分布式光伏发电并网设计技术方案

一、光伏发电系统设计

1.本光伏并网发电项目推荐采用分块发电、集中并网方案，最终实现将整个光伏并网发电系统接入高压交流电网进行并网发电。

2.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光伏电池阵列，光伏电池阵列所发的直流电能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0.27KV、最终升压至10KV配电装置。

3.光伏发电系统原理构成

系统的基本原理：太阳能电池组件所发直流电通过光伏并网逆变器逆变成50Hz、270V的交流电，经交流配电箱与用户侧并网，向负载供电，或者经过升压变电，接入电网。本项目并网接入系统方案采用10KV高压并网。

图3-1 光伏电站系统原理示意图

本工程光伏发电系统主要由光伏电池板（组件）、逆变器及并网系统（配电升压系统）三大部分组成。

二、电站直流逆变系统设计

1.为了更好地防雷和方便维护，可先将太阳电池子阵列单元通过直流防雷配电汇流箱后，再接入配电房的直流配电柜。光伏电站各区域的配置如表3-3所示：

表3-5各区设备配置表

图  光伏电站1MWp单元电气构成图

3.电缆敷设方案

1）电缆敷设：

（1）电池组串与汇流箱的连接电缆，垂直方向沿电池组件安装支架敷设，水平方向大棚预留通道电缆沟敷设至就近配电室内。

（2）除火灾排烟风机、消防水泵等消防设施所需电缆采用耐火电缆外，其余均采用阻燃、凯装电缆。 

2）电缆防火及阻燃措施：

（1）在电缆主要通道上设置防火延燃分隔措施，设置耐火隔板、阻火包等。

（2）墙洞、盘柜箱底部开孔处、电缆管两端、电缆沟进入建筑物入口处等采用防火封堵。

（3）电缆防紫外线照射措施：

本工程所有室外电缆敷设，将沿光伏电池板下、埋管、电缆槽盒或沿电缆勾敷设，以避免太阳直射，提高电缆使用寿命。

三、防雷接地设计

1.直击雷防护

（1）光伏电池方阵区域直击雷防护：

根据项目场地的地形特征和地质特点，在光伏阵列区域不单独设置避雷针，仅在光伏发电组件支架顶部安装短小的避雷针进行直击雷防护。

（2）其他区域直击雷防护：

在各逆变升压配电室、高低压配电室、综合楼等建筑物屋顶设置避雷带用于直击雷防护。交流侧的直击雷防护按照电力系统行业标准《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》进行。 

2.感应雷防护：

采取接地、分流、屏蔽、均压等电位等方法对感应雷进行有效的防护，以保证人身和设备的安全。

（1）光伏电池方阵接地措施：

对光伏电池方阵，拟设置水平接地带和垂直接地极相结合的接地网。将安全接地、工作接地统一为一个共用接地装置，接地电阻值按不大于4Ω考虑。

沿光伏电池方阵四周采用－40×6热镀锌扁钢设置一圈水平接地带，接地体埋设深度不小于0.5～0.8米。光伏电池生产厂家在光伏电池板铝合金外框上留有用于安装接地线的螺栓孔位置，安装时用接地线将电池板铝合金外框和电池板支架可靠导通，所有支架采用等电位与水平接地带连通，并根据现场土壤情况，选择合适的位置，采用热镀锌角钢或其他导电性能良好的材料设置垂直接地极，垂直接地极埋设深度不小于2.5米。

接地装置的接地电阻、接触电压和跨步电压满足规程要求，尽可能使电气设备所在地点附近对地电压分布均匀。

（2）其余设备的接地措施：

（a）逆变升压配电室的主筋与接地网可靠连通。

（b）对所有交、直流电力电缆的接头盒、终端头和可触及的电缆金属护层和穿线的钢管应可靠接地；电缆槽盒、支架、桥架、给排水管道、各级直流汇流箱、高低压配电柜外壳等金属物用热镀锌扁钢接入接地网。

（c）低压配电柜、高压配电柜、UPS屏、主变压器、升压站交流侧的接地按照电力系统行业标准《交流电气装置的接地》进行。

（3）分流措施：

目前，在感应雷的防护中，电涌保护器的使用已日趋频繁，它能根据各种线路中出现的过电压、过电流及时做出反应，在最短时间内将线路上因感应雷产生的大量浪涌电流释放到地网，使设备各点之间电位差大致不变，从而达到保护电气设备的目的。针对感应雷瞬时能量较大的特点，根据IEC国际标准对能量逐级吸收的理论，需要做多级防护，应在供电线路的各部位(防雷区交接处)逐级安装电涌保护器，以消除雷击过电压。

对于沿直流输入线侵入的感应雷，在光伏电池方阵的各级直流汇流箱内，分别在正极对地、负极对地间安装电涌保护器；在逆变器直流输入端的正极对地、负极对地、正极对负极之间安装电涌保护器，实现共模和差模保护；

电站交流侧雷击感应过电流均采用避雷器的方式进行分流，在电站10kV出线侧均装设氧化锌避雷器。

（4）等电位连接：

等电位连接的目的，在于减少需要防雷的空间内各金属部件和各系统之间的电位差。穿过各防雷区交界的金属部件和系统，以及在一个防雷区内部的金属部件和系统，都应在防雷区交界处做等电位连接；应采用等电位连接线、扁钢和螺栓紧固的线夹做等电位连接。

四、监控系统设计

1　对大型并网光伏发电系统而言，需要设置必要的数据监控系统，对光伏发电系统的设备运行状况、实时气象数据进行监测与控制，确保光伏电站在有效而便捷的监控下稳定可靠的运行。同时，还应对光伏发电设备系统的运行参数、状态及历史气象数据进行在线分析研究，不但确保日常维护简易、高效和低成本，还可对未来的系统发电能力进行预测、预报。

2　本监控系统的监控范围包括光伏电池方阵、并网逆变器、升压站及站用电等电气系统的监控，其主要监测参数包括：直流配电柜输入电流、逆变器进出口的电压、电流、功率、频率、逆变器机内温度、逆变器运行状态及内部参数、发电量、环境温度、风速、风向及辐照强度，以及0.4/10kV升压变电及站用电气系统的各种参数等，并实现对0.4/10kV升压变电及站用电气系统的常规控制、保护和报警等。

3　监控

1）监控水平：

（1）本光伏电站监控采用集中控制方式，采用计算机网络监控系统（NCS）、微机保护自动化装置和就地检测仪表等设备来实现全站机电设备的数据采集与监视、控制、保护、测量、远动等全部功能，实现少人值班。

（2）设置在站区综合楼内的领导及工程师客户机可通过网络监视并网光伏电站的重要运行参数。计算机监控系统还可实现与地调的遥测、遥信、遥调等功能，并可将光伏电站的运行参数上传到地调的远方监控计算机实现远方监控。光伏电站计算机监控系统的网络结构详见全站监控系统规划图。 

（3）为了防止通讯线路出现故障或其他原因，导致主控室监控装置无法获取各分站每台逆变器的运行状态和工作数据，拟在每个逆变升压配电室内配置1套就地监控装置。该系统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，获取所有并网逆变器的运行状态和工作数据。

（4）整个光伏电站内设一个主控制室，主控制室布置在升压站区域的10kV配电室的建筑内。在主控室内的运行人员以大屏幕、操作员站LCD为主要监控手段，完成整个光伏发电系统（包括升压站）的运行监控。主控室还设有工业电视监视墙，墙上布置大屏幕、闭路电视监视屏、火灾报警控制盘等。

（5）在升压站及各逆变器房内拟设置一套火灾报警系统，火灾报警机柜布置在主控制室内。

2）太阳能光伏发电系统的监控

逆变器系统采用监测系统监测并网发电系统的运行状况，利用工控机采集数据，连续24小时不间断地监测和记录所有并网逆变器的运行数据和故障数据， 主要监测功能有：

⑴监测光伏电站的运行参数——光伏电站的当前发电总功率、日总发电量累计、月总发量累计、年总发电量累计、总发电量累计，以及累计CO2总减排量；

⑵监测环境参数——室内和室外温度、风向、风速和日照辐射的辐照量；

⑶监测每台并网逆变器的运行参数，主要包括：

A、直流电压

B、直流电流

C、直流功率

D、交流电压

E、交流电流

F、逆变器机内温度

G、时钟

H、频率

I、功率因数

J、当前发电功率

K、日发电量

L、累计发电量

M、累计CO2减排量

N、每天发电功率曲线图

⑷所有并网逆变器的故障报警及故障信息记录，包括：

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、直流电压过低；

G、逆变器过载；

H、逆变器过热；

I、逆变器短路；

J、散热器过热；

K、逆变器孤岛；

L、DSP故障；

M、通讯失败；

⑸本方案只提供到监控主机提供对外的数据接口，用户可通过有线或者Internet远程方式访问，异地实时查看光伏电站并网发电系统的实时数据、历史数据以及故障信息。

光伏逆变监测系统可通过大屏幕显示，监测画面如下图所示：

图---光伏电站并网发电主页

图3-8某台逆变器运行信息显示

图--- 光伏电站节能减排值显示

4　闭路电视系统

本工程拟在升压站、光伏方阵、逆变器场地等重要部位设置闭路电视监视点，根据不同监视对象的范围或特点选用定焦或变焦监视镜头。各闭路电视监视点的视频信号通过图像宽带网，将视频信号处理、分配、传送至主控室内的监视器终端，并联网组成一个统一的覆盖本工程范围的闭路电视监视系统。本工程拟设40个闭路电视监视点。

5　火灾报警系统

本工程拟在10kV升压站区域及各逆变器室设置一套小型火灾报警系统，包括探测装置（点式或缆式探测器、手动报警器）、集中报警装置、电源装置和联动信号装置等。其集中报警装置布置在升压站主控制室内，探测点直接汇接至集中报警装置上。

在10kV升压站区域内设备和房间及各逆变器室发生火警后，在集中报警装置上立即发出声光信号，并记录下火警地址和时间，经确认后可人工启动相应的消防设施组织灭火。拟采用联动控制方式对区域内主控室、配电室的通风机、空调等进行联动控制，并监控其反馈信号。本工程的火灾探测报警系统与灭火设施设置如下表3-4所示：

表3-4 火灾探测报警系统与灭火设施设置