏专用防雷器,选用菲尼克斯品牌;
5)直流母线输出侧配置1000V直流电压显示表;
6)直流防雷配电柜配有电流监测模块,实现光伏组串电流的监测功能,并提供RS485通讯接口,与系统的监控装置进行通讯;
7)直流配电柜的电气原理框图如下图所示:
8)机柜尺寸(宽*深*高):
W785*D945*H1850mm;
9)防护等级:
IP20,室内安装;
10)进出线方式:
下进下出。
11)关键设备清单
序号
名称
规格
单位
数量
备注
1
光伏组件
250W
块
48000
2
并网逆变器
500KW
台
200
3
汇流箱
13进1出
台
1540
4
直流配电柜
500KW
台
200
5
交流配电柜
500KW
台
200
过电压保护及接地
为了保证本工程光伏并网发电系统安全可靠,防止因雷击、浪涌等外在因素导致系统器件的损坏等情况发生,系统的防雷接地装置必不可少。
(1)过电压保护
本工程光伏并网发电系统的防雷接地装置按三级防雷建筑物考虑,构筑物的防雷主要采用避雷带进行防雷保护。
并根据厂地实际情况适当布置避雷针以防直击雷的危害。
对于运行设备的投入或退出,电力系统的故障等情况而导致系统参数的改变,结果形成电气设备内部过电压情况,采取在10kV高压开关柜的出线端加装过电压保护器措施。
(2)接地
本工程接地网设计原则为以水平接地体为主,辅以垂直接地体的人工复合接地网,接地电阻应不大于4Ω。
接地装置的电位、接触电位差和跨步电压差均能满足要求。
接地网经常有人的走道处应铺设砾石,沥青路面下或在地下装设两条与接地网相连的“帽檐式”均压带。
水平接地体采用镀锌扁钢,垂直接地体采用镀锌钢管。
电能计量及通讯监控系统配置方案
1、示范工程需配套安装的电能计量仪表
电能计量表是真正反应整个光伏并网发电系统发电量的计量装置,其准确度和稳定性十分重要。
采用性能优良的高精度电能计量表至关重要。
为保证发电数据的安全,在低压配电柜和电网之间跨接双向电度表。
该电表不仅要有优越的测量技术,还要有非常高的抗干扰能力和可靠性。
同时,该电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(ZV)、状态信息、警报、参数等。
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,还可以处理报警信号,读取电表数据和参数。
2、数据采集方案
(1)监控装置
采用高性能工业控制PC机作为系统的监控主机,配置光伏并网系统多机版监控软件,采用RS485通讯方式,连续每天24小时不间断对所有并网逆变器的运行状态和数据进行监测。
能实时显示电站的当前发电总功率、日总发电量、累计总发电量、累计CO2总减排量以及每天发电功率曲线图。
可查看每台逆变器的运行参数,主要包括:
直流电压、直流电流、直流功率、交流电压、交流电流、逆变器机内温度、时钟、频率、当前发电功率、日发电量、累计发电量、累计CO2减排量、每天发电功率曲线图等。
所有逆变器的运行状态,采用声光报警方式提示设备出现故障,可查看故障原因及故障时间,监控的故障信息至少包括以下内容:
电网电压过高、电网电压过低、电网频率过高、电网频率过低、直流电压过高、逆变器过载、逆变器过热、逆变器短路、散热器过热、逆变器孤岛、DSP故障、通讯失败等。
此外,监控装置可每隔5分钟存储一次电站所有运行数据,可连续存储20年以上的电站所有的运行数据和所有的故障纪录。
监控软件具有集成环境监测功能,主要包括日照强度、风速、风向、室外和室内环境温度和电池板温度等参量。
(2)环境监测仪
本系统配置1套环境监测仪。
用来监测现场的环境温度、风速、风向和辐射强度等参量,其RS485通讯接口可接入并网监控装置的监测系统,实时记录环境数据。
环境监测仪
光伏阵列安装方案
一、安装图例
本项目光伏组件阵列采用固定式安装。
由光伏电池组件、光伏逆变器、配电箱等设备构成多种形式的子系统,根据不同的组合形式,选择适合的安装方案。
系统设计仰角为22-25度,设计整体朝向为正南偏西方向10-35度。
本项目以支架形式安装,屋面支架安装在屋面上,农用工支架安装在场地底托上。
单个组件安装平视图
光伏电池组阵列整体平视图
屋面支架连接件详视图
支架组件安装设计图及说明
一、支架图纸及相关说明
电站工况:
蚌埠地区50年一遇基本风压0.3550年一遇基本雪压0.45
综合风向的随机性,风力方向取组件在25°时入射角度为60°时的基本风压值进行分析计算。
基本雪压计算时换算为组件自重施加于组件表面(在软件里通过增加组件壁厚实现)。
此电站结构主要考虑风载的影响。
分析所用软件为Pro/Mechanica模块,关于此模块的有效性请参见机械工业出版社《Pro/Engineer4.0/5.0机械结构分析实战》和清华大学出版社《Pro/Mechanicawildfire结构/热力分析》,在此不再赘述!
为了使有限元分析顺利进行和减少计算规模,必须对模型进行一定程度的简化,适当的简化不会对分析结果产生较大的影响;不影响对结构件的判断,特此说明!
相关概念:
力学分析中,构件接触处的区域称为圣维南原理区域,实为不可信区域,对此区域进行力学评估时,需使用工程评价,在接触区域附近的应力值是可信的)
二、设计依据
1.1规范
1.建筑结构荷载规范GB50009-2001
2.钢结构设计规范GB50017-2003
3.铝合金结构设计规范GB50429-2007
4.冷弯薄壁型钢结构技术规范
5.建筑抗震设计规范
1.2材料力学性能
1.2.1钢材
碳素结构钢Q235-B
重力密度ρ=78.5kN/m3
弹性模量E=2.06×105N/mm2
线膨胀系数α=1.2×10-5
泊松比ν=0.3
抗拉/压/弯强度fs=215N/mm2
抗剪强度fsv=125N/mm2
端面承压强度fsce=325N/mm2
1.2.2普通螺栓(4.8级)
允许拉应力fbt=170N/mm2
允许剪应力fbv=140N/mm2
1.3风荷载
根据<<建筑结构荷载规范GB50009-2001>>
基本风压:
风荷载取值为0.35KN/m2
地面粗糙度类别:
B
地貌描述:
A类,指近海海面和海岛,海岸,湖岸及沙漠地区。
B类,指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区
C类,指有密集建筑群的城市市区
D类,指有密集建筑群且房屋较高的城市市区
高度z处的风振系数:
结构高宽比小于1.5,所以本工程高度处的风振系数βz=1.0
(根据GB50009-2001,表7.2.1)
μz=1
结构体形类别:
斜坡面,组件与地面的角度θ=25度
正风压荷载体型系数μs=1.4(根据GB50009-2001表7.3.1)
负风压荷载体型系数μs=-1.4(根据GB50009-2001表7.3.1)
作用在组件上的顺风风荷载Wk1=βz×μz×μs1×Wo=1×1×1.4×0.35=0.49KN/m2
S=1.650x0.99x40=65.34m2(分析所选取的模型是4x10阵列)
标准风荷载F=0.49x1000x65.34xcos30°=27727N
1.4雪载荷
(a)倾斜(b)水平(α=0o)
雪荷载标准值sk=μrS0,μr是屋面积雪分布系数,μr根据标准GB50009-2001《建筑结构荷载规范》推荐取值。
表1积雪分布系数
因方阵倾角为25°,取μr=1,雪荷载标准值sk=0.45x1=0.45KN/m2
雪载通过换算成质量加载在模型中
单块电池板面积s=1.65x0.99=1.6335m2
G雪=skxs=0.45x1000x1.6335≈735N
M雪=G雪/g=735/9.8≈75kg
在软件里通过增加电池板的厚度,每块组件的质量按19+75=94kg计算
1.5地震荷载
根据<<建筑抗震设计规范GB50011-2001>>
抗
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