太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案.doc

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太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案時(shí)間:2013-07-11 10:22來(lái)源:未知 作者:黃亮 點(diǎn)擊: 次摘 要：以中節(jié)能錫鐵山二期20 MWp并網(wǎng)光伏電站項(xiàng)目為例，分析了目前國(guó)內(nèi)光伏并網(wǎng)發(fā)電項(xiàng)目中的主要設(shè)計(jì)方案，并結(jié)合實(shí)際工程條件、施工條件、可操作性、經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行了研究和比較得出了合理的設(shè)計(jì)方案。 摘 要：以中節(jié)能錫鐵山二期20 MWp并網(wǎng)光伏電站項(xiàng)目為例，分析了目前國(guó)內(nèi)光伏并網(wǎng)發(fā)電項(xiàng)目中的主要設(shè)計(jì)方案，并結(jié)合實(shí)際工程條件、施工條件、可操作性、經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行了研究和比較得出了合理的設(shè)計(jì)方案。關(guān)鍵詞：光伏并網(wǎng)發(fā)電,光伏組件,逆變器,固定支架,跟蹤支架,最佳傾角1光伏并網(wǎng)發(fā)電光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)有了幾十年的歷史，且發(fā)展迅速，目前是一種較為成熟、可靠的技術(shù)，并逐漸從過(guò)去用于獨(dú)立的系統(tǒng)，朝大規(guī)模并網(wǎng)方向發(fā)展。光伏并網(wǎng)發(fā)電標(biāo)志著光伏發(fā)電由邊遠(yuǎn)地區(qū)離網(wǎng)和特殊應(yīng)用向電網(wǎng)電源發(fā)展、由補(bǔ)充能源向替代能源轉(zhuǎn)變、人類(lèi)社會(huì)開(kāi)始建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的能源體系。光伏發(fā)電將在中國(guó)未來(lái)的電力供應(yīng)中扮演重要的角色，預(yù)計(jì)到2020年累計(jì)裝機(jī)將達(dá)到30 GWp;2050年將達(dá)到100 GWp。隨著光伏電池技術(shù)的進(jìn)步，其發(fā)電成本將會(huì)進(jìn)一步降低，并能夠和常規(guī)的化石能源發(fā)電技術(shù)相競(jìng)爭(zhēng)1。2項(xiàng)目背景項(xiàng)目名稱(chēng)：中節(jié)能錫鐵山二期20 MWp并網(wǎng)光伏電站項(xiàng)目。項(xiàng)目建設(shè)工期：2011年7月至2011年9月。項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模為20 MWp，其中18 MWp是固定支架安裝陣列，2 MWp是單軸跟蹤支架陣列。項(xiàng)目地處內(nèi)陸荒漠，高海拔，空氣稀薄，潔凈、透明度好，云雨稀少，日照時(shí)間長(zhǎng)。年平均日照時(shí)數(shù)達(dá)3 100 h以上。當(dāng)?shù)?000年至3主要設(shè)計(jì)方案3.1 多晶硅太陽(yáng)能電池組件3.2 光伏陣列最佳傾角方陣傾角選為37最為合適，使得全年范圍內(nèi)傾斜面上的總輻射量最高，達(dá)2238 kWh/(m2a)。3.3 太陽(yáng)電池方陣間距光伏陣列間距垂直距離應(yīng)不小于D值。使用軟件可以模擬太陽(yáng)照射，在不同陣列間距下產(chǎn)生陰影遮擋的時(shí)間。固定安裝組件排布方式以40塊組件為1個(gè)單元， 組件豎向雙排布置。陣列前后排間距D為8 600 mm。3.4 逆變器逆變器選用單臺(tái)功率為500 kW大功率逆變器。工作方式采用各自獨(dú)立并網(wǎng)。逆變器與輸電網(wǎng)的連接通過(guò)升壓變壓器完成，逆變器自身不帶變壓器，逆變后直接通過(guò)升壓變壓器完成升壓和隔離的功能。逆變器主要功能，采用MPPT技術(shù)，具有極性反接保護(hù)、短路保護(hù)、孤島效應(yīng)保護(hù)、交流過(guò)流及直流過(guò)流保護(hù)、直流母線過(guò)電壓保護(hù)、電網(wǎng)斷電、電網(wǎng)過(guò)欠壓、電網(wǎng)過(guò)欠頻、低電壓穿越等保護(hù)功能。3.5 接線原則光伏組件采用串聯(lián)升壓、并聯(lián)匯流、二級(jí)匯流、就地逆變、就地升壓的接線原則。3.6 匯流箱帶監(jiān)控功能，監(jiān)控各串聯(lián)回路電流，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并檢修和更換。一級(jí)匯流箱主要采用16匯1的形式設(shè)計(jì)。3.7 電氣主接線方案采用國(guó)內(nèi)較先進(jìn)的組陣方案。將固定傾角安裝的多晶硅光伏電池組件按每1 MWp為1個(gè)光伏并網(wǎng)發(fā)電矩陣，每20個(gè)多晶硅光伏電池組件1串，組成1個(gè)小的發(fā)電單元，再按照16進(jìn)1方式和15進(jìn)1方式，分別進(jìn)入75.2 kWp的匯流箱和70.5 kWp的匯流箱，由各個(gè)匯流箱進(jìn)行第一級(jí)回流后，再經(jīng)直流匯流柜，進(jìn)行第二級(jí)集中匯流后，分別由2個(gè)500 kWp的逆變器交流逆變后送入1 250 kVA的箱變低壓側(cè)，經(jīng)箱變升壓至10 kV后，按每5 MWp容量一環(huán)的環(huán)接方式，接至廠內(nèi)10 kV母線段。3.8 高壓開(kāi)關(guān)高壓環(huán)網(wǎng)柜采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)加高遮斷容量后備式限流熔斷器組合的保護(hù)配置。3.9 箱式變壓器采用全密封油浸式分裂變壓器。容量1 250 kVA，型號(hào)S9M-1250/10，1250/625-625 kVA;10.52*2.5%/0.27/0.27 kV，聯(lián)結(jié)組別為D,y11，y11。3.10 電纜電池組串連至匯流箱的直流電纜選用pfG 1169 PV1-F 1x4 mm2光伏專(zhuān)用電纜，正負(fù)極分開(kāi)，單拼敷設(shè);匯流箱至直流配電柜的直流電纜選用YJV22-1.0 2*50型及YJV22-1.0 2*25型，單拼設(shè);逆變器至1250 kVA升壓變壓器的交流電纜選用三芯電纜YJV22-1.0-3*150，6拼敷設(shè)。3.11 光伏陣列防雷接地光伏陣列區(qū)防雷與接地，采用發(fā)電單元外輪廓的鋁合金外框作為防止直擊雷過(guò)電壓保護(hù)接傘器，發(fā)電單元的鋁合金外框與其鋼支架可靠連接后,通過(guò)60X8的熱鍍鋅扁鋼，與地下的主接地網(wǎng)相連，組成1個(gè)立體的防雷體系，此外各個(gè)設(shè)備均與主接地網(wǎng)做到可靠連接。3.12 組件支架基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)固定陣列太陽(yáng)能電池組支架采用鉆孔灌注樁地基處理，樁徑取用300mm。單軸跟蹤太陽(yáng)能電池組支架采用天然地基。固定支架采用前后支墩式全鉸接鋼結(jié)構(gòu)框架，設(shè)置縱向柱間中心支撐和橫梁下部偏心支撐。柱間距1.5 m，縱向間距3.3 m。4主要設(shè)計(jì)方案分析4.1 太陽(yáng)能電池組件分析目前市場(chǎng)占有率和性?xún)r(jià)比較高的是多晶硅太陽(yáng)能電池組件。組件的功率選擇應(yīng)考慮產(chǎn)品成熟功率較大的組件，可以減少組件數(shù)量，使組件間連接點(diǎn)少，故障幾率減少，接觸電阻小，線纜用量少，系統(tǒng)整體損耗也會(huì)降低。4.2 光伏陣列最佳傾角設(shè)計(jì)一般取當(dāng)?shù)鼐暥然虍?dāng)?shù)鼐暥燃由蠋锥茸鰹楫?dāng)?shù)靥?yáng)能電池組件安裝的傾角。當(dāng)然如果采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，可以進(jìn)行太陽(yáng)能電池傾斜角的優(yōu)化計(jì)算，使兩者能夠兼顧就更好，這對(duì)于高緯度地區(qū)尤為重要2。選擇的最佳傾角，應(yīng)使組件傾斜面上收到的全年太陽(yáng)輻射量最大，使光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)全年獲得最大發(fā)電量。4.3光伏陣列間距設(shè)計(jì)光伏陣列前后排之間必須保持一定距離，以免前排陣列擋住后排陣列的陽(yáng)光。因此需要確定前后排方針之間的最小距離本工程地處北半球，最小間距確定原則是，冬至日的正常發(fā)電時(shí)間內(nèi)，后排的陣列不應(yīng)被前排陣列遮擋。4.4逆變器選擇選擇500 kW 級(jí)逆變器并機(jī)方案主要原因是簡(jiǎn)化系統(tǒng)接線，同時(shí)大功率逆變器效率較高，利于降低運(yùn)行損耗、提升光伏電場(chǎng)整體效率。500 kW 級(jí)逆變器，可成對(duì)并機(jī)為1 MW單元，配定制的低壓側(cè)帶分裂繞組的1 MVA箱式變壓器，組成1 MW 光伏逆變升壓?jiǎn)卧?。逆變器MPPT技術(shù)是在光照和溫度等外界條件發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)控制改變太陽(yáng)能電池陣列的輸出電壓或電流的方法使陣列始終工作在最大功率點(diǎn)上，從而保證光伏陣列始終保持最大功率輸出3。大中型光伏電站應(yīng)具備一定的低電壓穿越功能;電力系統(tǒng)發(fā)生不同類(lèi)型故障時(shí)，若光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)考核電壓全部在電壓輪廓線及以上的區(qū)域內(nèi)時(shí)，光伏電站應(yīng)保證不間斷并網(wǎng)運(yùn)行，否則光伏電站停止向電網(wǎng)線路送電4。光伏電站的低電壓穿越能力需要由逆變器實(shí)現(xiàn)。4.5 接線方式分析按照：20個(gè)組件為1個(gè)串聯(lián)回路，16個(gè)串聯(lián)回路并聯(lián)共6路，另15個(gè)串聯(lián)回路并聯(lián)共1路，組件串聯(lián)總數(shù)為111串，陣列容量為521.7 kWp。本工程按1 MWp 光伏陣列進(jìn)行分區(qū)，每個(gè)分區(qū)集中逆變升壓，設(shè)置2臺(tái)500 kW逆變器。每個(gè)分區(qū)按照達(dá)到1 MWp 總功率的最優(yōu)值布置14個(gè)一級(jí)匯流箱。分區(qū)陣列總功率為1.0434 MWp。1 MWp分區(qū)組件安裝總功率的設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮建設(shè)初期投資和不同氣候條件下的實(shí)際發(fā)電功率，并結(jié)合逆變器額定輸出功率和最大輸出功率進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在陰天氣候條件下，1 MWp分區(qū)遠(yuǎn)不能達(dá)到額定功率輸出;而在氣候條件最佳的時(shí)候，滿發(fā)的情況在一年當(dāng)中寥寥無(wú)，即使?jié)M發(fā)時(shí)間也很短暫。如果分區(qū)組件配置數(shù)量過(guò)多必定會(huì)導(dǎo)致建設(shè)初期投資增加，而實(shí)際發(fā)電量總體不會(huì)有顯著增加。4.6 設(shè)備布置分析匯流箱居中布置，逆變器和變壓器居中布置于陣列中間位置以減少電纜的長(zhǎng)度，降低線損。逆變站和箱變須對(duì)其南、北面及左側(cè)的太陽(yáng)電池組件在正常發(fā)電時(shí)間內(nèi)不產(chǎn)生陰影遮擋4.7 發(fā)電量分析發(fā)電量計(jì)算可以利用RETScreen軟件，建立工程信息由軟件自動(dòng)計(jì)算生成。也可以采用理論公式進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)本項(xiàng)目軟件計(jì)算值和理論計(jì)算值對(duì)比，偏差小于0.25%，最終采納軟件計(jì)算值。年上網(wǎng)電量實(shí)際受多方面因素影響，其中的效率計(jì)算要考慮組件的匹配損失、表面塵埃遮擋損失、不可利用的太陽(yáng)輻射損失、溫度影響、電纜傳輸損失、逆變器效率、升壓變壓器的效率等。理論總利用率一般在76%82%。由于多晶硅電池組件25 a后衰減率為20%，取25 a內(nèi)加權(quán)平均值，估算每年衰減率為0.8%?？梢杂?jì)算出25 a的上網(wǎng)電量估算值，得出每年的平均上網(wǎng)電量估算值。4.8 電氣設(shè)備選擇分析電氣設(shè)備應(yīng)滿足所在環(huán)境條件下的正常運(yùn)行，應(yīng)充分考慮到高海拔、高、低溫對(duì)逆變器的影響，滿足連續(xù)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)滿功率發(fā)電。箱變一般采用歐式箱變或美式箱變，美式箱變的優(yōu)點(diǎn)是體積小占地面積小、便于安放價(jià)格比歐式箱變便宜。歐式項(xiàng)目變體積大，可以設(shè)置配電自動(dòng)化，價(jià)格高于美式箱變。由于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的造價(jià)昂貴，在發(fā)生線路故障時(shí)，要求線路切斷時(shí)間短，以保護(hù)設(shè)備。熔斷器的特性要求具有精確的時(shí)間-電流特性;有良好的抗老化能力;達(dá)到熔斷值時(shí)能夠快速熔斷;具有良好的切斷故障電流能力，有效切斷故障電流。根據(jù)以上特性，可以把該熔斷器作為線路保護(hù)，和并網(wǎng)逆變器以及整個(gè)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的保護(hù)使用，并通過(guò)選擇合適的熔絲曲線配合，實(shí)現(xiàn)上級(jí)熔斷器與下級(jí)熔斷器及熔斷器與變電站保護(hù)之間的配合。4.9 光伏陣列防雷接地分析匯流箱的每路輸入配有光伏專(zhuān)用高壓防雷器，具備防雷功能，具有高直流耐壓值，可承受的直流電壓值不小于1 000 Vdc。目前國(guó)內(nèi)光伏電站普遍采用利用光伏電池組件自身鋁合金外框做接閃器，再將接閃器與光伏組件支架可靠連接，最后與主接地網(wǎng)連接組成的立體網(wǎng)防雷保護(hù)。但此種方案不能保證在雷擊生時(shí)，巡檢人員的人身安全，同時(shí)也與光伏組件的自身絕緣有關(guān)。采用避雷針或避雷線雖是目前防治直擊雷過(guò)電壓保護(hù)的成熟方案，但對(duì)于太陽(yáng)能光伏電站而言，由于光伏陣列面積較大，需用避雷針數(shù)量較多，高度較高，在晴好天氣會(huì)對(duì)光伏陣列造成遮擋，影響發(fā)電量;故太陽(yáng)能光伏電站可以將雨天禁止人員進(jìn)入光伏陣列寫(xiě)入運(yùn)行規(guī)程中，以避免發(fā)生雷擊時(shí)對(duì)誤入光伏陣列的人員造成人身傷害。4.10 固定陣列太陽(yáng)能電池組件支架基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)分析目前支架基礎(chǔ)主要有鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)、預(yù)制樁(或小直徑300 mm鉆孔灌注樁)基礎(chǔ)和螺旋樁。支架結(jié)構(gòu)主要有：檁條采用冷彎薄壁卷邊Z型鋼，支撐和橫梁均采用角鋼，并設(shè)置橫向水平支撐維護(hù)上部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性;采用前后支墩式全鉸接鋼結(jié)構(gòu)框架，并在前后柱列分別布置剛性中心支撐，在橫向柱間布置人字型支撐;將橫梁延長(zhǎng)并加高前排支墩，使低端直接支承在支墩上;將縱向柱距拉大，并設(shè)置縱向柱間中心支撐和橫梁下部偏心支撐;以1 MW光伏陣列的支架系統(tǒng)為例，各種方案的經(jīng)濟(jì)比較見(jiàn)表4。結(jié)合本工程的實(shí)際情況，從保護(hù)環(huán)境、可操作性、經(jīng)濟(jì)性、施工難易程度等諸多方面考慮，采用單列柱型式作為光伏組件的支撐體系，鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)。目前也有采用鉆孔灌注樁和螺旋樁兩種方式，這兩種基礎(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)在于避免大面積開(kāi)挖回填等土方工程，施工快捷方便、大幅縮短施工周期，造價(jià)低。但是螺旋樁在單樁承載力、上部支架連接的可靠性和防腐蝕性上存在隱患。5結(jié)語(yǔ)：對(duì)太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案的總結(jié)：a)單晶硅太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率高于多晶硅，但價(jià)格比多晶硅太陽(yáng)能電池高10%左右。隨著單晶硅的技術(shù)發(fā)展和普及，設(shè)計(jì)中可以逐步采用單晶硅太陽(yáng)能電池取代多晶硅太陽(yáng)能電池;b)單軸跟蹤、雙軸跟蹤與固定傾角安裝相比，發(fā)電量可再提高約20%和40%，同時(shí)也產(chǎn)生了跟蹤軸旋轉(zhuǎn)機(jī)械的用電及維護(hù)等需求。而沙塵暴和大風(fēng)天氣會(huì)影響跟蹤軸的正常運(yùn)行，導(dǎo)致機(jī)械故障頻繁。跟蹤方式安裝數(shù)量目前遠(yuǎn)低于固定傾角安裝方式，但隨著跟蹤技術(shù)的發(fā)展和缺陷的完善，設(shè)計(jì)中應(yīng)多采用跟蹤方式;c)設(shè)計(jì)中應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貛r土工程條件、施工難易程度、可操作性、經(jīng)濟(jì)性等，采用鋼結(jié)構(gòu)支架體系和鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)型式;d)在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮以下因素提高發(fā)電量：選用損耗低的箱變、主變、電流互感器、電壓互感器和無(wú)功補(bǔ)償裝置等;優(yōu)化電力線纜敷設(shè)路徑，縮短導(dǎo)線距離，減小功率損耗;逆變器、監(jiān)控系統(tǒng)和跟蹤系統(tǒng)等設(shè)計(jì)正常運(yùn)行采用市電，節(jié)減自用電，提升發(fā)電量。綜合以上分析，光伏并網(wǎng)電站可以充分利用當(dāng)?shù)氐奶?yáng)能資源，改善當(dāng)?shù)氐哪茉唇Y(jié)構(gòu)，減少環(huán)境污染有著良好的社會(huì)效益。在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，選擇高效率低損耗的設(shè)備，更加有效地利用太陽(yáng)能資源，提高發(fā)電量。參考文獻(xiàn)：1 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Q/GDW 617-2011 光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定S.北京:中國(guó)電力出版社,2011.(責(zé)任編輯：admin)