1MW光伏发电系统整体结构设计

1整体系统设计

光伏电站的系统整体设计由光伏发电系统和机电设计两个部分组成，其中光伏发电系统指从太阳电池组件至逆变器之间的所有电气设备，包括太阳电池组件、直流接线箱、直流电缆、直流汇流柜、逆变器等；机电部分指从逆变器交流侧至电站送出部分的所有电气、控制保护、通信及通风等。

本项目光伏电站的建设规模为1MV，太阳电池方阵的运行方式采用固定倾角安装。光伏并网逆变器单机功率不小于200kW，逆变器自身可以带有变压器（一般输出为三相400V），也可以不带自身变压器，逆变后直接并入低压公共电网，光伏电站的接入系统具有唯一的电网接入点。 

本设计1MV光伏并网发电项目采用多晶硅太阳能电池组件，装机总容量为1000.12kWp，整体占地面积为4471平方米， 其中使用单件组件功率为280W的多晶硅太阳电池组件为4304件。

多晶硅光伏方阵的安装方式固定倾角30度，南北方向排列，每个支架安装18件STP280-24/Vd型多晶硅组件。

本项目采用分散发电、就地升压、集中控制、单点并网的技术方案。整体1MV光伏并网发电系统由2个光伏并网发电单元组成，每个发电单元由2台300kW光伏并网逆变器以及相应的配电监控单元等相关设备组成，除光伏方阵外，其他设备均安装在一个电气室内。太阳能产生的直流电经光伏并网逆变器逆变成交流电集中送到学校配电站房400V母线上汇集成1路接入并网接入点，具体参见以下原理框图3.9：

图5.1 1MV光伏并网发电系统原理示意图

2电气结构设计

系统直流侧最高工作电压，在光伏并网发电系统中，系统直流侧的最高工作电压主要取决于逆变器直流侧最高电压，以及在直流回路中直流断路器额定工作电压。但设备的工作电压与设备所处的工作环境和海拔高度有关，洛阳处于沿海亚热带地区, 空气相对比较潮湿，根据GB311.1《高压输变电设备的绝缘配合》、GB/T16935《低压系统内设备的绝缘配合》及直流开关、并网逆变器的资料，电站现场设备的绝缘水平应与正常使用条件基本相当。目前，1000kW光伏并网逆变器MPPT直流输入范围一般在850V - 1020V之间，最大输入电压为1080V，塑壳断路器的额定绝缘水平为1000V（四极串联使用），针对光伏并网发电系统的直流微型断路器（S800-PV）最高额定工作电压为1200V（三极串联使用），这样在直流侧，逆变器的所能承受的电压较直流断路器底，所以系统直流侧最高工作电压为1080V。

组件串联方式设计：

在本系统中，使用的高效多晶硅组件STP280-24/Vd, 在计算组件串联数量时，必须根据组件的工作电压和逆变器直流输入电压范围，同时需要考虑组件的开路电压温度系数。

根据以上得知，本系统逆变器最高电压为1080V，最小MPPT电压为480V，STP280-24/Vd多晶硅组件的开路电压为44.8V，峰值工作电压为35.2V，组件开路电压温度系数为-0.34%/℃，经过计算，组件串联数在15-18比较合适。，为了保证方阵的合理排列，我们采用18件STP280-24/Vd多晶硅组件为1个组件串。

组件并联方式设计：

经过计算，共有18件组件串联的组件串18个。根据方阵排列方式，以及组件峰值工作电流大小，多晶硅光伏组件光伏方阵接线箱采用5路汇1路比较合适，每单元光伏方阵共需18个光伏方阵接线箱。

3电气系统构成

太阳能光伏发电系统由光伏组件、直流监测配电箱、并网逆变器、计量装置及上网配电系统组成。太阳能通过光伏组件转化为直流电力，通过直流监测配电箱汇集至并网型逆变器，将直流电能转化为与电网同频率、同相位的正弦波电流。由于本工程中发电功率为1MV，根据相关并网技术原则，直流逆变为380V交流后接入当地电网。

本项目太阳能电池板分布在学校教学楼楼顶上。根据电池板分布情况以及各区域电池板出力情况，将整个光伏电站分为2个子系统。每个子系统相对，分别由光伏组件、直流监测配电箱、并网逆变器等组成。逆变器考虑选择300kW容量。各子系统逆变器后380V三相交流电，接至低压公共电网。

并网型逆变器选型时除应考虑具有过/欠电压、过/欠频率、防孤岛效应、短路保护、逆向功率保护等保护功能外，同时应考虑其电压（电流）总谐波畸变率较小，以尽可能减少对电网的干扰。

每个逆变器都连接有若干串光伏电池组件，这些光电组件通过直流监测配电箱连接到逆变器。直流监测配电箱内置组串电流监测单元，具有监测各组串电流的功能，并以数据格式将电流监测信息传输至逆变器控制器。

整个太阳能电池系统采用若干组逆变器，每个逆变器具有自动检测功能，并能够随着太阳能组件接受的功率，以最经济的方式自动识别并投入运行。

平面布置

本工程采用单层布置，分别为逆变器室、升压室、电子设备间、操作员站，电子设备间内布置直流屏、保护屏、计量屏等。

主设备选型：

（一）升压变：

不考虑升压装置。

（二）低压进线柜：

选用MNS型低压抽出式开关柜。

（三）高压出线柜：

不考虑高压柜。

计算机监控系统

项目设置计算机监控系统一套，全面监控升压站运行情况。监控系统采集高压侧的三相电流、电压、功率、开关状态等。采集各支路的发电量。

监控系统通过群控器实现多路逆变器的并列运行。群控器控制多台逆变器的投入与退出，具备同步并网能力，具有均分逆变器负载功能，可降低逆变器低负载时的损耗，并延长逆变器的使用寿命。监控系统通过群控器采集各台逆变器的运行情况。

监控系统将所有重要信息传送至监控前台。

（1）保护

出线并网开关柜上装设测控保护装置。设过电压保护、低电压保护、过频率保护、欠频率保护。测控保护装置将所有信息上传至监控系统。

低压进线开关具备过流脱扣功能。

逆变器具备极性反接保护、短路保护、孤岛效应保护、过热保护、过载保护、接地保护等，装置异常时自动脱离系统。

（2）直流

本站直流系统电压为220V，为节省开支，设置直流分电屏，由学校用直流母线给两回路直流电源至本站，每回直流容量为20A。

（3）计量

计量装置设置在本站10kV侧，10kV侧分别装设计量电流互感器和电压互感器。计量屏就地布置于电子设备间。

（4）同期

本工程选用的并网型逆变器根据电网侧频率、相位自动捕同期。

（5）照明

站内控制室装设荧光灯，各配电装置室采用广照型，配照型及各种乳白色玻璃罩照明器。本站设置部分事故照明灯，灯具采用原有照明配电电源。供配电采用TN-C-S系统。

电源系统中性点接地方式。

380V采用中性点直接接地方式。

（6）防雷

本工程电气配电装置采用全户内布置，为使光伏电池组件和电气建筑在受到直击雷和感应雷的雷击时能有可靠的保护，在光伏电池组件支架的非导电体的屋顶上装设了避雷带或避雷针作为防雷保护，并且避雷带设有数个引下线。

（7）接地

为保证人身安全，所有电气设备都装设接地装置，并将电气设备外壳接地。

本发电项目采用以水平接地体为主，以垂直接地体为支撑的接地网。接地电阻值小于1Ω。

（8）站用电

本站站用电源由原有建筑配电电源提供2路进线电源，两路进线电源有失压自切装置，以保证站用电源的可靠性。站用电源按20kVA考虑。站用配电装置采用抽出式开关柜型式。

（9）接入系统方案

本工程太阳能光伏并网发电系统，拟定总装机容量为：装设光伏电池组件容量约为650kWp；

根据光伏发电系统装机容量和周边电网实际接线情况，提出如下接入系统方案：

该工程通过一回400V线路并网， 400V并网线路用户侧，应在公共区域安装开关，并设置明显断开点，以利于检修和事故处理安全。

（10）方案分析

本工程中太阳能光伏发电场的总装机容量在系统中所占比例较小，但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会有一定不利影响。太阳能光伏发电场并网时在电压偏差、频率、谐波和功率因数方面应满足实用要求并符合标准。

本工程光伏发电场总装机容量占上级变电站主变容量比例较小，经计算光伏发电场并网时对系统侧电压波动影响较小，在标准允许范围以内。

太阳能光伏发电场运行时，选用的逆变器装置产生的谐波电压的总谐波畸变率控制在2.5%以内，远小于GB 14549-1993《电能质量 公用电网谐波》规定的5%。

光伏发电场并网运行（仅对三相输出）时，电网公共连接点的三相电压不平衡度不超过GB 15543-1995《电能质量 三相电压允许不平衡度》规定的数值，接于公共连接点的每个用户，电压不平衡度允许值一般为1.3％。

（11）系统保护

由于太阳能光伏发电容量很小，接入系统电压等级较低，且不提供短路电流，建议仅在系统侧配置相应的保护设备快速切除故障即可，光伏发电场侧不配置线路保护。

（12）监控自动化

太阳能发电场配置计算机监控系统，由计算机监控系统完成实施整个发电场的监视控制,并向主站端发送信息。计算机监控系统应能实现所有开关量的采集，并与太阳能逆变器等装置实现通信。在校内设置一个就地的工程师站，在调试和检修期间可以在就地进行调试检修。正常运行情况下，由设置在集控室内的终端进行监控。

4设备清单

主要设备清单如图5.1

表 5.1 系统设备清单

5系统节能量计算

节能法律法规依据

本工程节能分析依据的主要法律法规有:

— 《节能中长期专项规划》

— 《中华人民共和国节约能源法》

— 《综合能耗计算通则》GB/T25-90

— 《用能单位节能量计算方法》GB/T13234-1991

光伏发电是一种清洁的能源，既不直接消耗资源，同时又不释放污染物、废料，也不产生温室气体破坏大气环境，也不会有废渣的堆放、废水排放等问题，有利于保护周围环境，是一种绿色可再生能源。

太阳能光伏发电是一种清洁能源，与火电相比，可节约大量的煤炭或油气资源，有利于环境保护。同时，太阳能是取之不竭用之不尽的可在生能源，早开发早受益。本工程推荐方案拟装机650kWp，年均上网电量73.7万度电。按照火电煤耗平均350g标煤/KWh，每年可节约标准煤258吨,减少烟尘排放量约3.49吨,二氧化碳约778.7吨、二氧化硫约2.83吨。

6检测预留方案

太阳能方阵前后左右之间留有宽度不低于0.5米的检修通道，检修人员可通过该通道访问到方阵中任一块太阳能板进行检测更换等工作。

直流汇流箱安装在方阵中太阳能板背面或侧面支架上，一般位于纵横通道的交汇处，整体布局整齐划一，易于访问。当直流侧出现故障时，可检测汇流箱内各个之路的电压，判断出有问题的支路，再沿问题之路逐一排查，直到找到故障或失效组件。

直流侧桥架沿方阵背面和检修通道而四通八达，汇集支路干路电缆直至并网逆变器。桥架采用支托架安装，盖板式桥架易于展开检修电缆，做电缆绝缘测试等工作。

并网逆变器/交流配电柜等电气设备安装在通风良好的设备室，交流配电柜中各路输出均设有电流互感器，检测时可直接使用相关接口，取电压电流值，进行相关分析。交流配电柜面板上设有电能分析仪，外部仪器的分析结果可与电能分析仪数据对照。并网逆变器各路输入输出接口，检测时均可直接引用。

系统输出交流电缆沿现存或新建电缆沟铺设，电缆沟上有盖板且拐弯处均有电缆井，易于电缆的绝缘测试/故障检修等工作的开展。

太阳能支架和电气设备外壳均可无障碍触及，做接地电阻测试相当简便。

太阳能发电系统配置计算机监控系统，由计算机监控系统完成实施整个发电场的监视控制,并向主站端发送信息。计算机监控系统应能实现所有开关量的采集，计量电表数据采集，并与太阳能逆变器等装置实现通信。

在光伏系统中预留符合电力规范的通用数据接口（如IEC 101），方便电力及相关部门对该项目进行远程检测。