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光伏发电系统基本介绍及设计方案江 苏 金 思 源 电 力 科 技 有 限 公 司 一 、 光 伏 并 网 发 电 系 统 示 意 图1、 典 型 光 伏 发 电 系 统 示 意 图 2、 光 伏 发 电 系 统 （ 带 储 能 系 统 ） 示 意 图 二 、 并 网 光 伏 电 站 基 本 构 架离 网 太 阳 能 光 伏 电 站n 未 与 公 电 网 相 联 接 独 立 供 电 的 太 阳 能 光 伏 电 站 。n 主 要 应 用 于 远 离 公 共 电 网 的 地 区 和 一 些 特 殊 场 所 ， 如 为 边 远 偏 僻 农村 、 海 岛 、 农 牧 渔 民 提 供 照 明 等 基本 的 生 活 用 电 ， 为 通 信 中 继 站 、 边 防 哨 所 等 特 殊 处 所 提 供 电 源 。 1、 概 述太 阳 能 光 伏 电 站 按 照 运 行 方 式 可 分 为 : 并 网 太 阳 能 光 伏 电 站n 与 公 共 电 网 相 联 接 且 共 同 承 担 供 电任 务 的 太 阳 能 光 伏 电 站 。n 它 是 太 阳 能 光 伏 发 电 进 入 大 规 模 商业 化 发 电 阶 段 、 成 为 电 力 工 业 组 成部 分 的 重 要 发 展 方 向 ， 是 当 今 世 界太 阳 能 光 伏 发 电 技 术 发 展 的 主 流 趋势 。 2、 光 伏 并 网 发 电 系 统 的 组 成 部 分n 太 阳 能 电 池 组 件n 汇 流 箱n 并 网 逆 变 器n 并 网 接 入 系 统 （ 含 升 压 变 压 器 、 高 低 压 、 开 关 柜 ， 计 量 柜 等 ）n 控 制 系 统 （ 含 自 动 化 监 控 系 统 ， 调 度 系 统 、 站 用 直 流 系 统 、 站 用 交 流 系 统 等 ） 三 、 并 网 光 伏 发 电 站 主 要 设 备 参 数 及 设 计 方 案1、 光 伏 电 池 板 组 件 参 数1） 太 阳 能 电 池 分 类 （ 目 前 国 内 常 用 商 业 类 ） n 单 晶 硅 电 池n 多 晶 硅 电 池n 非 晶 体 硅 薄 膜 电 池 2） 各 种 光 伏 组 件 基 本 参 数 表 对 照 表项 目 单 晶 硅 电 池 组 件（ 245W) 多 晶 硅 电 池组 件 非 晶 硅 薄 膜半 透 明 组 件(48W)最 大 功 率 Pm(W) 245 240 48W最 大 功 率 下 工 作 电 压 (V) 29.92 29.72 64最 大 功 率 下 工 作 电 流 (I) 8.19 8.48 0.76开 路 电 压 (V) 37.68 37.51 84短 路 电 流 (A) 8.56 8.08 0.96最 大 系 统 电 压 (V) DC1000V DC1000V DC1000V 电 池 片 尺 寸 156 156 156 156电 池 片 数 量 60 60电 池 组 件 尺 寸 (cm) 1650 990 40 1650 990 40 1245 635 7.5电 池 组 件 重 量 (kg) 19.5 14.4 3） 各 种 电 池 的 性 能 比 较名 称 转 换 效 率 安 装 方 式 性 能 比 较 单 晶 硅 电 池 20.4%（ 2cm 2cm） 铝 合 金 边 框 。适 合 屋 顶 、 地 面 大型 光 伏 电 站 （ 1） 晶 体 硅 太 阳 能 电 池 组 件 技 术 成 熟 ，且 产 品 性 能 稳 定 ， 使 用 寿 命 长 。（ 2） 商 业 化 使 用 的 太 阳 能 电 池 组 件 中 ，单 晶 硅 组 件 转 换 效 率 最 高 ， 多 晶 硅 其 次， 但 两 者 相 差 不 大 。（ 3） 晶 体 硅 电 池 组 件 、 刚 性 非 晶 硅 组 件故 障 率 极 低 ， 运 行 维 护 最 为 简 单 。 （ 4） 晶 体 硅 光 伏 组 件 、 刚 性 非 晶 硅 组 件安 装 简 单 方 便 。（ 5） 非 晶 硅 薄 膜 电 池 在 价 格 、 弱 光 响 应， 高 温 性 能 等 方 面 具 有 一 定 的 优 势 ， 同时 容 易 配 合 建 筑 物 的 整 体 效 果 进 行 造 型， 但 是 组 件 效 率 较 低 ， 在 安 装 场 地 面 积有 限 情 况 下 ， 会 影 响 到 安 装 总 容 量 。多 晶 硅 电 池 14.5%（ 2cm 2cm） 铝 合 金 边 框 。适 合 屋 顶 、 地 面 大型 光 伏 电 站非 晶 硅 薄 膜 电 池 8.6%（ 10cm 10cm） 无 边 框 ， 适 合 与 建筑 一 体 化 安 装 2、 汇 流 箱 的 选 型n 汇 流 箱 的 作 用 ： 在 太 阳 能 光 伏 发 电 系 统 中 ， 为 减 少 光 伏 电 池 组 件 与 逆 变 器 之 间 的 连 线 ， 同 时 减 少 直流 电 缆 的 线 损 ， 需 要 在 光 伏 组 件 安 装 侧 将 一 定 数 量 的 光 伏 组 件 进 行 串 、 并 联 ， 再 送入 逆 变 器 直 流 侧 。 同 时 在 汇 流 箱 内 安 装 直 流 防 雷 模 块 ， 起 到 光 伏 电 站 的 防 雷 作 用 。 3、 光 伏 逆 变 器 基 本 功 能 及 技 术 特 性 1） 基 本 功 能 太 阳 能 逆 变 器 是 一 种 功 率 电 子 电 路 ， 能 把 太 阳 能 电 池 板 的 直 流 电 压 转 换 为 交 流 电 压 并 入 公 用 电 网 或 来 驱 动 当 地 的 交 流 负 载 ， 是 整 个 太 阳 能 发 电 系 统 的 关 键 组 件 。 逆 变 器 电 气 回 路 图n 完 成 DC/AC 转 换 的 电 流 连 接 到 电 网n 找 出 最 佳 的 操 作 点 以 优 化 太 阳 能 光 伏 系 统 的 效 率 2） 光 伏 逆 变 器 技 术 特 性 光 伏 并 网 逆 变 器 技 术 特 性直 流 侧最 大 直 流 功 率 10-500kWp 根 据 光 伏 电 站 的 光 伏 组 件 安 装 情 况 ， 合理 配 置 逆 变 器 容 量MPPT范 围 230-820V 根 据 光 伏 组 件 的 工 作 电 压 及 组 串 的 数 量确 定 逆 变 器 的 MPPT电 压 范 围最 大 直 流 电 压 880V 目 前 光 伏 组 件 最 大 系 统 电 压 为 DC1000V最 大 直 流 输 入 电 流 750A 输 入 最 大 功 率 、 MPPT为 880V最 大 输 入 路 数 4 交 流 侧额 定 输 出 功 率 10-500kW 额 定 电 网 电 压 三 相 380Vac 允 许 电 网 电 压 310-450Vac 额 定 电 网 频 率 50Hz 允 许 电 网 频 率 47-51.5Hz 功 率 因 素 0.99（ 额 定 功 率 ）总 电 流 波 形 失 真 率 3%（ 额 定 功 率 ）夜 间 损 耗 30W 最 大 效 率 96.5%（ 含 变 压 器 ） 3） 保 护 功 能 逆 变 器 保 护 功 能孤 岛 保 护 同 时 采 用 主 动 式 和 被 动 式 保 护 ， 动 作 时 间 小 于 2s 短 路 保 护 短 路 故 障 ， 动 作 时 间 小 于 20ms电 网 恢 复 自 启 动 2min 内 启 动过 流 保 护 当 输 出 电 流 超 过 额 定 电 流 的 150%时 ， 逆 变 器 0.1s内 自 动 保 护 欠 压 保 护 具 有 电 网 欠 压 保 护 ,保 护 值 可 设 定 直 流 过 压 保 护 工 作 状 态 下 直 流 电 压 过 压 保 护 ， 保 护 值 可 设 定输 入 极 性 反 接 保 护 当 输 入 端 正 、 负 极 接 反 时 ，逆 变 器 自 动 保 护系 统 接 地 保 护 系 统 接 地 时 自 动 保 护 4、 储 能 变 流 器 （ PCS） 基 本 功 能 及 技 术 特 性1） 概 述n 储 能 变 流 器 (简 称 PCS)双 向 充 放 电 的 并 网 变 流 装 置 ， 它 肩 负 着 充 电 和 电 能 回 馈 作 用 ， 是储 能 系 统 的 关 键 设 备 之 一 。 当 PCS从 电 网 吸 收 能 量 时 ， 运 行 在 可 控整 流 状 态 对 蓄 电 池 充 电 ， 反 之 ， 若 变 流 器 向 电 网 馈 送 能 量 时 ， PCS工 作 于 有 源 逆 变 状 态 将 蓄 电 池 电 能 向 电 网 输 送 。 PCS可 将 夜 间 的“ 谷 电 ” 或 平 日 富 余 的 电 能 存 储 起 来 以 平 衡 电 网 峰 谷 ， 它 不 仅 可应 对 电 网 中 断 和 大 面 积 停 电 等 突 发 事 件 ， 同 时 ， 可 用 于 太 阳 能 及风 力 发 电 系 统 中 ， 使 其 并 网 发 电 更 稳 定 。n PCS能 够 适 应 储 能 系 统 不 同 的 充 放 电 控 制 模 式 充 放 电 模 式 可 以 通 过 远 方 或 就 地 进 行 参 数 设 置 ， 实 现 恒 流 和 恒功 率 充 放 电 。 PCS的 额 定 功 率 能 满 足 电 池 组 的 额 定 长 时 间 工 作 ，最 大 功 率 能 满 足 电 池 组 的 迅 速 放 电 能 力 。 2） 储 能 变 流 PCS在 储 能 系 统 中 的 典 型 应 用 如 图 所 示 ， 当 断 开 外 部 电 网 时 ， 根 据调 度 指 令 PCS和 光 伏 逆 变 器 可 组 成 独 立微 网 的 供 电 系 统 ， 该 系 统 能 实 现 对 本地 负 载 的 供 电 。 同 时 ， 当 光 伏 发 电 系统 发 出 的 电 能 大 于 本 地 负 载 消 耗 的 电能 时 ， 可 通 过 PCS将 多 出 的 电 能 向 电 池组 充 电 ， 如 果 电 池 组 SOC达 到 100%， 则光 伏 逆 变 器 调 节 输 出 功 率 以 稳 定 三 相交 流 母 线 的 电 压 ； 当 光 伏 发 电 系 统 发出 的 电 能 不 能 满 足 本 地 负 载 消 耗 ， 则PCS转 入 放 电 状 态 向 三 相 母 线 供 应 电 能以 稳 定 交 流 母 线 电 压 。 PCS和 光 伏 逆 变 器 的 独 立 微 网 运 行 示 意 图5、 PCS和 光 伏 逆 变 器 的 独 立 微 网 运 行 6、 PCS并 网 电 流 和 蓄 电 池 电 流 控 制n 并 网 逆 变 器 是 整 个 PCS的 核 心 部 件， 并 网 逆 变 器 的 性 能 决 定 着 整 个 系 统的 性 能 。 PCS的 并 网 逆 变 器 采 用 三 相全 桥 逆 变 器 拓 扑 结 构 ， 经 并 网 电 抗 器与 电 网 相 连 。n PCS实 时 对 蓄 电 池 电 流 控 制 ， 将 蓄电 池 实 际 电 流 与 设 定 电 流 进 行 比 较 ，通 过 PI调 节 给 出 并 网 电 流 参 考 值 。n 并 网 电 流 波 形 控 制 要 求 快 速 ， 需 要在 1个 开 关 周 期 （ 80微 秒 ） 内 实 现 对 目 标 电 流 的 跟 踪 。 系 统 控 制 如 图 5所示 。 低 电 压 穿 越 能 力 曲 线 7、 低 电 压 穿 越n 智 能 楼 宇 光 伏 发 电 储 能 系 统 并 网 发电 ， 必 须 考 虑 电 网 发 生 故 障 时 其 运 行状 态 对 电 网 稳 定 性 的 影 响 ， 低 电 压 穿越 能 力 是 一 个 重 要 的 衡 量 指 标 。n 低 电 压 穿 越 是 指 在 光 伏 发 电 储 能 系统 并 网 点 电 压 跌 落 时 ， 系 统 内 的 并 网设 备 能 够 保 持 有 条 件 的 并 网 ， 必 要 时甚 至 可 向 电 网 提 供 一 定 的 无 功 功 率 支持 电 网 恢 复 。n PCS低 电 压 穿 越 能 力 曲 线 如 图 4所 示， 在 并 网 点 电 压 跌 至 20%额 定 电 压 时 能够 保 证 不 脱 网 连 续 运 行 625ms的 能 力 ， 并 网 点 电 压 在 发 生 跌 落 后 2s内 能 够 恢复 到 额 定 电 压 的 90%时 ， PCS能 够 保 证不 脱 网 连 续 运 行 。 名 称 指 标 备 注 实 测 值交 流 侧 参 数交 流 接 线 方 式 三 相 四 线 三 相 四 线额 定 输 出 功 率 15kVA 15kVA输 出 过 载 能 力 22.5kVA 23kVA并 网 充 放 电 模 式额 定 电 网 电 压 400V 有 效 值 392V允 许 电 网 电 压 310 450V 可 设 定 可 设 定额 定 电 网 频 率 50Hz 50.1 Hz总 电 流 波 形 畸 变 率 (THD) 0.99 额 定 功 率 时 0.992 独 立 逆 变 模 式输 出 电 压 失 真 度 5 线 性 负 载 2%额 定 输 出 频 率 50 1 Hz 50.1 Hz额 定 直 流 功 率 15kW 15KW直 流 电 压 范 围 525-767V Vdc 515-767V额 定 直 流 电 压 672V Vdc （ 未 完 ， 接 下 表 ） 8、 PCS技 术 指 标 名 称 内 容 范 围 实 际 值独 立 逆 变 模 式最 大 输 入 电 流 30A Idc 31A额 定 功 率 下 稳 流 精 度 1 0.86%额 定 功 率 下 直 流 电 流 纹 波 1 IPP 0.6%系 统最 大 转 换 效 率 94.0 含 变 压 器 94.3%紧 急 停 机 有 (通 过 紧急 停 机 按 钮 ) 有显 示 和 通 信 显 示 触 摸 屏 有 标 准 通 信 方 式 RS485、 CAN 有 （ 接 上 表 ） 四 、 监 控 系 统 网 络 结 构 图 五 、 光 伏 发 电 储 能 系 统 监 控 画 面 监 控 系 统 实 现 对 光 伏 发 电 系 统 内 所 有 设 备 的 状 态 监 测 和 实 时 控 制 ， 并 将 实时 数 据 远 传 至 电 力 调 度 。六 、 计 算 机 监 控 系 统1、 概 述n 数 据 采 集 和 处 理 及 控 制 操 作 功 能n 人 机 会 话 功 能n 异 常 状 态 报 警 和 提 示 功 能 、 事 件 顺 序 记 录 （ SOE） 功 能 及 事 故 追 忆 功 能n 自 动 电 压 无 功 控 制 功 能n 数 据 通 信 及 数 据 库 管 理 功 能n 与 智 能 设 备 接 口 功 能n 系 统 自 检 和 恢 复 功 能n 运 行 管 理 及 其 它 应 用 功 能n 系 统 安 全 与 维 护 功 能2、 SCADA功 能 描 述SCADA功 能 主 要 由 主 机 兼 操 作 员 站 和 数 据 服 务 器 完 成 。SCADA的 基 本 功 能 如 下 ： 另 外 ， 作 为 智 能 控 制 调 度 系 统 的 SCADA， 还 具 备 以 下 功 能 ：n 程 序 化 操 作 ： 主 机 兼 操 作 员 站 发 出 的 控 制 指 令 ， 经 安 全 校 核 正 确 后 自 动 完 成 相 关 运 行 方 式 变 化 要 求 的 设 备 控 制 ； 具 备 自 动 生 成 不 同 运 行 方 式 下 的 典 型操 作 流 程 的 功 能 。 1） 储 能 监 控 功 能3、 各 子 系 统 监 控 功 能n 在 智 能 监 控 系 统 内 集 成 储 能 PCS和 电 池 本 体 监 控 软 件 ， 可 以 对 电 池 本 体 的 监 测和 对 PCS 的 监 控 功 能n 监 控 整 个 系 统 的 运 行 状 态 ， 根 据 要 求 手 动 或 自 动 向 系 统 发 出 指 令 ， 控 制 整 个 系统 充 放 电 状 态 ， 设 定 电 能 曲 线n 通 过 对 三 相 电 压 、 电 流 、 接 触 器 、 断 路 器 等 信 号 进 行 采 样 ， 实 时 输 出 波 形 控 制 ，达 到 调 频 、 调 相 、 控 制 功 率 的 功 能 。 通 过 软 件 对 一 组 储 能 模 块 提 供 软 件 保 护 功 能 ，主 要 包 括 过 压 、 欠 压 、 过 流 、 过 温 、 通 讯 异 常 、 频 率 等 保 护 功 能n 实 现 对 电 池 的 管 理 ， 保 障 其 安 全 稳 定 运 行 ， 提 高 供 电 可 靠 性n 可 以 对 BMS和 PCS的 控 制 系 统 下 达 指 令 ， 从 而 实 现 所 有 的 本 地 操 作 和 维 护 功 能n在 智 能 监 控 系 统 内 集 成 光 伏 逆 变 器 监 控 软 件 ， 完 成 对 光 伏 发 电 系 统 的 监 控 。n主 要 功 能 如 下 ： 3） 环 境 监 测 系 统 （ 风 力 、 风 向 、 太 阳 光 辐 射 、 温 度 等 ）2） 光 伏 监 控 功 能光 伏 阵 列 工 作 点 跟 踪 控 制逆 变 器 跟 踪 负 荷 控 制对 于 孤 岛 效 应 的 检 测 及 控 制对 各 自 动 跟 踪 系 统 、 汇 流 箱 和 逆 变 器 进 行 监 控 和 管 理实 时 监 测 电 站 的 运 行 数 据 ， 包 括 太 阳 电 池 组 件 的 电 参 数 、 累 计 电 能 、 太 阳 辐 射 强 度 、 直 流 输 入 参 数 、 交 流 输 出 参 数 、 逆 变 器 运 行 参 数 等 1、 上 海 汇 泰 大 楼 智 能 楼 宇 光 伏 发 电 微 网 项 目七 、 典 型 案 例n 光 伏 组 件 采 用 单 晶 硅 电 池 组 件 2、 上 海 市 漕 溪 能 源 转 换 基 地 车 棚 透 光 型 光 伏 发 电 系 统n 采 用 非 晶 体 硅 薄 膜 电 池 3、 崇 明 北 沿 风 电 场 微 网 项 目 光 伏 发 电 系 统n 采 用 多 晶 硅 双 玻 透 光 光 伏 组 件 ， 墙 体 外 立 面 垂 直 安 装 谢 谢 !