1、第一节 光伏并网发电系统的设计 一、光伏并网发电应考虑的问题 （1）总体设计。（2）大型光伏电站与高压电网并网接入系统和保护装置。（3）抗风沙、自洁能力强、抗紫外、抗老化、耐高低温的光伏组件。（4）三相光伏并网逆变系统中的电网不平衡问题以及对抗策略。（5）多机并联方式实现大型光伏并网逆变系统的控制调度策略、MPPT寻优算法。（6）电网闪变及波动对并网逆变器的影响和对抗策略。（7）多台逆变器同时并网的互相影响及对抗策略。（8）大型光伏电站中心参数监测计量及监控体系。（9）大型光伏电站中多台并网逆变器同时运行情况下的反孤岛效应问题，并研究可靠的控制策略抵制孤岛效应。（10）太阳电池和单、双轴跟踪式
2、平板光伏阵列。（11）成本分析和电价测算2022-7-211第一节 光伏并网发电系统的设计 4.施工图设计 （1）设备接线图。（2）设备位置图。（3）系统走线图。（4）线缆选型。（5）设备细化选型。（6）防雷设计。（7）配电设计。（8）基础设计。（9）支架强度计算。（10）支架部件、装配详图。（11）系统效率计算。2022-7-212第二节 影响光伏并网发电效率的因素一、自然因素1.太阳几何因素（1）太阳时。（2）太阳高度角。（3）太阳方位角。（4）太阳赤纬角。（5）日出与日落时角。（6）日照时角。（7）太阳光谱。（8）基准光。（9）地球表层大气外界上空的垂直太阳辐射强度。（10）太阳辐射量等
3、。2.地理纬度3.海拔高度4.地形因素倾斜面上太阳光线入射角受坡度、坡向、纬度、赤纬角和时角的控制 i太阳光线入射角；赤纬角；地理纬度；地形坡度；坡向；时角。)cossincoscos(sinsincosi)cossinsincos(coscoscossinsinsincos2022-7-213第二节 影响光伏并网发电效率的因素5.大气质量6.大气透明度不同太阳高度时的大气质量太阳高度角h906030105310大气质量m11.1525.6 10.4 15.42735.41cscsinzmhh当h在3090时地面上一点的大气质量hz太阳天顶角h太阳高度角2022-7-214第二节 影响光伏并网
4、发电效率的因素二、阴影问题2022-7-215第二节 影响光伏并网发电效率的因素2022-7-216第二节 影响光伏并网发电效率的因素2022-7-217第二节 影响光伏并网发电效率的因素三、积灰1.积灰遮挡效应2022-7-218第二节 影响光伏并网发电效率的因素2.温度效应2022-7-219第二节 影响光伏并网发电效率的因素3.腐蚀效应2022-7-2110第二节 影响光伏并网发电效率的因素四、热斑效应2022-7-2111第二节 影响光伏并网发电效率的因素2022-7-2112第二节 影响光伏并网发电效率的因素五、设备因素2022-7-2113第三节 小型光伏并网系统设计一、小型光伏电
5、站1.根据国际能源机构（IEA）分类小规模光伏电站的容量在100kW以下。2.根据接入电压分类接入电压等级为0.4kV低压电网为小型光伏电站。小型光伏电站的装机容量一般不超过200kWp。二、10kW光伏并网系统设计1.设计总则（1）光伏系统的并网点选择低压配电柜。（2）并网逆变器的直流输入端加装直流配电箱。（3）并网逆变器采用三相四线制的输出方式。2.电池组件及方阵支架的设计光伏电池组件的主要技术参数序号参数数值1输出峰值功率120Wp2峰值电压17V3峰值电流7.05A4开路电压22V5短路电流7.5A6外形尺寸1447mm663mm18块串联成1路，共5路。W10800W518120光伏
6、电池方阵的主要技术参数序号参数数值1工作电压306V2开路电压396V3工作电流35A4短路电流37.5A5转换效率14%6工作温度-40902022-7-2114第三节 小型光伏并网系统设计3.并网逆变器并网逆变器技术参数序号参数数值1额定容量10kW2直流额定电压300V3直流额定电流37A4直流电压输入范围160V480V5交流输出功率因数0.996频率50Hz7三相交流电压AC220V8输出电流失真度THD5，各次THD39逆变器效率90%4.配电室设计将并网发电系统逆变器放在并网点的低压配电室内，否则要单独建一座46m2的低压配电室。5.并网发电系统的防雷（1）挖2m深的地线坑，采用
7、40mm扁钢，引出线采用35mm2铜芯电缆，接地电阻应小于4。（2）在配电室附近建一个接闪杆，高15m，并单独做一地线，方法同上。（3）方阵电缆进入配电室的电压为DC220V，采用PVC管地埋，加浪涌保护器保护。方阵的支架应保证良好的接地。（4）并网逆变器交流输出线采用防雷箱一级保护（并网逆变器内有交流输出浪涌保护器）。2022-7-2115第三节 小型光伏并网系统设计6.并网发电系统配置表序号名称规格 单位 数量备注1太阳电池组件120W块90 2支架线缆 套5 3并网逆变器10kW台1并网型三相四线4接线箱 台1 5接闪杆及接地设备 套1接闪杆高要求15m6配电室 m24-6 如有配电室则
8、不考虑7.10kW并网发电系统光电场配套图样2022-7-2116第四节 大型光伏并网系统设计一、大型光伏电站大型规模光伏电站的容量在110MWp范围内。接入电压等级为66kV以上电网的光伏电站为大型光伏电站。二、10MWp光伏并网发电系统1.总体方案对于10MWp的太阳能光伏并网发电系统，采用分块发电、集中并网方案，将系统分成10个1MWp的光伏并网发电单元，分别经过0.4/35kV变压配电装置并入电网，最终实现将整个光伏并网系统接入35kV中压交流电网进行并网发电的方案。按照10个1MWp的光伏并网发电单元进行设计，并且每个1MW发电单元采用4台250kW并网逆变器的方案。2022-7-2
9、117第四节 大型光伏并网系统设计2.光伏电池阵列设计指标参数峰值功率（Wp）165短路电流（Isc）7.820.2开路电压（Voc）290.5峰值电压（Vmp）23.50.5峰值电流（Imp）7.020.2额定工作温度（）432抗风力或表面压力2400Pa，130km/h绝缘强度DC3500V，1min，漏电电流50mA冲击强度227g钢球1m自由落体，表面无损外形尺寸（mm）131699246重量（kg）15.002022-7-2118第四节 大型光伏并网系统设计（2）安装倾角40。（3）串并联方案。250kW并网逆变器的直流工作电压范围为DC450880V，最佳直流电压工作点为DC560
10、V。串联组件数量考虑温度变化系数，取光伏电池组件18块串联，单列串联功率为单台250kW逆变器需要配置光伏电池组件并联的数量块块24)5.05.23560(SN1MWp太阳能光伏电伏阵列单元设计为340列支路并联，共计6120块光伏电池组件，实际功率达到1009.8kWp。整个10MWp系统所需165Wp电池组件的数量实际功率达到10.098MWp。光伏并网发电系统需要165Wp的多晶硅光伏电池组件61200块，18块串联，3400列支路并联的阵列。Wp2970Wp16518P列列852970250000PN块612006120101M2022-7-2119第四节 大型光伏并网系统设计（4）太
11、阳能光伏阵列的布置1）光伏电池组件阵列间距设计。为了避免阵列之间遮阴，光伏电池组件阵列间距应不小于D。当地地理纬度（在北半球为正，南半球为负）；H阵列前排最高点与后排组件最低位置的高度差。根据上式计算，求得=5025mm。取光伏电池组件前后排阵列间距5.5m。2）太阳能光伏组件阵列单列排列。)0.399sin-648cosarcsin(0.tan707.0HD 2022-7-2120第四节 大型光伏并网系统设计3）10MWp太阳能光伏组件阵列布置2022-7-2121第四节 大型光伏并网系统设计4）总占地面积计算10MWp太阳能光发电站由1700个单列太阳能光伏阵列构成，前后排阵列间距5.5m
12、。占地面积=935472m244.13万m25）方阵支架基础。方阵支架基础采用C25钢筋混凝土现浇，预埋安装地脚螺栓。总计5100个基础，单体基础为0.256m3。3.光伏防雷汇流箱设计（1）技术要求。光伏阵列防雷汇流箱满足以下要求：1）满足室外安装的使用要求。2）同时可接入6路太阳电池串列。3）接入最大光伏串列的开路电压值可达DC900V。4）熔断器的耐压值不小于DC1000V。5）每路光伏串列具有二极管防反保护功能。6）配有光伏专用高压浪涌保护器，正极负极都具备防雷功能。7）采用正负极分别串联的四极断路器提高直流耐压值，可承受的直流电压值不小于DC1000V。2022-7-2122第四节
13、大型光伏并网系统设计（2）配置。每6个太阳电池串列单元需要配备1台光伏方阵防雷汇流箱，250kW并网逆变器需要配置10个汇流箱，10MWp光伏并网发电系统共需配置400台光伏方阵防雷汇流箱。（3）接线（4）布置2022-7-2123第四节 大型光伏并网系统设计4.直流配电柜每台直流配电柜按照250kWp的直流配电单元进行设计，1MWp光伏并网单元需要4台直流配电柜。每个直流配电单元可接入10路光 伏 方 阵 防 雷 汇 流 箱，10MWp光伏并网系统共需配置40台直流配电柜。每台直流 配 电 柜 分 别 接 入 1 台250kW逆变器。2022-7-2124第四节 大型光伏并网系统设计5.并网
14、逆变器6.交流防雷配电柜2个250kWp的并网单元配置1台交流防雷配电柜及计量装置，系统共需配置20台交流防雷配电柜。7.交流升压变压器采用35kV电压并网。选用5台0.4/（3538.5）kV、额定容量为2500kVA的升压变压器分支路升压。容量250kW隔离方式工频变压器最大太阳电池阵列功率275kWp最大阵列开路电压900Vdc太阳电池最大功率点跟踪（MPPT）范围DC450880V最大阵列输入电流560AMPPT精度99额定交流输出功率250kW总电流波形畸变率0.99效率94%允许电网电压范围（三相）AC320440V允许电网频率范围4751.5Hz夜间自耗电50W保护功能 极性反接
15、保护、短路保护、孤岛效应保护、过热保护、过载保护、接地保护、欠电压及过电压保护等通信接口（选配）RS485或以太网使用环境温度2040使用环境湿度095%尺寸（深宽高）mm800mm1200mm2260mm噪声50dB防护等级IP20（室内）电网监控 按照UL1741标准电磁兼容性 EN 50081-1:1992，；EN 50082-1：电网干扰 EN 61000-3-42022-7-2125第四节 大型光伏并网系统设计8.系统构成9.35kV接入电网2022-7-2126第四节 大型光伏并网系统设计10.输电线路（1）线路设计。并网逆变器后经0.4kV电缆线路送至0.4kV低压柜至升压变压器
16、，就地升压后经35kV电缆线路送至环网柜，由环网柜汇集后输送到35kV输电线路上，通过35kV输电线路送到变电站35kV侧母线，再经变电站主变升压后送入电网。电缆线路敷设方式采用直埋方式。（2）截面积选择1）低压电缆选择。子系统采用4并1方式，即4个250kW，出口电压为400V的太阳电池方阵逆变器，并入一台升压变压器。每个方阵额定电流达到约380A，电缆选择YJV-0.6/1kV-3240+1120mm2，每个子系统需要4回路电缆。2）35kV高压电缆选择。每台变压器35kV侧环网柜之间的联络电缆及与变压器之间的连接电缆采用YJV22-26/35kV-350mm2。站内电缆汇集后，采用YJV
17、22-26/35kV-370mm2电缆送入变电站内。2022-7-2127第四节 大型光伏并网系统设计11.变电系统（1）变压器容量。每4个250kW方阵发电额定容量为1000kW，选择1250kVA变压器。（2）35kV环网柜。采用35kV环网柜。柜内采用真空负荷开关及熔断器，并配有接闪器。（3）400V开关柜。采用抽屉式开关柜，每台变压器低压侧配置一面馈线柜，一面进线柜。每面馈线柜可接4台250kW并网逆变器，并配有电流表。每面进线柜通过母线桥与变压器400V侧连接，并配有电流、电压及电能表。可以检测400V母线及并网逆变器的运行情况。（4）无功补偿。站内设SVG无功补偿装置。（5）电能计
18、量。计量点设在变电站35kV开关柜侧，同时在光伏电站的每台变压器的0.4kV侧装设一块多功能数字式电能表。2022-7-2128第四节 大型光伏并网系统设计12.35kV系统保护（1）35/0.4kV配电变压器保护。35/0.4kV配电变压器保护采用负荷开关加高遮断容量后备式限流熔断器组合的保护配置。变压器馈线间隔还增加高遮断容量后备式限流熔断器来提供保护。（2）高遮断容量后备式限流熔断器选择。熔断器作为线路保护、并网逆变器以及整个光伏并网系统的保护使用，并通过选择合适的熔断器曲线，实现上级熔断器与下级熔断器及熔断器与变电站保护之间的配合。（3）中压防雷保护单元。选用复合式过电压保护器，可有效
19、限制大气过电压及各种真空断路器引起的操作过电压，对相间和相对地的过电压均能起到可靠的限制作用。2022-7-2129第四节 大型光伏并网系统设计13.0.4kV配电保护装置以250kWp单元为例，250kWp太阳电池组件方阵配备一台250kW并网逆变器，逆变器的输出接到汇流总线，通过汇流总线接到35kV/1250kVA升压电力变压器的低压侧。2022-7-2130第四节 大型光伏并网系统设计14.升压变压器10kV非晶合金干式电力变压器容量及性能参数额定容量（kVA）额定电压（kV）联结组别空载电流（%）损耗（w）阻抗电压（%）外形尺寸（mm）高压（kV）低压（kV）空载负载长宽高125020
20、22.50.4Dyn0.262013200623601350169515.电能计量光伏发电设备的计量点通常设在光伏并网逆变器的并网侧，该电能表是一块多功能数字式电能表。2022-7-2131第四节 大型光伏并网系统设计16.监控装置光伏发电监控系统由监控设备（如光伏并网逆变器、汇流箱、光照强度传感器、温度传感器、电池检测器等）、本地触摸屏、远程监控中心等组成。采集模块带RS485接口，采用Modbus RTU协议。2022-7-2132第四节 大型光伏并网系统设计17.环境监测装置配置一套环境监测仪，实时监测日照强度、风速、风向、温度等参数。该装置由风速传感器、风向传感器、日照辐射表、测温探头
21、、控制盒及支架组成。可测量环境温度、风速、风向和辐射强度等参量，其通信接口可接入并网监控装置的监测系统，实时记录环境数据。18.防护围栏采用砖围墙与铁栅栏相结合的方式，总高为2.5m。围墙基础采用平毛石砌筑，砖砌围墙宽为0.24m，高为0.5m，以上为铁栅栏2m高，铁栅栏围墙每隔4.5m固定镀锌钢管立柱，钢管立柱之间为10号镀锌钢丝网，网孔为100mm100mm。光伏方阵与四周围墙距离为6m。围墙南北中部各设钢管栅栏门一个。光电场周围围栏总长度为（935+472）2m=2814m2022-7-2133第四节 大型光伏并网系统设计19.光伏电站配电室光伏电站配电室采用轻钢及彩钢夹芯板围护结构，建筑面积约为100m。20.系统防雷接地装置（1）挖12m深的地线坑，采用40mm扁钢，添加降阻剂并引出地线，引出线采用35mm2铜芯电缆，接地电阻应小于4。（2）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，汇流箱内含高压浪涌保护器保护装置，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：每台逆变器的交流输出经交流防雷柜（内含防雷保护装置）接入电网，可有效地避免雷击和电网浪涌导致设备的损坏，所有的机柜都要有良好的接地。2022-7-2134
