1MW光伏并網(wǎng)發(fā)電站工程設(shè)計(jì)和研究

郭楊+陸文俊

摘 要：本研究針對1MW的光伏并網(wǎng)發(fā)電站工程，采用分塊發(fā)電、集中并網(wǎng)的發(fā)電方式。并結(jié)合工程實(shí)例，對該工程總光伏組件、并網(wǎng)逆變器、匯流箱等電氣組件的性能和設(shè)計(jì)參數(shù)，以及設(shè)備選型進(jìn)行了研究分析。

關(guān)鍵詞：光伏并網(wǎng)發(fā)電站；研究；設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.181

1 引言

近年來，我國面臨能源嚴(yán)重缺乏的嚴(yán)峻形勢。國家對于新能源的開發(fā)越來越重視。光伏發(fā)電是新能源利用的一個(gè)重要途徑，在我國獲得了飛速的進(jìn)展。有數(shù)據(jù)顯示，2013年，我國就已一躍成為世界最大光伏裝機(jī)容量市場[1]。

經(jīng)過100多年的發(fā)展，光伏發(fā)電系統(tǒng)在生產(chǎn)工藝技術(shù)上得到了飛躍的發(fā)展。當(dāng)前，我國太陽能電池多采用多晶硅電池組件。本研究以山東某地1MW光伏并網(wǎng)發(fā)電站建設(shè)項(xiàng)目為研究對象，設(shè)計(jì)了該項(xiàng)目的光伏發(fā)電系統(tǒng)，以及接入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的方案。

2 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)

（1）光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本研究以山東某地的光伏并網(wǎng)發(fā)電站工程為例。該光伏發(fā)電站的裝機(jī)容量為1MW。設(shè)計(jì)采用分塊發(fā)電、集中并網(wǎng)的發(fā)電方式，將整個(gè)光伏陣列分為4個(gè)發(fā)電單元。每個(gè)單元的裝機(jī)容量為250KW。之后將光伏陣列所產(chǎn)電能接入0.4KV低壓配電柜，該配電柜設(shè)置于新建的10KV變電站中。對所產(chǎn)電能使用變壓器升壓裝置進(jìn)行升壓后接入當(dāng)?shù)?0KV中壓交流電網(wǎng)。該光伏并網(wǎng)發(fā)電站工程還配置了1套監(jiān)控裝置。監(jiān)控裝置的作用是用來對發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行情況和參數(shù)的監(jiān)控。1）光伏陣列。光伏陣列的效率與太陽輻照強(qiáng)度有關(guān)，也與光伏組件排列方陣的方式也有關(guān)。本研究中光伏發(fā)電工程采用的是江蘇林洋新能源科技有限公司生產(chǎn)的LYGF-Ca250P型號(hào)的250WP多晶硅雙玻光伏組件，裝機(jī)1MW共需要4000塊。該250WP組件在開路的狀態(tài)下其端電壓可達(dá)37.20V，短路電流為8.84A。正常運(yùn)行時(shí)電壓為30.06V，其工作電流可達(dá)8.32A，將該光伏發(fā)電站的光伏陣列分4個(gè)250KW的單元，每個(gè)單元包含1000塊組件。以20塊250WP光伏組件為一個(gè)子串列，每個(gè)單元共需設(shè)置50串。2）并網(wǎng)逆變器。該光伏并網(wǎng)發(fā)電工程對整個(gè)發(fā)電站配備了4臺(tái)SG250K3并網(wǎng)逆變器。其中，每個(gè)發(fā)電單元配備1臺(tái)。該并網(wǎng)逆變器的額定功率為250KW，效率為97.3%。該并網(wǎng)逆變器可在450Vdc～880Vdc的輸入電壓之內(nèi)進(jìn)行正常運(yùn)行。其最大開路電壓和輸入電流分別為900V和600A。同時(shí)，SG250K3并網(wǎng)逆變器還具備防孤島效應(yīng)、對過載過熱進(jìn)行防護(hù)等功能。（2）太陽能電池組件設(shè)計(jì)。在大型光伏電站中，常選用較大功率的電池組件。本研究中選用的是LYGF-Ca250P型號(hào)的250WP多晶硅雙玻光伏組件，其工作電壓為30.06V。而該光伏組件的開路電壓為37.20V。根據(jù)本工程所選的逆變器參數(shù)，其可正常運(yùn)行的輸入電壓在450Vdc～880Vdc之間。而它的最大的開路電壓是900V?？梢杂?jì)算如下：

450÷30.06=14.97 880÷30.06=29.27

因此，每個(gè)光伏陣列可選用15-29塊電池組件進(jìn)行串聯(lián)。本工程選擇20個(gè)電池組件進(jìn)行串聯(lián)。每個(gè)光伏陣列的正常運(yùn)行時(shí)的電壓是20×30.06=601.2V，開路電壓是744V，處于本工程所選的逆變器的正常工作電壓范圍內(nèi)。整個(gè)光伏并網(wǎng)發(fā)電站需配置4000塊250Wp的電池組件。每50個(gè)子串列組成的發(fā)電單元各包含有1000塊的電池組件。4個(gè)發(fā)電單元組成一個(gè)完整的光伏陣列。每個(gè)發(fā)電單元以20塊組件為一個(gè)子串列，共有50串子串列。（3）匯流箱的設(shè)計(jì)。為減少光伏陣列和并網(wǎng)逆變器之間連線的數(shù)量，同時(shí)也減少線路間的損耗，便于維護(hù)，在室外設(shè)置光伏陣列防雷匯流箱[2]。本研究設(shè)計(jì)的匯流箱采用特變電工產(chǎn)的防反型TH0810/1000-AD光伏直流匯流箱，該匯流箱最大可接入8路光伏串列，最大單路直流輸入電流可達(dá)15A，最大直流輸入電壓可達(dá)1000V。該工程設(shè)計(jì)每個(gè)匯流箱接入5路電池串，每50串子串列構(gòu)成的并網(wǎng)單元需配置10臺(tái)匯流箱。那么，整個(gè)1MW光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)共需配置40臺(tái)匯流箱。配置了高壓防雷器，可安裝于室外，防護(hù)等級(jí)為IP65。（4）直流防雷配電柜的設(shè)計(jì)。利用光伏陣列防雷匯流箱的匯流作用，對該工程光伏陣列所產(chǎn)的電能第一次匯流。之后接入直流防雷配電柜中進(jìn)行第二次總匯流。該工程設(shè)計(jì)每50串子串列構(gòu)成的并網(wǎng)單元需配置10臺(tái)光伏陣列防雷匯流箱。同時(shí)，每個(gè)直流配電柜可接入5臺(tái)光伏陣列防雷匯流箱，電流經(jīng)直流配電柜匯流后接至LYGF-Ca250P逆變器。那么，整個(gè)光伏并網(wǎng)發(fā)電站共需配置8臺(tái)直流防雷配電柜。（5）交流配電柜的設(shè)計(jì)。本研究的光伏發(fā)電站中，光伏陣列產(chǎn)生的電能被接入并網(wǎng)逆變器中。電能經(jīng)并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換后輸出，經(jīng)線纜接入交流配電柜中。電能經(jīng)交流配電柜輸出接入升壓變壓器的0.4KV側(cè)?？赏ㄟ^配電柜中的交流電網(wǎng)電壓表和輸出電流表，觀察電網(wǎng)電壓和電流的變化。該工程所發(fā)電能經(jīng)并網(wǎng)逆變器后輸出的交流電壓為0.4KV，由變壓器升壓后接入10KV電網(wǎng)中。該光伏并網(wǎng)發(fā)電工程中選用1臺(tái)1500KVA的升壓變壓器對輸入電壓進(jìn)行升壓。該工程所選定的交流柜設(shè)置了交流斷路器。在交流柜的輸出母線上還配備了交流防雷器，以防止在雷雨天氣被損壞。在本工程中設(shè)計(jì)了4個(gè)交流配電柜。

3 系統(tǒng)接入電網(wǎng)設(shè)計(jì)

本方案采用的LYGF-Ca250P型并網(wǎng)逆變器所輸出的電可直接接入三相低壓交流電網(wǎng)。由于該工程需要將所發(fā)的電最終接入10KV電網(wǎng)，所以該光伏并網(wǎng)發(fā)電站配套建設(shè)了1座10KV升壓站。

該工程光伏發(fā)電站配置的4臺(tái)LYGF-Ca250P并網(wǎng)逆變器的交流輸出電流直接接入交流配電柜的0.4KV開關(guān)柜。匯流后由10KV主變進(jìn)行升壓接入10KV開關(guān)柜。最后，將電能接入10KV中壓交流電網(wǎng)，從而最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的并網(wǎng)發(fā)電功能。

4 監(jiān)控系統(tǒng)裝置設(shè)計(jì)

對于該光伏并網(wǎng)發(fā)電站工程，設(shè)計(jì)了一套監(jiān)控系統(tǒng)對整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)主要是由高性能工業(yè)控制的PC機(jī)來實(shí)施。監(jiān)控軟件采用RS485的通訊方式，并連續(xù)不間斷地對于逆變器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，對數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測。

5 結(jié)論

本研究針對1MW的光伏并網(wǎng)發(fā)電站工程，采用分塊發(fā)電、集中并網(wǎng)的發(fā)電方式。該發(fā)電工程選用LYGF-Ca250P的250WP多晶硅雙玻光伏組件，共4000塊；光伏陣列排列形式為20塊×50串；系統(tǒng)設(shè)置4臺(tái)SG250K3并網(wǎng)逆變器；所發(fā)的電最終被接入10KV電網(wǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]馬燕，陳紅. 芻議20MW 光伏發(fā)電系統(tǒng)和電氣一次設(shè)計(jì)[J].華東科技：學(xué)術(shù)版，2016（08）：162，171.

作者簡介：郭楊（1989-），男，江蘇徐州人，?？疲?，主要從事新能源光伏發(fā)電。