100KW分布式光伏电站方案与对策
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100KWp光伏并网发电系统
技术方案
目录
一、总体设计方案 (2)
二、系统组成 (3)
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 LCD液晶显示及菜单简介 (6)
4.1.5并网逆变器图片 (16)
4.2光伏电池组件 (17)
4.3光伏阵列防雷汇流箱 (17)
4.4交直流防雷配电柜 (18)
4.5系统接入电网 (19)
4.6系统监控装置 (19)
4.7环境监测仪 (22)
4.8系统防雷接地装置 (22)
五、系统主要设备配置清单 (23)
六、系统电气原理框图 (25)
一、总体设计方案
针对100KWp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，元，通过1台SG1OOK3（100KW）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并网逆变器的MPPT工作电压范围（450V～820V），每个电池串列按照16块电池组件串联进行设计，100KW的并网单元需配置35个电池串列，共560块电池组件,其功率为100.8KWp。
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100KWp的并网系统需配置6台汇流箱。
并网发电系统配置1台交直流防雷配电柜，该配电柜包含了直流防雷配电单元和交流防雷配电单元。其中：直流防雷配电单元是将6台汇流箱进行配电汇流，接入SG100K3逆变器；交流防雷配电单元提供一台SG100K3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，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。
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）交直流防雷配电柜；
（4）光伏并网逆变器（带工频隔离变压器）；
（5）系统的通讯监控装置；
（6）系统的防雷及接地装置；
（7）土建、配电房等基础设施；
（8）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 19964-2005 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100KW并网发电单元，每个100KW并网发电单元配置1台型号为SG100K3并网逆变器，整个系统配置1台SG100K3并网逆变器，组成100KWp 并网发电系统。
4.1.1性能特点简介
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，整机最大效率可达96.2%；
（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）SG100K3并网逆变器具有CE、TUV认证证书。
4.1.2电路结构
SG100K3并网逆变器主电路拓扑结构
如上图所示，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 LCD液晶显示及菜单简介
SG100K3光伏并网逆变电源智能化程度高，每天自动启停工作，无需人为控制。在逆变电源的最上端有3个主要状态显示LED灯，LCD面板上有5个LED灯和6个按键（如下图所示），通过这些指示灯和按键可知道逆变电源的工作状态并对逆变器进行控制。
逆变电源采用LCD液晶显示（如下图所示），为了更好进行人机界面交互操作，面板上设置了6个按键，5个运行指示灯。
（1）按键操作介绍
按键的功能，如下表所示：
注：按任一键，液晶的背光灯亮持续2分钟。
（2）LED指示灯说明
在LCD面板的上方有POWER,RUN,FAULT 3个状态指示灯，在下方有1个STOP紧急停机按钮，3个指示灯的含义与LCD面板上的指示灯含义相同，STOP为紧急停机按钮，当用户需要紧急停机时按下此按钮，效果如同在LCD操作下关机，系统自动停机，此时STOP灯亮。
（3）液晶显示界面介绍
47.300KW 时钟调整设置：2400
SG100K-3
000.0V [ ]
B C
说明：显示产品公司名称、产品名称。
●主界面
?说明：显示当前的直流输入电流和电压、三相交流输出电流和电压、交流输出功率、
运行状态、当前运行时间。
●主菜单界面
?说明：为了了解并网逆变电源的详细信息以及对其进行控制和运行参数设置，特设
计此菜单。其包括：参数信息、故障信息、启停控制、参数设置。通过▼键进行选择。
●运行信息子界面
?说明：在主菜单界面中当箭头指向“参数信息”并按ENTER键后，可得到详细的参数
信息。其包括：输出功率、交流电压、交流电流、电网频率、阵列电压、阵列电流、机内温度和较少二氧化碳排放量等信息。
?运行信息还包括日输出功率曲线图：直坐标是当天的时间，纵坐标是输出功率占总
功率100KW的百分比。
?日发电量柱状图: 直坐标是当天的时间，纵坐标是输出能量占总100KWH的百分比。
●故障信息子界面
?说明：在主菜单界面中当箭头指向“故障信息”并按ENTER键后，可进入此界面。其
包括：当前故障信息和历史故障信息。
有如下的故障：直流过压、直流欠压、直流过流、交流过压、交流欠压、交流过流、频率异常、孤岛效应、温度异常、DSP异常、接地异常、模块异常、通讯异常。
?系统保留最近的20条故障的名称和时间。
●启停控制子界面
?说明：在主菜单界面中当箭头指向“启停控制”并按ENTER键后，可进入此界面。其
包括：开机和关机控制。通过ENTER键进行开关机。
●参数密码确认界面
?说明：为防止非用户对并网逆变器的参数进行修改，参数设置需通过密码认证。默
认的密码为：1111。
●参数设置调整界面
?说明：在参数设置密码确认屏中输入正确密码后并按ENTER键即可进入此界面。其包
括：语言设置、时钟调整、发电量补偿、恢复出厂值。
●语言设置界面
?说明：通过此界面设置可以进行中英文和西班牙文的切换显示。
●时间调整界面
?说明：时钟显示与当前时间不一致时，通过按键调整时间从而与当前时间一致。
●发电量补偿界面
?说明：发电量补偿用来补偿，显示的总发电量与专用电表不一致的部分，通过▼键
可选择＋或－补偿量。此界面按ENTER键后会显示“补偿完毕！”。
●恢复出厂值界面
?说明：恢复出厂值用来清空历史故障记录和发电量记录。需输入密码，默认值为1111。
●串口调整界面
说明：通过此界面来设置占号和波特率。
●校正参数设置屏
说明：当实际测量参数与液晶显示参数不一致时，需要在此屏进行调整，用户可以将真实测量值输入，供内部校正系数用。
●保护参数设置屏
说明：此软件版本暂无保护参数设置。
●密码错误提示屏
说明：当用户输入错误密码时此界面会出现。 设置完毕提示屏
说明：当用户设置完毕后此界面会出现。
4.1.5并网逆变器图片
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。
SG100K3并网逆变器的直流工作电压范围为：450Vdc～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100KWp并网系统需配置560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100KW并网单元配置6台汇流箱，整个100KWp并网系统需配置6台光伏阵列防雷汇流箱。
4.4交直流防雷配电柜
交直流防雷配电柜包含直流防雷配电单元和交流防雷配电单元，其中，直流防雷配电单元按照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；交流防雷配电提供1路SG100K3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。
交直流防雷配电柜的电气原理接线图如下图所示：
4.5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），使用独立的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（独立的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
4.6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。