光伏并网发电系统设计概述

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陈华进2008.10.5光伏并网发电系统设计概述 目录一、光伏并网发电系统的分类二、光伏并网发电系统的组成三、光伏并网设备简介四、光伏并网发电系统的设计五、部分业绩介绍 按照功能分类：1.1不可调度式光伏并网发电系统（不含蓄电池）1.2可调度式光伏并网发电系统（含蓄电池）按照系统的大小分类：1.3集中式大型光伏并网发电系统1.4分散式小型光伏并网发电系统一、光伏并网发电系统的分类 一、光伏并网发电系统的分类1.1不可调度式光伏并网发电系统（不含蓄电池）不可调度式光伏并网发电系统中，并网逆变器将光伏阵列产生的直流电能转化为和电网电压同频、同相的交流电能并入电网，当主电网断电时，系统自动停止向电网供电。 一、光伏并网发电系统的分类1.2可调度式光伏并网发电系统（含蓄电池）可调度式光伏并网发电系统中，配有储能环节(目前采用蓄电池组)。并网逆变器不但可以将光伏阵列产生的直流电能转化为和电网电压同频、同相的交流电能并入电网，而且还经DC/DC变换后给蓄电池充电。当主电网断电时，系统自动停止向电网供电，同时通过独立逆变给重要的交流负载供电。 一、光伏并网发电系统的分类可调度式光伏并网发电系统在功能上虽然优于不可调度式光伏并网发电系统，但由于增加了储能环节，也带来了若干严重的弱点，正是这些弱点使可调度式光伏并网发电系统的应用规模当前还难与不可调度式相比较。可调度式光伏并网发电系统的弱点：蓄电池寿命较短，一般5年左右。蓄电池的价格相对昂贵。蓄电池相对较重，体积较大，需占用很大的空间。报废的蓄电池会造成环境的污染。 一、光伏并网发电系统的分类不可调度式光伏并网发电系统的集成度高、可靠性高、安装和调试相对方便。省去蓄电池后的光伏系统不仅可以大幅度降低造价，还可以具有更高的发电效率和更好的环保性能。目前，我们所说的光伏并网发电系统基本上都是不可调度式的。 一、光伏并网发电系统的分类1.3集中式大型光伏并网发电系统主要特点：系统所发的电能直接输送到公用电网上，由电网统一调配向用户供电。投资巨大、电池组件占地面积大、设计复杂、建设周期长。一般需通过10KV以上的中、高压电网传输电能。目前，在国内多为示范型的光伏电站。 一、光伏并网发电系统的分类美国4.6MW光伏电站 一、光伏并网发电系统的分类APS公司光伏电站 一、光伏并网发电系统的分类上海临港1.2MW光伏电站 一、光伏并网发电系统的分类1.4分散式小型光伏并网发电系统主要特点：系统所发的电能直接分配到用户的用电负载上，多余或不足的电力通过电网来调节。投资小、可与建筑相结合、设计相对简单、建设周期短。一般直接通过0.4KV电网传输电能。比较适用于家庭和企业型用户。 一、光伏并网发电系统的分类阳光电源30KW光伏发电示范系统 一、光伏并网发电系统的分类深圳新天厂房100KW光伏并网发电系统 二、光伏并网发电系统的组成2.1光伏并网发电系统的原理框图光伏并网发电系统由光伏组件、逆变器、计量装置及配电系统组成。光伏组件通过“光伏效应”把光能转化为直流电能，经逆变器将直流电转换为与公用电网同频率、同相位的正弦波交流电，并馈入公用电网实现并网发电。 二、光伏并网发电系统的组成2.2系统的主要组成部分2.2.1光伏组件2.2.2直流侧防雷配电2.2.3光伏并网逆变器2.2.4交流侧防雷配电（含电能计量表）2.2.5公用电网2.2.6监控装置2.2.7连接电缆及防护材料（略）2.2.8系统的防雷接地装置（略）2.2.9其他（如土建基础等）（略） 二、光伏并网发电系统的组成2.2.1太阳能电池组件单晶硅组件多晶硅组件非晶硅组件常见的3种硅太阳电池组件 二、光伏并网发电系统的组成重要的参数指标峰值功率-----Wp最大工作电压-----Vmp最大工作电流-----Imp短路电流-----Isc开路电压-----Voc最大系统电压-----Vms电压温度系数-----K（约-3‰V/℃） 二、光伏并网发电系统的组成2.2.2直流侧防雷配电直流侧的防雷：避免设备在直流侧遭受雷击。直流侧的配电：方便操作和维护。可进行光伏阵列的汇流。 二、光伏并网发电系统的组成我公司的产品规格：单相防雷配电箱（1.5KW、3KW、6KW，含交流防雷配电）光伏阵列防雷汇流箱（SPVCB-6）直流防雷配电柜（10KW～300KW，需定制）交直流防雷配电柜（10KW～100KW，含交流防雷配电，需定制） 二、光伏并网发电系统的组成2.2.3光伏并网逆变器光伏并网逆变器是通过内部的功率调节器将光伏组件发出的直流电能变换成与电网同频、同相的正弦波交流电并馈入电网。定义：我公司的产品规格：SG1K5TL、SG2K5TL(单相输出、无变压器隔离)SG3K、SG5K-C、SG5K-B、SG6K-C、SG6K-B(单相输出、变压器隔离)SG10K3、SG30K3、SG50K3、SG100K3、SG250K3、SG500K3(三相输出、变压器隔离)SG250KTL、SG500KTL(三相输出、无变压器隔离) 二、光伏并网发电系统的组成2.2.4交流侧防雷配电交流侧的防雷：避免设备在交流侧遭受雷击。交流侧的配电：方便操作和维护。可灵活设计并网接口的路数。可配置发电计量装置。 二、光伏并网发电系统的组成我公司的产品规格：单相防雷配电箱（1.5KW、3KW、6KW，含直流防雷配电）交流防雷配电柜（10KW～300KW，需定制）交直流防雷配电柜（10KW～50KW，含交流防雷配电，需定制） 二、光伏并网发电系统的组成2.2.5公用电网常见的公用电网电压等级：低压电网：0.4KV中压电网：10KV、35KV等高压电网：110KV、220KV等SG系列逆变器接入0.4KV电网规格：AC220V，50/60Hz：适用于1.5KW～6KW的逆变器。AC380V，50/60Hz：适用于10KW～500KW的逆变器。 二、光伏并网发电系统的组成2.2.6监控装置用于监控并网发电系统的各逆变器的工作状态和运行参数。常用的通讯方式：RS485、Ethernet(以太网)、GPRS。监控装置的组成：监控主机、显示设备和监控软件。 三、光伏并网设备简介3.1光伏并网逆变器3.2光伏阵列防雷汇流箱3.3监控软件3.4可选配件 三、光伏并网设备简介3.1光伏并网逆变器3.1.1型号规格SG1K5TL、SG2K5TL(单相输出、无变压器隔离)SG3K、SG5K-C、SG5K-B、SG6K-C、SG6K-B(单相输出、变压器隔离)SG10K3、SG30K3、SG50K3、SG100K3、SG250K3、SG500K3(三相输出、变压器隔离)SG250KTL、SG500KTL(三相输出、无变压器隔离) 三、光伏并网设备简介隔离方式最大光伏阵列输入功率最大开路电压范围MPPT电压范围最大光伏阵列输入电流额定交流输出功率总电流谐波畸变率功率因数最大效率欧洲效率允许电网电压范围允许电网频率范围夜间自耗电通讯接口显示方式防护等级适用环境温度范围机械尺寸重量相关认证相关产品的技术参数详见产品的样本。3.1.2主要的技术指标 三、光伏并网设备简介SG1K5TL/SG2K5TL3.1.3产品图片SG3K 三、光伏并网设备简介SG5K-CSG6K-CSG5K-BSG6K-B 三、光伏并网设备简介SG10K3SG30K3、SG50K3 三、光伏并网设备简介SG100K3SG250K3 三、光伏并网设备简介SG500K3 三、光伏并网设备简介SG250KTLSG500KTL 三、光伏并网设备简介3.2光伏阵列防雷汇流箱(SPVCB-6)3.2.1产品图片立式横式 三、光伏并网设备简介3.2.2防水端子图电池串列输入：6路，最大10A/路。【线径：1*4mm2】直流输出：1路。【线径：2*25mm2】接地：1路。【线径：1*16mm2】 三、光伏并网设备简介3.2.3原理框图1、菲尼克斯防雷器2、ABB直流断路器3、进口高压熔丝 三、光伏并网设备简介3.2.4案例上海临港兆瓦级光伏电站 三、光伏并网设备简介3.2.4案例宁夏发电集团光伏电站 三、光伏并网设备简介3.3监控软件单机版监控软件适用于单台并网逆变器的监控。与环境监测仪不能配套使用。多机版监控软件适用于多台并网逆变器的监控。可与环境监测仪配套使用。 三、光伏并网设备简介3.4可选配件3.4.1单相防雷配电箱3.4.2直流防雷配电柜3.4.3交流防雷配电柜3.4.4交直流防雷配电柜3.4.5工业PC机3.4.6环境监测仪3.4.7以太网通讯模块3.4.8GPRS模块3.4.9RS485/232转换器 三、光伏并网设备简介3.4.1单相防雷配电箱规格：1.5KW、3KW、6KW。内含直流侧空开、防雷；交流侧空开、防雷；单相电度表。选用ABB断路器，菲尼克斯防雷器。 三、光伏并网设备简介案例：上海太阳能6*5KW 三、光伏并网设备简介3.4.2直流防雷配电柜规格：10KW～300KW，需定制。内含直流输入空开、防反二极管、防雷器及直流电压表。选用ABB断路器，菲尼克斯防雷器。 三、光伏并网设备简介案例：深圳新天100KW并网项目 三、光伏并网设备简介3.4.3交流防雷配电柜规格：10KW～300KW，需定制。内含网侧总空开、防雷器。配置电度表、并网接口及电压电流表。选用ABB断路器，菲尼克斯防雷器。 三、光伏并网设备简介案例乌海科技馆60KW项目 三、光伏并网设备简介3.4.4交直流防雷配电柜规格：10KW～50KW，需定制。内含直流配电单元和交流配电单元直流配电单元具有直流断路器、防雷器。交流配电单元具有交流断路器、防雷器、电度表。 三、光伏并网设备简介案例东方汽轮机厂2*10KW 三、光伏并网设备简介3.4.5工业PC机嵌入式低功耗VIAC3系列处理器；带LCD/CRTVGA接口；带以太网口；RS232/RS485通讯接口；USB2.0；256M内存(可升级)；40G笔记本硬盘(可升级)； 三、光伏并网设备简介3.4.6环境监测仪该装置由风速传感器、风向传感器、日照辐射表、测温探头、控制盒及支架组成。可测量风速、风向、辐射强度和环境温度等参量。其通讯接口可接入并网监控装置的监测系统。 三、光伏并网设备简介3.4.7以太网通讯模块 三、光伏并网设备简介3.4.8GPRS模块 三、光伏并网设备简介3.4.9RS485/232转换器 四、光伏并网发电系统的设计系统设备分为三大部分：4.1光伏组件部分4.2逆变控制部分4.3电网接入部分 四、光伏并网发电系统的设计4.1光伏组件部分光伏组件的选型：确定光伏组件的材料类型（单晶、多晶或非晶等）。确定光伏组件的规格和数量。明确光伏组件的技术参数。光伏组件的安装确定光伏组件的安装位置（如屋顶、地面等）。确定光伏组件的安装方式（如固定、跟踪）。确定光伏组件的方位角和倾斜角。方位角是组件的垂直面与正南方向的夹角。倾斜角是组件平面与水平地面的夹角。以上一般都由光伏组件厂家设计。 四、光伏并网发电系统的设计光伏组件的串并联方式：根据并网逆变器的工作电压范围，设计光伏组件的串联数量。确定电池串列并联的数量，选择合适的汇流箱，进行电池串列汇流。一般由逆变器厂家设计。主要组成部分：由光伏组件、安装支架和连接电缆等组成。 四、光伏并网发电系统的设计4.2逆变控制部分主要组成：直流侧电缆直流侧防雷配电光伏并网逆变器交流侧防雷配电交流侧电缆通讯监控装置 四、光伏并网发电系统的设计直流侧电缆：指从汇流箱到逆变器之间的连接部分。直流侧电缆推荐选用阻燃、铠装电缆。电缆的线径需根据电缆的长度和载流大小进行选择。如果电缆需走桥架，推荐选用耐火规格的。 四、光伏并网发电系统的设计直流侧防雷配电：根据系统的功率来选择，可选择单相防雷配电箱、光伏阵列防雷汇流箱、直流防雷配电柜。单相防雷配电箱：适合6KW以下的并网逆变器进行配套使用。光伏阵列防雷汇流箱：用于光伏阵列汇流，减少光伏阵列到逆变器之间的连接线，适合10KW以上的系统。直流防雷配电柜：也是用于光伏阵列汇流，便于维护、操作。适合10KW以上的系统。对于非晶硅电池组件，由于组件的工作电流较小（约1A），所以推荐先并联5组左右后，再接入汇流箱。 四、光伏并网发电系统的设计光伏并网逆变器：基本原则接入同一台逆变器的光伏组件，要求其规格参数、安装朝向基本相同。逆变器选型根据并网的功率、光伏组件的耐压、电网的规格来选型；逆变器的功率按照系统的实际功率进行1：1匹配。电池串列的设计根据逆变器的工作电压范围，选择合适的工作电压点，并需考虑温度变化对组件电压的影响，进而设计电池组件的串联数量。 四、光伏并网发电系统的设计不同规格逆变器对应的光伏组件串联数量以Vmp＝17.5V,Voc＝22V的电池组件为例，串联数量如下：规格直流电压工作范围组件串联数量SG1K5TL150V～450V12～18块SG2K5TL150V～450V12～18块SG3K200V～450V16～18块G5K-C200V～780V16～30块G5K-B300V～780V24～30块G6K-C220V～780V18～30块G6K-B320V～780V24～30块 四、光伏并网发电系统的设计规格直流电压工作范围组件串联数量SG10K3220V～450V16～18块SG30K3220V～450V16～18块SG50K3450V～880V32～34块SG100K3480V～880V32～34块 四、光伏并网发电系统的设计交侧防雷配电：根据系统的功率来选择，可选择单相防雷配电箱、交流防雷配电柜。单相防雷配电箱：适合6KW以下的并网逆变器进行配套使用。交流防雷配电柜：具有网侧断路器、防雷器，发电计量表；并可为多台逆变器提供并网接口（含断路器）。 四、光伏并网发电系统的设计交流侧电缆：指从逆变器到并网接口之间的连接部分。交流侧电缆推荐选用阻燃、铠装电缆。电缆的线径需根据电缆的长度和载流大小进行选择。如果电缆需走桥架，推荐选用耐火规格的。 四、光伏并网发电系统的设计通讯监控装置：分单机版监控软件和多机版监控软件。和并网逆变器进行通讯通讯方式的选择：本地：RS485（1KM以内）远程：以太网或GPRS。和环境监测仪配套使用（适用于多机版监控软件）对于大型的光伏电站，为防止因停电而导致数据丢失，可选配1台UPS电源给监控装置供电。 四、光伏并网发电系统的设计4.3电网接入部分0.4KV电网接入适合小型的光伏并网系统，逆变器直接并网发电。并网发出的电能一部分给当地负载供电，多余的馈入电网。10KV（35KV）电网接入适合大型的光伏并网系统，需设计升压系统。升压系统主要包括了高压开关柜、低压开关柜、升压变等。逆变器与0.4KV低压开关柜连接，经变压器升压后接入10KV(35KV)电网发电。并网发出的电能通过10KV(35KV)电网传输，由电网统一调配。对于升压系统，一般由升压站厂家或电力系统来设计。 四、光伏并网发电系统的设计4.4方案设计——1MW光伏并网系统光伏组件部分5600块180Wp单晶硅光伏组件16块串联，共350个电池串列每个100KW并网单元有35个电池串列，功率为100.8KWp。逆变控制部分并网逆变器：10台SG100K3光伏阵列防雷汇流箱：60台SPVCB-6。直流防雷配电柜：4台。每台配电柜有3个100KW的配电单元。 四、光伏并网发电系统的设计监控装置：1套多机版监控软件、1台工控机、1台液晶显示器。环境监测仪（SSYW-01）：1台。交流侧防雷配电：由升压系统配置。直流侧和交流侧电缆：由用户自备。UPS电源：5KVA，给监控装置供电。 四、光伏并网发电系统的设计电网接入部分采用10KV中压电网接入10KV升压站系统主要包括：0.4KV开关柜、10KV开关柜、0.4/10KV(1000KVA)升压变。0.4KV开关柜具有10路并网接口，与逆变器连接。10KV开关柜具有高压保护、防雷、计量及控制单元。选用高效率的升压变，提高系统的发电效率。 四、光伏并网发电系统的设计系统设计框图 5.1上海临港1.2MW光伏电站五、部分业绩介绍配置11台SG100K3、1台SG50K3、1台SG30K3、2台SG3K，通过0.4/10KV升压站后并网发电。 5.2宁夏发电集团330KW光伏电站五、部分业绩介绍配置3台SG100K3、1台SG10K3，接入配电房0.4KV低压母线后并网发电，给当地负载供电，多余的电量馈入电网。 谢谢！