伍永暢

摘 要：文章介紹8.4535MW分布式光伏電站方案設(shè)計(jì)，著重分析系統(tǒng)組成，包括電力系統(tǒng)接入和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)方案對(duì)太陽(yáng)能電池和光伏逆變器進(jìn)行選型，分析計(jì)算系統(tǒng)效率并估算25年發(fā)電量。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；太陽(yáng)電池；逆變器；太陽(yáng)能

分布式光伏電站利用太陽(yáng)能資源進(jìn)行發(fā)電，和傳統(tǒng)火力發(fā)電相比，有著清潔效率高、布局分散、就近利用的優(yōu)點(diǎn)。以下介紹中海油惠州物流基地屋頂8.4535MW分布式光伏電站方案。

1 項(xiàng)目概況

中海油惠州物流基地屋頂8.4535MW分布式光伏電站項(xiàng)目場(chǎng)址位于廣東省惠州石化區(qū)，工程利用廠房鋼結(jié)構(gòu)屋頂建設(shè)太陽(yáng)能發(fā)電工程，場(chǎng)站內(nèi)可利用建筑物屋面面積約100000平方米，項(xiàng)目規(guī)模為8.4535MW。

2 惠州市太陽(yáng)能資源概況

惠州地區(qū)日照時(shí)間長(zhǎng)，熱量充足。境內(nèi)年平均日照時(shí)數(shù)1741.1～2068.2小時(shí)，日照百分率39%～47%。地域分布為南多北少。月際分布，以7月最多，均在220小時(shí)以上；3月最少，不足120小時(shí)。年總積溫7618.5℃～8030.1℃；年太陽(yáng)總輻射量4000兆焦耳～5000兆焦耳/平方米?？偡e溫與太陽(yáng)總輻射量都是南多、北少，夏季多、冬季少。

3 接入系統(tǒng)方案

根據(jù)建筑分布及可供接入配電站位置情況，擬將本項(xiàng)目擬分1接入點(diǎn)，采用10kV進(jìn)行并網(wǎng)。每個(gè)發(fā)電系統(tǒng)由太陽(yáng)電池組件、組串逆變器、交流防雷匯流箱、升壓變壓器、并網(wǎng)計(jì)量柜等組合而成。輸出接至附近配電站10kV用戶配電系統(tǒng)。

4 總體方案設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要由光伏陣列、光伏逆變器、數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)、電力網(wǎng)絡(luò)、配電柜組成。系統(tǒng)示意圖如圖1。

4.2 整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)本項(xiàng)目實(shí)際情況，通過(guò)技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)效益論證，提出如下具有針對(duì)性整體方案設(shè)計(jì)：本光伏電站裝機(jī)容量8.4535MWp，擬采用10kV并網(wǎng)；為了防止光伏系統(tǒng)逆向發(fā)電，配置一套防逆流裝置，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器低壓側(cè)的電壓、電流信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)光伏系統(tǒng)的發(fā)電功率，從而達(dá)到光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的防逆流功能。

4.3 主要設(shè)備選型

4.3.1 光伏板選型

目前市場(chǎng)上成熟的光伏板主要是單晶硅、多晶硅和非晶硅三種類型。單晶硅由于制造過(guò)程中能耗較高，市場(chǎng)占有率逐漸下降；多晶硅比非晶硅轉(zhuǎn)換效率高且性能穩(wěn)定，但價(jià)格較高。本工程選用性價(jià)比較高的多晶硅電池組件。

4.3.2 太陽(yáng)電池組件主要技術(shù)參數(shù)

本工程擬選用高效265Wp多晶硅電池組件，組件效率為15.89%。

本期8.4535MWp光伏電站共采用31900塊電池組件，每個(gè)支路由22塊265Wp電池組件串聯(lián)而成。

265Wp電池組件的參數(shù)如表1：

以上數(shù)據(jù)是在標(biāo)準(zhǔn)條件下測(cè)得的，即：電池溫度為25℃，太陽(yáng)輻射為1000W/m2、地面標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光譜輻照度分布為AM1.5。

4.3.3 逆變器選型及參數(shù)

光伏電站選用組串式逆變器，可用于本項(xiàng)目的大容量并網(wǎng)型光伏逆變器主要有30kW、40kW、50kW、60kW等型號(hào)。本工程采用40kW組串式并網(wǎng)逆變器。

40kW組串式逆變器參數(shù)如表2：

4.4 光伏陣列及傾角設(shè)計(jì)

4.4.1 陣列總體布置

陣列總體布置原則：充分利用屋面資源，保證組件發(fā)電量，兼顧電站整體美觀性。

陣列總體布置原則采用模塊化設(shè)計(jì)、安裝施工。模塊化的基本結(jié)構(gòu)。這樣設(shè)計(jì)有如下好處：

（1）各發(fā)電單元各自獨(dú)立，便于實(shí)現(xiàn)梯級(jí)控制，以提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

（2） 每個(gè)發(fā)電單元是單獨(dú)的模塊，由于整個(gè)光伏系統(tǒng)是多個(gè)模塊組成，各模塊又由不同的逆變器及與之相連的光伏組件方陣組成，系統(tǒng)的冗余度高，不至于由于局部設(shè)備發(fā)生故障而影響到整個(gè)發(fā)電模塊或整個(gè)電站，且局部故障檢修時(shí)不影響其他模塊的運(yùn)行。

（3）有利于工程分步實(shí)施。

（4）減少光伏組件至并網(wǎng)逆變器的直流電纜用量，減少系統(tǒng)線路損耗，提高系統(tǒng)的綜合效率。

（5）每個(gè)發(fā)電單元的布置均相同，保證發(fā)電單元外觀的一致性及其輸出電性能的一致性。

4.4.2 傾角設(shè)計(jì)

本次規(guī)劃以彩光鋼屋面為主，按屋頂傾角進(jìn)行平輔布置。

4.4.3 支架及組串單元設(shè)計(jì)

為提高發(fā)電量，光伏方陣采用固定傾角安裝方式，運(yùn)行維護(hù)較簡(jiǎn)單，適宜采用較小的串列單元結(jié)構(gòu)。較小的串列單元可以采用較為簡(jiǎn)單的支架結(jié)構(gòu)，降低對(duì)支架基礎(chǔ)的要求，便于場(chǎng)地布置及施工、安裝。設(shè)計(jì)方案為：

組串單元結(jié)構(gòu)：?jiǎn)蝹€(gè)組串由22塊光伏組件構(gòu)成。

安裝方式：彩鋼瓦屋頂平輔。

支架結(jié)構(gòu)：鋁型村導(dǎo)軌。

4.4.4 方陣設(shè)計(jì)

根據(jù)前述組串單元設(shè)計(jì)，每1個(gè)組串單元22片組件構(gòu)成，構(gòu)成串列的組串?dāng)?shù)量由逆變器功率參數(shù)、輸電損耗確定。逆變器功率參數(shù)見(jiàn)表2，其最大直流輸入功率為40.8kW，額定交流輸出功率為40 kW，逆變器平均最大效率98.8%，取串列直流輸電損耗為1%，組串最大輸入路數(shù)為6路，相應(yīng)串列峰值功率為33.66kW，小于逆變器最大直流輸入功率。因此確定串列的組串并聯(lián)數(shù)量為6路。逆變器輸出交流電通過(guò)10kV升壓變壓器升壓后接入用戶側(cè)10kV配電室并網(wǎng)點(diǎn)，峰值光伏方陣峰值功率8.4535MW。

4.5 發(fā)電量測(cè)算

4.5.1 系統(tǒng)效率計(jì)算

影響發(fā)電量的關(guān)鍵因素是系統(tǒng)效率，系統(tǒng)效率主要考慮的因素有：灰塵或雨水遮擋、溫度、組件串聯(lián)不匹配、逆變器損耗、線纜損耗、變壓器損耗、跟蹤系統(tǒng)的精度等等。

（1）灰塵或雨水遮擋引起的效率降低

現(xiàn)場(chǎng)臨近海邊并且是石化區(qū)，灰塵較多，降水較多，按照日常有維護(hù)人員維護(hù)，采用數(shù)值：95%。

（2）溫度引起的效率降低

太陽(yáng)能電池組件會(huì)因溫度變化而輸出電壓降低、電流增大，組件實(shí)際效率降低，發(fā)電量減少，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)已考慮溫度變化引起的電壓變化，并根據(jù)該變化選擇組件串聯(lián)數(shù)，保證組件能在絕大部分時(shí)間內(nèi)工作在最大跟蹤功率點(diǎn)范圍內(nèi)，考慮0.31%/K的MPP功率變化、各月輻照量計(jì)算加權(quán)平均值，可以計(jì)算得到加權(quán)平均值為97%。

（3）組件串聯(lián)不匹配產(chǎn)生的效率降低

組件串聯(lián)因?yàn)殡娏鞑灰恢庐a(chǎn)生的效率降低，選擇該效率為97%。

（4）直流部分線纜功率損耗

根據(jù)直流部分的線纜連接，計(jì)算得線纜損耗98%。

（5）逆變器的功率損耗

逆變器功率損耗取97%。

（6）交流線纜的功率損耗

根據(jù)線纜選型和敷設(shè)長(zhǎng)度，計(jì)算得線纜損耗效率98%。

（7）變壓器功率損耗

變壓器選用高效率，效率為98%。

（8）總體系統(tǒng)效率

根據(jù)系統(tǒng)各項(xiàng)效率取0.99的修正系數(shù)，則系統(tǒng)綜合效率：

η=95%×97%×97%×98%×97%×98%×98%×0.99≈78%

光伏電站整體效率為78%。

4.5.2 本方案發(fā)電量估算

惠州地區(qū)水平面年輻射量為：1383.35kWh/m2；

光伏板光電轉(zhuǎn)換效率逐年衰減，整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)25年壽命期內(nèi)平均年有效利用小時(shí)數(shù)也隨之逐年降低。

運(yùn)行壽命周期內(nèi)每年最少0.7%計(jì)算，保證25年后衰減不超過(guò)20%，則年發(fā)電量估算見(jiàn)下表：

因此，該項(xiàng)目年發(fā)電量估算如下。

25年總發(fā)電量：20224.423萬(wàn)度。

項(xiàng)目25年年平均利用小時(shí)數(shù)：957h，年均發(fā)電量：809萬(wàn)度。

本光伏電站在運(yùn)行期25年的逐年上網(wǎng)電量直方圖表見(jiàn)表3。

4.6 電氣部分

4.6.1 電氣主接線

屋頂光伏組件組串方式為22塊一串，經(jīng)直流防雷匯流箱匯流一次匯流后經(jīng)直流電纜經(jīng)橋架至逆變器直流側(cè)二次匯流，經(jīng)逆變就地升壓后，并入配電房?jī)?nèi)10kV高壓柜母排，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。初步電氣接入方案如下：

（1）就近6個(gè)倉(cāng)庫(kù)共計(jì)6*169.07kW=1014.42kW，經(jīng)1000kVA箱式變壓器升壓至10kV；其中有兩臺(tái)1250kVA箱式升壓變就近接入7個(gè)倉(cāng)庫(kù)，單臺(tái)接入為7*169.07kW=1183.49kW；整個(gè)項(xiàng)目共配置6臺(tái)1000kVA就地升壓變，2臺(tái)1250kVA就地升壓變。

（2）8臺(tái)就地升壓變分兩路匯流進(jìn)入新建配電房?jī)?nèi)兩臺(tái)升壓變進(jìn)線柜實(shí)現(xiàn)匯流，后經(jīng)接入柜至配電房?jī)?nèi)新增光伏并網(wǎng)柜實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。

4.6.2 電氣設(shè)備選擇

（1）10kV并網(wǎng)計(jì)量柜

10kV開(kāi)關(guān)柜選用國(guó)產(chǎn)金屬鎧裝高壓開(kāi)關(guān)柜，每臺(tái)開(kāi)關(guān)柜的一次元件主要包括斷路器、操作機(jī)構(gòu)、電壓互感器、電流互感器和避雷器等。并網(wǎng)計(jì)量柜內(nèi)斷路器額定電流為630A，最大開(kāi)斷電流31.5kA。

（2）10kV箱式升壓變

為保證光伏組件所發(fā)電力安全可靠地送出，選用運(yùn)行方式靈活、安裝簡(jiǎn)便的箱式升壓變壓器。

箱式變壓器，內(nèi)附：S11-1000（1250）/10.5kV三相低損耗升壓變壓器，容量為1000kVA（1250kVA），10.5±2×2.5/0.48kV；Y，d11；Ud%=6.5%；箱變10kV高壓側(cè)安裝負(fù)荷開(kāi)關(guān)，每臺(tái)箱變的高壓側(cè)裝3×RNT-12kV型插入式全范圍保護(hù)熔斷器，具有過(guò)載和短路故障保護(hù)；箱變低壓側(cè)配套有斷路器，低壓斷路器采用智能式斷路器；箱變配置測(cè)控單元一套。

（3）交流匯流箱

根據(jù)光伏方陣布置，本工程采用6路和8路交流匯流箱進(jìn)行一次匯流。

匯流箱應(yīng)具備以下特點(diǎn)：

a.同時(shí)可接入6路或8路輸入，每路設(shè)置專用斷路器，輸出總線設(shè)置隔離開(kāi)關(guān)并配置熔斷器；b.配有專用防雷浪涌器；匯流箱內(nèi)配有監(jiān)測(cè)裝置，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)輸入輸出回路的通斷狀態(tài)及防雷器的狀態(tài)等。

4.6.3 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

光伏電站配置一套光伏電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，負(fù)責(zé)收集各種設(shè)備的測(cè)量數(shù)據(jù)和狀態(tài)信號(hào)，并對(duì)信息進(jìn)行匯總、分析、存貯和報(bào)告輸出，同時(shí)還負(fù)責(zé)和匯流站之間的通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、狀態(tài)量的傳輸和控制命令的傳達(dá)，另外，它還與交直流系統(tǒng)、圖像監(jiān)控系統(tǒng)等其它智能模塊或設(shè)備相連接，實(shí)現(xiàn)電站的綜合管理功能。

（1）計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分站控層和現(xiàn)地控制層。站控層和現(xiàn)地控制層之間通過(guò)百兆工業(yè)以太網(wǎng)相連?，F(xiàn)地控制層的站內(nèi)其他智能設(shè)備通過(guò)管理機(jī)接至以太網(wǎng)。站控層為實(shí)時(shí)監(jiān)控中心，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的控制、管理和對(duì)外部系統(tǒng)的通信等，并接受逆變器、就地升壓變的運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)等通過(guò)光纖通道發(fā)送來(lái)的監(jiān)控信息，便于整個(gè)電站數(shù)據(jù)處理分析。

（2）計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能

光伏廠區(qū)采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制與管理，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備及其它設(shè)備的安全監(jiān)控，滿足自動(dòng)化要求，完成遙測(cè)、遙信、遙調(diào)、遙控等遠(yuǎn)動(dòng)功能。系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)采集與處理、安全檢測(cè)與人機(jī)接口、控制功能、通信功能、系統(tǒng)自診斷、系統(tǒng)二次開(kāi)發(fā)、自動(dòng)報(bào)表及打印功能。

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