1、并网光伏发电系统工程设计实例实例 1 10 kW 并网光伏发电系统设计太阳能并网光伏发电系统设计的总则是：(1)并网光伏发电系统的配电系统是在原有的基础上增加的，采取尽量不改造原有配电回路的原则。因此，将光伏 发电系统的并网点选择在低压配电柜上。(2)考虑到并网光伏发电系统在安装及使用过程中的安全性及可靠性，在并网逆变器直流输人端加装直流配电接线箱。(3)并网逆变器采用三相四线制输出方式。1.并网光伏发电系统组成10kW 级的并网光伏发电系统采用集中并网方案，通过 1 台 SGLOK3 并网逆变器接 AC380 V/50 Hz 三相交流低 压电网进行并网发电。并网光伏发电系统的主要组成包括：太
2、阳能电池组件及其支架；直流防雷配电柜；光伏并网逆变器( 带工频隔离) ；交流防雷配电柜；系统通信及监控装置；系统发电计量装置；系统防雷接地装置；土建及配电房等基础设施；整个系统的电缆连接线。10 kw 级的并网光伏发电系统的太阳电池子阵列采取经过直流防雷配电柜汇流后输入到光伏并网逆变器，再经过 交流防雷配电柜接入 AC 220 V/50 Hz 三相交流低压电网。另外系统配有通信软件和监控装置， 实时监测系统的运行状 态和工作参数，并存 储相关的历史数据。2.光伏并网逆变器的选择针对 10 kW 的并网光伏发电系统，整个系 统选用型号为 SG10K3 的光伏并网逆变器 1 台。SG10K3 光伏
3、并网逆变器采用美国 T1 公司 32 位专用 DSP(LF2407A)控制芯片，主电路采用智能功率 IPM 模块，运用 电流控制型 PWM 有源逆 变技术和优质高效隔离变压器，实现太阳能电池阵列和 电网之间的相互隔离，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 并网逆变器的主要技术性能特点如下：(1)具有直流输人手动分断开关，交流电网手动分断开关。(2)具有先进的孤岛效应检测方案。(3)具有过载、短路、电网异常等故障保护及告警功能。(4)宽直流输人电压范围(220 450 V)，整机效率高达 93%。(5)人性化的 LCD 液晶界面，通过按键操作，液
4、晶显示屏(LCD)可清晰显示实时信息。(6)逆变器具有完善的监控功能能存储运行数据、实时故障数据、历史故障数据、总发电量数据、历史发电量数据。(7)可提供 RS-485 或 Ethernet（以太网）远程通信接口，其中 RS-485 遵循 Modbus 通信协议；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。SG10K3 并网逆 变器技术参数见表 6-26。SG10K3 并网逆变器技术参数型 号 SG10K3 夜间自耗电 10W隔离方式 工频变压器 保护功能极性反接保护、短路保护、孤岛效应保护、过热保护、直流过载保护、接地保护等最大太阳
5、电池阵列功率 12kW 通信接口 RS-485 或以太网（选配）最大阵列开路电压 450V DC 使用环境温度 -10+40太阳电池最大功率点跟踪（MPPT）范围 220450V DC 使用环境湿度 095%，不结露最大阵列输入电流 50A 噪声 45dBMPPT 精度 99% 尺寸（深宽高） 350mm569mm243mm额定交流输出功率 10kW 防护等级 IP20（室内）总电流波形畸变率 3%（额定功率时） 电网监控 按照 UL1741 标准功率因数 0.99 电磁兼容 EN50081 part1，EN50082 part1最大效率 94% 电磁干扰 EN6-1000-3-4允许电网电压
6、范围（三相） 320440VAC 认证 CE允许电网频率范围 4751.5Hz注：从太阳能电池组件到接线箱、从接线箱到逆变器以及从逆变器到并网交流配电柜的电力电缆应尽可能保持在最短距离，减小线路的压降损失，提高系统的输出能量；减小电缆尺寸以降低成本，同时减轻屋顶负荷并增加其灵活性；由于连接电缆的长度较长，应尽可能按最短距离布置电缆。通常，在进行太阳能光伏电站设计时，需要将直流部分的线路损耗控制在 3%4% 。3.太阳电池阵列的设计根据 10 kW 的并网光伏发电系统安装地点的气象信息，选用的单块太阳能电池组件的主要技术参数如下：功率为 180W：开路电压为 40V：最佳工作 电压为 34V。如
7、采用180W 组件，单 串太阳能电池的太阳能电池组件构成一个串列，串联的组件数量NS=280/348（块），这样单个太阳能 电池阵列的功率 PC=8180 W=1440 W；一台 SG10K3逆变器需要配置太阳电池子串列的数量 NP=10000/14407(组) ，则 10 kW 的太阳电池阵列单元设计为 7 个串列并联，共 计 56 块太阳能电池组件，实际功率达到 10080 W。共需要 56 块 180 W 的太阳能电池组件，组成 7 个太阳能电池阵列。4.直流、交流防雷配电柜设计系统配置 1 台直流防雷配电柜，按照 1 个 10 kW 的直流配电单元进行设计，每个直流配电单元经过直流断路
8、器和防雷器后输入到 SG10K3 的光伏并网逆变器。系统配置 1 台交流防雷配电柜，按照 1 个 10 kW 的交流配电单元进行设计，每台逆变器的交流输出接入交流配电柜， 经交流断路器并入单相交流低 压电网。交流配 电柜配有交流电压表和电流表，可以直 观地显示电网侧电压及电 流，配置 电度表用来计量系统的发电量，并在电网侧配置总 防雷器。5.监控装置系统采用高性能工业控制 PC 作为系统的监控主机，可以连续每天 24 h 不间断对所有的并网逆变器进行运行数据的监测。工控机和所有光伏并网逆变器之间的通信可采用 RS-485 总线 或 Ethemet(以太网) 。并网光伏发电系统的监测软件使用光伏
9、并网系统专用网络版监测软件 SPS-PVNET(Vel2.0)。该软件可连续记录运行数据和故障数据。选用大的液晶电视作为显示输出接口， 这样将具有非常好的显 示效果。实例 2 100 kW 并网光伏发电系统设计1)集中并网光伏发电系统2)屋顶支架系统3)数据采集及监控系统数据采集系统由并网光伏发电系统关键数据采集系统和气象数据采集系统构成，并网光伏发电系统关键数据由集中并网逆变器采集存储，并网光伏发电系统关键数据采集系统主要采集直流侧电压、电 流， 电网各相电压、电流，毎日发电量、总发电量等；气象数据则由专门采集系统进行采集存储，气象数据采集包括倾斜面辐照、水平面 辐照、散射辐照、直接辐射、风
10、向、风速、雨量、环境温度、组件温度等有关数据。两套数据采集系统通过 RS-485 通信可在上位 PC 监控系统显 示存储的数据和信息及系统的工作状态，并可以通 过卫星发射器进行异地远程数据 传输。4)交流升压变压器根据单台逆变器的容量大小，升 压变压器选择如下：SC9-400/101122.5%/0.4 kv；空载损耗 960W；负载损耗(120 )4210W；阻抗电压 4V；空载电流 1.2A；噪声 48dB；外形尺寸( 本体 )为 1320mm760mm1390mm。变压器的技术参数/技术规范： 电压等级 635 kW;容量范围 3010000 kVA；调压方式为无励磁调压或有载调压( 配
11、真空或空气有载开关) ；分接范 围为22.5%(无励磁调压)、 42.5%(有 载调压) 或其他；频率为 50Hz 或 60Hz；相数为三相；连接组别为Yyn0,Dynll,Yd11 或其他；短路阻抗 为标准阻抗或用户要求；使用环境为相对湿度 100%，环境温度不高于 40；温升限 值为 100K；冷却方式为自冷(AN)或风冷(AF)；防护等级为IP00、IP20(户内)、IP23(户外）； 绝缘等级为 F 级；绝缘水平为 10kV 级工频耐压 35 kV、冲击耐压 75 kV,20 kV 级工频耐 压 50 kV、冲击耐压 125 kV,35 kV 级工频耐压 70 kV、冲击耐压 170
12、kV。5)并网接入点的选择对于大型公用建筑 BIPV 系统的建设，常需要考 虑到该建筑的 现有电力设施以及电力负载的实际情况，对于并网接入点数量以及位置的 选择 的基本原则是：(1)对于光伏系统的并网接入方式，其基本原则是首先满足本地负载的需求，在满足本地负载需求之后才将多余的电能输入电网。因 为公用电 网的电力分配和传输是有能量损耗的，目前我国的电网的传输 能量损耗比较大，达到 5%10%。所以对于光伏发电系统所发的电能，基本做法是就地 产生，就地消耗，这样能够提高能源的利用率，减少能源在传输中无谓的损失。(2)保证光伏发电系统所发电的电力分配与负载的实际工作情况相匹配，尽量使得光伏发电系统
13、的发电曲线和负载的需求曲线相一致，最大限度地提高光伏 电能的利用效能；常见的并网光伏发电系统一般选择一个并网点集中并网，但是大型公共建筑通常有比较大的电力供应系统，根据 实际需要可以选择多个并网点，均衡匹配多台供电变压器的负荷，以免集中于单个变压 器时出现逆流。根据使用的逆变器的情况，可以考虑使用4 个或 4 个以上的并网接入点。实例 4 300 kw 并网光伏发电系统设计1.系统组成并网光伏发电系统主要组成如下：太阳能电池组件及其支架；太阳能电池阵列防雷汇流箱；直流防雷配电柜；光伏并网逆变器(带工频隔离变压 器) ；系统的通信监控装置；系统的防雷及接地装置；土建、配 电房等基础设施；系统的连
14、 接电缆及防护材料。2.方案一将系统分成 3 个 100 kw 的并网 发电单元，通过 3 台 SG100K3(100 kw)并网逆变器接入 0.4 kv 交流电网，实现 并网发电功能；系统的太阳能电池组件可选用国产功率为210 W 的多晶硅太阳能电池组件，其工作电压约为 29.6V，开路电压约为 36.5V。根据SG100K3 并网逆 变器的 MPPT 工作电压范围(450820 V)，每个太阳能电池阵列按照20 块太阳能电池组件串联进行设计，300kW 的并网单元需配置 72 个太阳能电池组件，共 1440 块太阳能电池组件，其功率 为 302.4kW。为了减少太阳能 电池组件到逆变器之间
15、的连接线，以及方便维护操作，直流侧采用分段连接，逐级汇流的方式连接，即通过太阳能电池阵列防雷汇流箱(简称“汇流箱”) 将太阳能电池阵列进行汇流。此系 统还要配置直流防雷配电柜，该配电柜包含了直流防雷配电单元。其中，直流防雷配电单元是将汇流箱进行配电汇流，分别接入 3 台 SG100K3 逆变 器；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 RS-485 或 Ethernet（以太网）的通信方式， 实时监测并网发电系统的运行参数和工作状态。方案一并网发电 示意图如图 6-30 所示。1)太阳能电池阵列汇流箱的设计 (PVS-8M)针对总体设计“方案一” 中逆变器和太阳能电池
16、组件的选择，配置型号为 PVS-8M 防雷汇流箱 9 台，其有 8 路直流 输人， 汇流箱的每路均有电流 检测。该汇流箱的接线方式为 8 进 1 出，即把相同规格的 8 路太阳能电池阵列输入经汇 流后输出 1 路直流。 该汇流箱具有以下特点：(1)防护等级 IP65，防水、防灰、防 锈、防晒，能 够满足室外安装使用要求。(2)可同时接入 8 路太阳能电池阵列，每路太阳能电池阵列的允许最大电流 10 A。(3)宽直流电压输入范围，最大接入开路电压可达 1000 V。(4)每路太阳能电池阵列的正负极都配有光伏专用高压直流熔 丝进行保护。(5)汇流箱配有 8 路电流监控装置，对每 1 路太阳能电池阵
17、列进行电流监控，通过RS-485 通信接口上传到上位机监控装置。(6)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防雷器。(7)直流输出母线端配有可分断的直流断路器。汇流箱的电气原理框图如图 6-31 所示。2)直流防雷配电柜的设计(PMD-D300K)太阳能电池阵列汇流箱通过电缆接入到直流防雷配电柜，按照 1 个 300 kw 并网发电单元进行设计，需要配置 1 台直流防雷配电柜 PMD-D300K(300 kw)，主要是将汇流箱输出的直流电缆接入后，经直流断路器和防反二极管 汇流、防雷，再分别接入 3 台SG100K3(100 kw)并网逆变器，以方便操作和维护。 电气原理框
18、图如图 6-32 所示。3)并网逆变器(SG100K3)SG100K3(100 kw)光伏并网逆变器智能化程度高，每天自 动 启停工作，无需人 为控制。采用美国 TI 公司 32 位专用 DSP 控制芯片精确控制并网逆 变器；主电路采用先进的智能功率 IPM 模块，运用电流控制型 PWM 有源逆变技术 和优质高效隔离变压器，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)宽直流输入电压范围，最高可达 1000 V(可选) 。(2)最高转换效率达 97.0%。(3)最大功率点跟踪(MPPT) 效率 99.9%。(4)精确的输出
19、电能计量。(5)具有先进的孤岛效应检测方案及完善的监控功能；完善的保 护功能。(6)模块化设计，方便安装与 维护；适应高海拔应用(6000 m)。(7)人性化的 LCD 人机界面，中英文菜单，可实时显示各项运行数据、故障数据、历史故障数据、总发电量数据和 历史发电量数据。(8)提供 RS-485(标配) 或以太网 (选配) 通信接口。并网逆变器通过三相桥式变换器，将太阳能 电池阵列输出直流 电压变换为高频的三相斩波电压，并通过滤波器滤 波变成正弦波电压输入至三相 变压器隔离升压后并入电网。为了使太阳能电池阵列以最大功率发电，在直流 侧使用了先 进的 MPPT(最大功率点跟踪)算法。SG100
20、K3 技术 指标见表 6-31。SG100 K3 技术指标型 号 SG100K3 型号 SG100K3隔离方式 工 频变压器 夜间自耗电 30W最大太阳能电池阵列功率 110kW 额定电网电压 400 VAC最大阵列开路电压 880 VDC允 许电网电压范围（三相）330450 VAC太阳电池最大功率点跟踪（MPPT）范围480820 VDC 额定电网频率 50 Hz/60Hz最大阵列输入电流 250A 保护功能极性反接保护、短路保 护、孤岛效应保护、过热 保护、 过载保护、接地保护 等最大输入路数 6 通信接口RS-485 标配、以太网（选配）、GRPS（选配）MPPT 精度 99% 使用环
21、境温度 -20+55额定交流输出功率 100kW 使用环境湿度 095%，不结露总电流波形畸变率 3%（额定功率 时） 冷却方式 风冷功率因数 0.99 噪声 60dB最大效率 97.0%（含变压 器） 尺寸（深宽高） 1020mm1964mm770mm欧洲效率 96.7%（含变压 器） 防护等级 IP20（室内）允许电网频率范围 4751.5Hz/57 61.5Hz 重量 900kg3.方案二将系统分为 6 个 50kW 的并网发电单元，通过 6 台 SG50K3（50kW）并网逆变器接入 0.4kW 交流 电网，实现并网 发电功能。4.监控装置5. 接入电网方案本系统采用的三相并网逆变器直接并入三相低压交流电网（AC 380V,50 Hz），使用独立的 N 线和接地线，适应的电网参数见表 6-33。表 6-33 电网参数序 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 AC380/220V3 额定频率 50 Hz4 系统接入方式 中性点直接接地6. 接地及防雷为了保证并网光伏发电系统安全可靠，防止因雷 击、浪涌等外在因素导致系统器件的损坏等情况发生，系统的防雷接地装置必不可少。可根据整个系 统情况合理设计交流防雷配电、接地装置及防雷措施。系统的防雷接地装置措施有：
