350KWp光伏并网发电系统

技

术

方

案

暨

报

价

安徽圣泰太阳能科技有限责任公司

二00八年十二月二十二日

目录

一、总体设计方案 (2)

二、系统组成 (2)

三、相关规范和标准 (3)

四、设计过程 (4)

4.1并网逆变器 (4)

4.1.1性能特点简介 (4)

4.1.2电路结构 (5)

4.1.3技术指标 (5)

4.1.4并网逆变器图片 (6)

4.1.5产品认证证书 (7)

4.2光伏电池组件 (14)

4.3光伏阵列防雷汇流箱 (16)

4.4直流防雷配电柜 (17)

4.4交流防雷配电柜 (18)

4.5系统接入电网 (18)

4.7系统监控装置 (18)

4.8环境监测仪 (21)

4.9系统防雷接地装置 (22)

五、系统主要设备配置清单 (22)

六、系统电气原理框图 (24)

一、总体设计方案

针对350KWp光伏并网发电系统项目，我公司建议采用分块发电、集中并网方案，将系统分成3个100KW和1个50KW的并网发电单元，通过3台SG1OOK3（100KW）和1台SG5OK3（50KW）并网逆变器接入0.4KV交流电网，实现并网发电功能。

系统的电池组件可选用180Wp(35V)单晶硅光伏电池组件，其工作电压约为35V，开路电压约为45V。根据SG100K3和SG50K3并网逆变器的MPPT工作电压范围（480V～820V），每个电池串列按照16块电池组件串联进行设计，350KW的并网单元需配置122个电池串列，共1952块电池组件,其功率为351.36KWp。

为了减少光伏电池组件到逆变器之间的连接线，以及方便维护操作，建议直流侧采用分段连接，逐级汇流的方式连接，即通过光伏阵列防雷汇流箱（简称“汇流箱”）和配电柜将光伏阵列进行汇流。

汇流箱的防护等级为IP65，可在户外安装在电池支架上，每个汇流箱可接入6路电池串列，每100KW并网单元需配置6台汇流箱，整个350KWp的并网系统需配置21台汇流箱。

并网发电系统配置2台直流防雷配电柜和1台交流防雷配电柜。其中：直流防雷配电柜统一按照2个100KW直流配电单元设计，可接12台汇流箱，通过配电空开、防雷汇流后分别与2台SG100K3（或1台SG100K3和1台SG50K3）逆变器联接；交流防雷配电柜提供3台SG100K3和1台SG50K3逆变器的三相AC380V,50Hz交流并网接口，并经三相计量表后接入电网。

另外，系统应配置1套监控装置和环境监测仪，可采用RS485或Ethernet（以太网）的通讯方式，实时监测并网发电系统的运行参数和工作状态，以及现场的风速、风向、日照强度和环境温度参数。

二、系统组成

光伏并网发电系统主要组成如下：

（1）光伏电池组件及其支架；

（2）光伏阵列防雷汇流箱；

（3）直流防雷配电柜；

（4）交流防雷配电柜；

（5）光伏并网逆变器（带工频隔离变压器）；

（6）系统的通讯监控装置和环境监测仪；

（7）系统的防雷及接地装置；

（8）土建、配电房等基础设施；

（9）系统的连接电缆及防护材料。

三、相关规范和标准

光伏并网逆变系统的制造、试验和验收可参考如下标准：

GB/T 191 包装储运图示标志

GB/T 19939-2005 光伏系统并网技术要求

GB/T 20046-2006 光伏（PV）系统电网接口特性（IEC 61727:2004,MOD）

GB/Z 199-2005 光伏发电站接入电力系统技术规定

GB/T 2423.1-2001 电工电子产品基本环境试验规程试验A：低温试验方法

GB/T 2423.2-2001 电工电子产品基本环境试验规程试验B：高温试验方法

GB/T 2423.9-2001 电工电子产品基本环境试验规程试验Cb：设备用恒定湿热试

验方法

GB 4208 外壳防护等级（IP代码）（equ IEC 60529:1998）

GB 3859.2-1993 半导体变流器应用导则

GB/T 14549-1993 电能质量公用电网谐波

GB/T 15543-1995 电能质量三相电压允许不平衡度

四、设计过程

4.1并网逆变器

此次光伏并网发电系统设计为3个100KW和1个50KW并网发电单元，100KW并网发电单元配置1台型号为SG100K3并网逆变器，50KW并网发电单元配置1台型号为SG50K3并网逆变器，整个系统配置3台SG100K3和1台SG50K3并网逆变器，组成350KWp 并网发电系统。

4.1.1性能特点简介

SG50K3和SG100K3并网逆变器采用美国TI公司专用DSP控制芯片，主电路采用日本最先进的智能功率IPM模块组装，运用电流控制型PWM有源逆变技术和优质进口高效隔离变压器，可靠性高，保护功能齐全，且具有电网侧高功率因数正弦波电流、无谐波污染供电等特点。

该并网逆变器的主要性能特点如下：

（1）采用美国TI公司DSP芯片进行控制；

（2）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点跟踪技术(MPPT)；

（4） 50Hz工频隔离变压器，实现光伏阵列和电网之间的相互隔离；

（5）具有直流输入手动分断开关，交流电网手动分断开关，紧急停机操作开关；（6）具有先进的孤岛效应检测方案及具有完善的监控功能；

（7）具有过载、短路、电网异常等故障保护及告警功能；

（8）宽直流输入电压范围，整机效率高；

（9）适应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：AC330V～AC450V，频率范围为：47－51.5Hz；

（10）人性化的LCD液晶界面，中英文菜单，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、总发电量数据和历史发电量数据；（11）提供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；

（12）并网逆变器具有CE 认证证书，其中SG100K3具有TUV 认证证书。

4.1.2电路结构

1

2

3

电网

逆变器主电路拓扑结构

如上图所示，SG50K3和SG100K3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。

4.1.3技术指标

4.1.4并网逆变器图片

SG50K3 SG100K3

4.1.5产品认证证书

（1）SG100K3并网逆变器TUV证书

（2）SG50K3并网逆变器CE证书

（3）SG100K3并网逆变器CE证书

4.2光伏电池组件

目前在光伏并网发电系统中，特别是在大型光伏电站中，普遍选用具有较大功率的光伏电池组件，本系统选用单块180Wp（35V）单晶硅光伏电池组件，其工作电压约为35V，开路电压约为45V。当然，也可选用其它类型的光伏电池组件。

180Wp太阳能电池组件技术指标：

1.采用进口125mm×125mm 高效单晶硅太阳电池片。

2.旁路二级管减少热斑损失。

3.组件表面层采用高透光绒面钢化玻璃封装，有很高的光学透过率同时减少光的反

射，提高光伏组件转换效率。

4.最大系统电压大于1000VDC。

5.使用寿命可达20 年以上，衰减小于20%。

6.阳极氧化铝边框：机械强度高，具有良好的抗风性和防雹性，可在各种复杂恶劣

的气候条件下使用，便于安装。

7.结构特性：单晶硅太阳电池串并联，采用高强度低铁钢化玻璃，高性能抗老化EVA、

耐候性优良的TPT 复合膜层压而成，透光率和机械强度高。

8.直流接线盒：采用密封防水、高可靠性多功能接线盒，盒内装有旁路二极管，连

接端采用易操作的专用公母插头，使用安全、方便、可靠。

2.技术参数(180Wp)

（标准测试条件。辐照度:1.000w/m2，组件温度:25℃,AM1.5）

SG50K和SG100K3并网逆变器的直流工作电压范围为：480Vdc～820Vdc，最佳直流电压工作点为：560Vdc。

经过计算:560V/35V=16,得出：每个电池串列可采用16块光伏电池组件串联。

每个电池串列的峰值工作电压：560V，开路电压：720V，满足逆变器的MPPT工作电压范围。

对于每个50KW并网发电单元，需要配置272块180Wp光伏电池组件，组成17个电池串列；对于每个100KW并网发电单元，需要配置560块180Wp光伏电池组件，组成35个电池串列。整个350KWp并网系统需配置1952块180Wp光伏电池组件。

每个电池串列的原理接线图如下图所示：

4.3光伏阵列防雷汇流箱

为了减少电池组件到逆变器之间的连接线，以及方便维护操作，本系统在户外配置光伏阵列防雷汇流箱，该汇流箱可直接安装在电池支架上。

光伏阵列防雷汇流箱(型号:SPVCB-6)的性能特点如下：

1)户外壁挂式安装，防水、防锈、防晒，满足室外安装使用要求；

2)可同时接入6路电池串列，每路电池串列输入的最大电流为10A；

3)电池串列的最大开路电压为DC900V；

4)每路电池串列配有光伏专用高压直流熔丝进行保护，其耐压值为DC1000V；

5)直流输出母线的正极对地、负极对地、正负极之间配有光伏专用高压防雷器，

防雷器采用菲尼克斯品牌；

6)直流输出母线端配有可分断的直流断路器，断路器采用ABB品牌；

7)光伏阵列防雷汇流箱的电气原理框图如下图所示：

每个50KW并网单元配置3台汇流箱，每个100KW并网单元配置6台汇流箱，整个350KWp并网系统需配置21台光伏阵列防雷汇流箱。

4.4直流防雷配电柜

系统配置2台直流防雷配电柜，配电柜统一按照2个100KW直流配电单元设计，每个直流配电单元可接6台光伏阵列防雷汇流箱，经直流断路器和防反二极管后汇流、防雷，再接至SG100K3逆变器。

直流防雷配电柜的电气原理接线图如下图所示：

4.5交流防雷配电柜

系统配置1台交流防雷配电柜，交流防雷配电提供3路SG100K3和1路SG50K3并网逆变器的三相AC380V,50Hz交流并网接口，经三相计量表、三相电压和电流表接入公用交流电网，并在网侧配置总交流断路器和防雷器。

交流电网

AC380/220V,50Hz

断路器

防雷器电度表

断路器

断路器

断路器

断路器

(三相四线)

4.6系统接入电网

本系统采用的SG100K3并网逆变器直接并入三相低压交流电网（AC380V，50Hz），使用的N线和接地线，适应的电网参数如下表：

序号项目内容

1 配电系统方式TN-S母线（的N线和PE线）

2 系统电压AC380/220V

3 额定频率50Hz

4 系统接地方式中性点直接接地

4.7系统监控装置

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，连续对所有并网逆变器的运行参数和工作状态进行监测。

(1)监控主机的照片和系统特点如下：

✧嵌入式低功耗VIA C3处理器；

✧带LCD/CRT VGA；

✧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)；

(2)光伏并网系统的监测软件可连续记录运行数据和故障数据如下：

①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。

②可查看每台逆变器的运行参数，主要包括：

A.直流电压

B.直流电流

C.交流电压

D.交流电流

E.频率

F.当前发电功率

G.日发电量

H.累计发电量

I.逆变器机内温度

J.时钟

K.累计CO

减排量

2

L.每天发电功率曲线图

③监控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：

A、电网电压过高；

B、电网电压过低；

C、电网频率过高；

D、电网频率过低；

E、直流电压过高；

F、逆变器过载；

G、逆变器过热；

H、逆变器短路；

I、散热器过热；

J、逆变器孤岛；

K、DSP故障；

L、通讯失败；

(3)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、和环境温度等

参量。

(4)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。

(5)可提供中文和英文两种语言版本。

(6)可长期24小时不间断运行在中文WINDOWS 2000，XP 操作系统。

(7)监控主机同时提供对外的数据接口，即用户可以通过网络方式，异地实时查看整个

电源系统的实时运行数据以及历史数据和故障数据。

(8)显示单元可采用大液晶电视，具有非常好的展示效果。

下图是本公司的并网逆变器的监控界面：

4.8环境监测仪

本系统可配置1套环境监测仪(如下图所示)，用来监测现场的环境情况：

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，适用于气象、军事、船空、海港、环保、工业、农业、交通等部门测量水平风参量及太阳辐射能量的测量。可测量环境温度、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。

4.9系统防雷接地装置

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。系统的防雷接地装置措施有多种方法，主要有以下几个方面供参考：

（1）地线是避雷、防雷的关键，在进行配电室基础建设和太阳电池方阵基础建设的同时，选择电厂附近土层较厚、潮湿的地点，挖1～2米深地线坑，采用40扁钢，添加降阻剂并引出地线，引出线采用10mm2铜芯电缆，接地电阻应小于4欧姆。（2）在配电室附近建一避雷针，高15米，并单独做一地线，方法同上，配电室在地下室不需要避雷针。

（3）直流侧防雷措施：电池支架应保证良好的接地，光伏电池阵列连接电缆接入光伏阵列防雷汇流箱，汇流箱内含高压防雷器保护装置，电池阵列汇流后再接入直流防雷配电柜，经过多级防雷装置可有效地避免雷击导致设备的损坏。

（3）交流侧防雷措施：逆变器的交流输出经交流防雷配电柜接入电网，可有效地避免雷击和电网浪涌导致设备的损坏，

（4）所有的机柜要有良好的接地。

五、系统主要设备配置清单

六、系统电气原理框图

七、参考案例

（1）国家100KW并网发电系统

（2）深圳新天100KW并网发电系统

（3）内蒙古鄂尔多斯100KW光伏并网发电系统

（4）新能源所60KW×2 光伏并网发电系统

（5）内蒙古乌海市科技馆60KW光伏并网发电系统

（6）东方汽轮机厂30KW光伏并网发电系统

（7）安装在德国的5KW光伏并网发电系统

（8）合肥科学岛3kw光伏并网发电系统

350KWp

光伏并网发电系统技术方案

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