低压侧并网型光伏发电系统技术知识
南京光环光伏系统工程有限公司
2011年5月
一、总体设计方案 1.1 系统组成
太阳能光伏并网发电系统主要组成如下： （1） 太阳能电池组件及其支架； （2） 光伏阵列汇流箱； （3） 直流配电柜；
（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（可选）； （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； 1.2 光伏并网系统介绍
并网系统接入三相 400V 或单相 230V 低压配电网，通过交流配电线路给当地负荷供电，剩余的电力馈入公用电网。根据是否允许向公用电网逆向发电来划分，分为可逆流并网系统和不可逆流并网系统。
(1) 可逆流发电系统
对于可逆流并网系统，光伏电站总容量原则上不宜超过上一级变压器供电区域的最大负荷的 25%，并需要对原有的计量系统改装为双向表，以便发、用都能计量，如下图所示。
双向计量表
逆变器
功率流向 交流电网
本地负荷
(2) 不可逆流发电系统（适用于用户侧光伏并网系统）
光伏系统发出的电能只给本地负荷供电，多余的电需通过防逆流装置控制逆变器的发电功能，不允许通过配电变压器向公用电网馈电。目前国家还没出台相应的政策，或对上网电价没明确的标价。
检测（ 、 ）
防逆流控制器
逆变器
RS485
交流电网 功率流向 本地负荷
本文将就不可逆流发电系统的方案设计进行一些浅谈。目前国内小型并网系统多数为不可逆流发电系统。
1.3 设计方案一 1.3.1 方案介绍
将系统分成 3个100KW的并网发电单元，通过3台SG1OOK3（100KW）并网逆变器接入0.4KV 交流电网，实现并网发电功能。系统的电池组件选用国产235kWp多晶电池组件，其工作电压为 29.5V，开路电压为37V。经过计算，光伏阵列按照20块电池组件串联进行设计，每个100KW 单元需配置 22个光伏阵列，440块电池组件,组件标称功率为103.4KWp。系统共3个100kW 单元，组件总数量1320块，容量310.2kWp。为了减少光伏阵列到逆变器之间的连接线及方便日后维护，建议在室外配置光伏阵列汇流箱，该汇流箱可直接安装在电池支架上，每个100KW 并网单元配置3台8路汇流箱，整个300kWp 并网系统需配置9台光伏阵列汇流箱。汇流箱的输出经直流线缆接至配电房内直流配电柜，经直流配电后接至3台100kW并网逆变器，逆变器的交流输出经1台300kW交流配电柜接至防逆流控制柜，输出0.4KV,50Hz三相交流电源，实现用户侧并网发电功能。
综上所述，本系统主要由太阳能电池组件、光伏阵列汇流箱、直流配电柜、交流配电柜、光伏并网逆变器、防逆流控制柜所组成。另外，系统应配置 1 套监控装置，用来监测系统的运行状态和工作参数。
交流电网 z50H0VAC401# SG100K3直流 交流 N2 配电柜 防逆流柜 配电柜 光伏阵列
SG100K3 N1
1.3.2 系统原理框图
光伏汇流箱 (3台) 光伏汇流箱 2# 光伏阵列 (3台) 3# 光伏汇流箱(3台) 光伏阵列 SG100K3N3
环境监测仪 数据采集器 监控装置 以太网（远程）
1.4 设计方案一设备介绍 1.4.1 逆变器性能特点
SG100K3 采用低频隔离变压器设计，室内型。可在+55℃的高温环境下，连续可靠地满载运行，不需要降额。适用于大型光伏电站。可多台逆变器并联运行，简化电站设计。输入电压的范围大，保证了接入的光伏阵列有了更多的组合方式。是一款性价比非常高的并网逆变器。
SG100K3 并网逆变器的技术特点如下： (1) 低电压穿越功能 (2) 有功功率连续可调（0-100%）功能 (3) 无功功率可调，功率因数范围超前 0.9 至滞后 0.9 (4) 最高转换效率达 97.0% (5) 精确的输出电能计量 (6) 多语种液晶显示界面，可自由设置各种运行参数 (7) 辅助电加热（可选） (8) 适应高海拔应用<6000 米（超过 3000 米需降额使用） (9) 意大利 Enel-GUIDA 认证、TüV 认证、金太阳认证、符合德国中压电网 BDEW 指令 (10)完善的保护功能：过压保护，短路保护，孤岛保护，过热保护，过载保护，直流接地保护。
(11)符合标准：EN61000-6-1， EN61000-6-2， EN61000-6-3， EN61000-6-4，EN61000-3-2， EN61000-3-3， EN60164-1-1，EN55022， EN50178， EN45011。 1.4.4 直流配电柜
对于大型的光伏并网发电系统，为了提高系统的可靠性，方便操作及维护，一般都需在逆变器房内配有直流配电柜，将户外的光伏方阵接入后进行汇流，再与逆变器的直流侧连接。 本项目直流配电柜柜型号为：PMD-D300K，主要性能特点如下：
① 配电柜按照 3 个 100KW 直流配电单元进行设计，每个的直流配电单元接 3 台汇流箱。 ② 每个直流配电单元的输入侧都配有可分断的直流断路器和防反二极管； ③ 每个直流配电单元的直流输出侧都配置光伏专用防雷器；
1.4.5 交流配电柜
本光伏并网发电系统配置的交流配电柜，安装在室内，通过内部的配电设计将并网逆变 器的交流输出接入三相AC380/220V,50Hz交流电网。 配电柜具有3路可分断的并网接口，分别与并网逆变器连接，其内部具有三相电度表、 网侧断路器和防雷器、交流电压和电流表。
1.5 设计方案二
1.5.1 方案介绍
将系统分成 6个50KW 的并发电单元， 通过6台 SG5OK3（50KW）并网逆变器接入0.4KV交流电网，实现并网发电功能。系统的电池组件选用国产 235kWp 多晶电池组件，其工作电压为 29.5V，开路电压为37V。经过计算，光伏阵列按照 20 块电池组件串联进行设计，每个50KW单元需配置11个光伏阵列，220块电池组件,组件标称功率为51.7KWp。系统共6个50kW 单元，组件总数量1320块，容量310.2kWp。
为了减少光伏阵列到逆变器之间的连接线及方便日后维护，建议在室外配置光伏阵列汇 流箱，该汇流箱可直接安装在电池支架上，每个50KW并网单元配置2台8路汇流箱，整个300kWp 并网系统需配置12台光伏阵列汇流箱。汇流箱的输出经直流线缆接至配电房内直流配电柜，经直流配电后接至6台50kW并网逆变器，逆变器的交流输出经1台300kW交流配电柜接至防逆流控制柜，输出0.4KV,50Hz三相交流电源，实现用户侧并网发电功能。
交流电网 z50H0VAC40综上所述，本系统主要由太阳能电池组件、光伏阵列汇流箱、直流配电柜、交流配电柜、
光伏并网逆变器、防逆流控制柜所组成。另外，系统应配置 1 套监控装置，用来监测系统的运行状态和工作参数。 1.5.2 系统原理框图
以太网（远程） 防逆流柜 配电柜 交流
SG50K3N1 配电柜 直流 光伏汇流箱(2台) 光伏汇流箱(2台) 光伏汇流箱(2台) SG50K3N6 监控装置 …
环境监测仪 数据采集器 SG50K3 N2 1.6 设计方案二设备介绍
1.6.1 逆变器性能特点
SG50K3 采用低频隔离变压器设计，室内型。可在+55℃的高温环境下，连续可靠地满载运行，不需要降额。适用于大型光伏电站。可多台逆变器并联运行，简化电站设计。输入电压的范围大，保证了接入的光伏阵列有了更多的组合方式。是一款性价比非常高的并网逆变器。
SG50K3 并网逆变器的技术特点如下： (1) 有功功率连续可调（0-100%）功能 (2) 无功功率可调，功率因数范围超前 0.9 至滞后 0.9 (3) 高效隔离变压器 (4) 精确的输出电能计量 (5) 多语种液晶显示界面，可自由设置各种运行参数 (6) 意大利 Enel-GUIDA 认证、TüV 认证、金太阳认证、符合德国中压电网 BDEW 指令 (7) 完善的保护功能：过压保护，短路保护，孤岛保护，过热保护，过载保护，直流接地保护 (8) 符合标准：EN61000-6-1， EN61000-6-2， EN61000-6-3， EN61000-6-4，EN61000-3-2， EN61000-3-3， EN60164-1-1，EN55022， EN50178， EN45011 。
1.6.2 直流配电柜
对于大型的光伏并网发电系统，为了提高系统的可靠性，方便操作及维护，一般都需在逆变器房内配有直流配电柜，将户外的光伏方阵接入后进行汇流，再与逆变器的直流侧连接。
本项目直流配电柜柜型号为：PMD-D300K，主要性能特点如下：
⑥ 配电柜按照 6个50KW 直流配电单元进行设计，每个的直流配电单元接 2 台汇流箱。
⑦ 每个直流配电单元的输入侧都配有可分断的直流断路器和防反二极管； ⑧ 每个直流配电单元的直流输出侧都配置光伏专用防雷器；
1.7 光伏阵列汇流箱
在太阳能光伏发电系统中，为了减少太阳能光伏电池阵列与逆变器之间的连线，用户可以将一定数量、规格相同的光伏电池串联起来，组成一个个光伏串列，然后再将若干个光伏串列并联接入 PVS 系列光伏汇流箱，在光伏汇流箱内汇流后，通过光伏专用直流断路器输出，与光伏逆变器配套使用从而构成完整的光伏发电系统，实现与市电并网。光伏阵列的正极和负极的每一路中均安装一直流熔丝，然后通过汇流母排并联，正极直流熔丝均通过用以检测电流的电流传感器与所述汇流母排并联；电流传感器用以检测电流并实现通讯的检测板连接。光伏汇流箱电流检测单元采用一体化结构设计，将若干个电流检测元件的检测信号，集
中传输至微控制器，微控制器再将信号传送至上位机。通过智能测控模块的地址，快速定位，具有系统维护简单快捷，运行更加经济和现场维护方便的特点。
(1) 技术特点：
△ 壁挂式安装，箱体采用冷轧钢板弯制而成，冷轧钢板厚度 1.5mm。箱体结构密封、防尘、 防潮，有足够的强度和刚度，表面喷漆及密封材料耐腐蚀、抗氧化。防护等级 IP65，满足室 外安装使用要求；
△ 汇流箱箱体设有光伏阵列电缆进线孔，可同时接入 8 路电池串列（8 正 8 负），直流输出 出线孔（1 正 1 负），以及接地线引出电缆孔，电缆引出孔加装胶垫；
△ 汇流箱内布线整齐美观，便于检修和安装。端子排额定电压 DC1000V，具有隔板、标号线 套和端子螺丝。每个端子排均标以编号，端子选用阻燃型端子； △ 每路电池串列选用 BUSSMANN 光伏专用高压直流熔丝进行保护，其耐压值为
DC1000V；
△ 汇流箱内置开关电源，为箱内通讯板供电。直流电源取自组串，无需买方提
供其它电源， 开关电源具有工作电压范围宽 200-1000V、功耗低；
△ 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； △ 汇流箱内部配有光伏组串监控单元，通过霍尔电流传感器，实时监测光伏组
串的电压、 电流、功率等参数及防雷器的状态，并实现对异常状态的光伏组串发出故障报警信号，定位 故障功能，并配有RS485通讯接口，送至上层监控系统，支持标准 Modbus RTU 协议，免费对用户开放，方便系统集成； △ 箱内带 LED 显示，可以显示每路组串电流、电压等数据，方便现场安装调
试、检修，可以提高效率，加快施工进度；
三、监控及通讯装置
此系统配置1套监控装置，主要包括：监控用工业PC、多机版监控软件和
22”液晶显示器。
光伏并网发电系统采用高性能工业控制PC机作为系统的监控主机，配置光伏并网系统专 用网络版监测软件，采用RS485或Ethernet(以太网)远程通讯方式，可以连续每天24小时 对所有的并网逆变器运行状态和数据进行监测。 (1)监控主机的照片和系统特点如下：
ARK-3360L 最大安装厚度仅为69mm，完全适合空间有限的安装条件低功耗下的高扩展 性能，采用 Pentium M处理器，支持宽范围电源 DC 12V-24V。
系统芯片组 Intel 852GM GMCH 或 Intel 855GME 芯片组Intel ICH4芯片组 400 MHz FSB BIOS 4M位Flash BIOS，支持即插即用和APM 1.2系统内存1 x 200线SODIMM
插槽 1 x DDR 200 线SODIMM内存，最大支持1G 。
动态视频内存,最高32M.显示接口：CRT接口,支持36位LVDS 接口。
以太网控制器 Intel 82551ER 10/100BaseT，键盘/鼠标支持 PS/2 鼠标和 PS/2 键盘。
工作温度当系统安装工业级CF卡时：-20-60℃当系统安装 2.5寸硬盘时：0-45℃相对湿度95% 40℃,无凝结; (2) 并网系统的监控软件（SunInfo Insight）功能如下：
实时显示电站的当前发电总功率、日总发电量、累计总发电量、累计CO2 总减排量以及每天发电功率曲线图；
可查看每台逆变器的运行参数，主要包括：
a. 直流电压 b. 直流电流 c. 交流电压 d. 交流电流
e. 逆变器机内温度 f. 时钟 g. 频率
h. 当前发电功率 i. 日发电量 j. 累计发电量
监控所有逆变器的运行状态，采用声光报警方式提示设备出现故障，可查看故障原因 及故障时间，监控的故障信息至少因包括以下内容：
a.电网电压过高 b.电网电压过低 c.电网频率过高 d.电网频率过低 e.直流电压过高 f.逆变器过载 g.逆变器过热 h.逆变器短路 i. 逆变器孤岛 j. DSP 故障 k.通讯失败
监控软件具有集成环境监测功能，能实现环境监测功能，主要包括日照强度、风速、风向、和温度等参量。可每隔 5 分钟存储一次电站所有运行数据，包括环境数据。故障数据需要实时存储。 能够分别以日、月、年为单位记录和存储数据、运行事件、警告、故障信息等。可以连续存储 20 年以上的电站所有的运行数据和所有的故障纪录。可通过监控软件对逆变器进行控制，可以以电子表格的形式存储运行数据，并可以图表的形式显示电站的运行情况。
四、环境监测仪
该装置由风速传感器、风向传感器、日照辐射表、测温探头、控制盒及支架组成， 适用于气象、军事、航空、海港、环保、工业、农业、交通等部门测量水平风参量及 太阳辐射能量的测量。可测量环境温度、风速、风向和辐射强度等参量，其 RS485 通讯接口可接入并网监控装置的监测系统，实时记录环境数据。
本系统配置 1 套环境监测仪(如下图所示)，用来监测现场的环境情况：
五、防逆流装置介绍
5.1 概述
针对低压配电网侧的光伏并网发电系统，一般认为光伏发电功率不大于并网侧上级配电变压器容量的 25%。目前，电网公司通常要求光伏并网系统为不可逆流发电系统，即光伏并网系统所发的电由本地负荷消耗，多余的电不允许通过低压配电变压器向上级电网逆向输送。通过实时监测配电变压器二次侧的电压、电流信号来调节系统的发电功率，对光伏电源进行必要的控制。一旦发现向电网输入能量，会立即通过通讯控制逆变器，降低其输出电流，减小光伏系统发电功率；
当出现通讯故障或其它系统故障时，防逆流装置会控制逆变器断开与电网连接，从而彻底停止向电网供电。
5.2 防逆流装置的控制逻辑
防逆流装置测量点
10kV
配电变压器 0.4/10kV
防逆流装置
RS485
负荷
…
光伏电源
系统示意图
控制过程需用的数据说明：
Pt：并网点的电网实测功率，包括电网向负载提供的功率和逆流功率； Ps：控制功率，该值可在控制器上设置；
Pr：设定的逆向功率值，该值可在控制器上设置；
Tr：设定的最大逆功率持续时间，该值可在控制器上设置，可设范围为 1-10S。 光伏并网发电系统的正常运行方式：一台 10kV/400V 的配电变压器正常供电，同时光伏 电源并网供电，防逆流控制柜实时检测网侧电压和电流，控制过程详细说明如下：
1) 当电网实测功率大于设置值时，控制接触器吸合，并给逆变器（逆变器要支持通讯开关 机及限功率运行功能）发通讯命令，控制逆变器功率逐渐增加。 2) 当电网实测功率小于设置的控制功率但大于设置的“逆向功率”时，控制器给逆变器发 通讯命令，控制逆变器功率逐渐减小。当逆流超过设置的“逆功率时间”时，控制器控制接 触器断开。当网侧功率大于“控制功率”且时间达到“逆功率恢复时间”后控制器自动将接 触器吸合。
六、设备清单
备注 序号 名称 型号规格 单位 数量 1 直流配电柜 PMD-D300K 台 设计 光伏并网逆变器 SG100K3 台 3 1 交流配电柜 PMD-A300K 台 1 方案 一 光伏汇流箱 PVS-8M 台 6 1 直流配电柜 PMD-D300K 台 设计 光伏并网逆变器 SG50K3 台 6 2 交流配电柜 PMD-A300K 台 1 方案 二 光伏汇流箱 PVS-8M 台 12 1 3 防逆流柜 ARP-300K 台 台 4 数据采集器 SunInfo Logger ARK-3360L 1 台 监控主机 1 5 监控装置 液晶显示器 22 寸 1 台 套 监控软件 SunInfo Insight 1 台 6 环境检测仪 SunInfo EM 1 南京光环光伏系统有限公司 技术部 2011年5月
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