天津中新生态城风光储能微网方案.doc

生态城智能营业厅风光储微网方案设计2010-7-291. 风光储微网总体设计方案1.1 设计技术原则（1）微网能统一管理其内部所有分布式电源和负荷在配电网发生故障时，微网无缝切换至孤岛运行模式，在该模式下各分布电源不必退出运行而继续发电，保持对微网内负荷的稳定供电2）微网内分布式电源总容量不宜超过上一级变压器供电区域内最大负荷的25%分布式电源并网点的短路电流与分布式电源额定电流之比不低于103）微网内分布式电源向当地交流负载提供电能和向电网发送电能的质量，在谐波、电压偏差、电压不平衡度、电压波动和闪变等方面应满足相关的国家标准4）为保障人身设备的安全，微网内分布式电源宜采用TN-C-S接地型式，并应装设终端剩余电流保护5）微网必须具备与电网调度机构之间进行数据通信的能力，能够采集微网的电气运行工况，上传至电网调度机构，同时具有接受电网调度机构控制调节指令的能力微网与电网调度机构之间通信方式和信息传输应符合Q/GDW 382-2009《配电自动化技术导则》的相关要求，包括遥测、遥信、遥控、遥调信号，提供信号的方式和实时性要求等1.2 微网系统构成生态城智能营业厅低压配电网通过10kV双回线与配电系统相连，配变为2*500kVA，主要以照明负荷及少量动力负荷作为负载。

微网容量配置：微网容量配置原则是尽量使微网内的多余电力不倒送到主网，且尽可能的增加可再生能源的容量项目拟建光伏30kWp，风电5kW，同时拟建25kW*2h储能，选取智能营业厅内约25kW的办公负荷和照明负荷构成0.4kV低压微网微网内光伏和风电最大发电容量为35kW，考虑到光伏和风电受阳光和风力条件的约束一般难以达到满发，将微网内最大负荷配置为微网内最大发电容量的70%，即25kW由于微网内光伏和风电均为间歇性电源，为了保证在光伏电池和风电在不发电时微网能独立为其内部负载供电，所选取的储能容量必须与微网内最大负荷相当，因此配置25kW*2h的储能系统当微网并网运行时，若光伏与风电发电量大于微网内负荷，则将多余功率存储到储能系统中，若光伏与风电出力减小或者不出力时，则可释放储能单元的部分电能当微网孤岛运行时，通过对储能系统进行充放电控制，可实现分布式发电系统与微网内负荷的实时平衡，从而保证微网稳定的孤岛运行智能营业厅微网结构设计如下图所示：图2-1 智能营业厅微网结构示意图为了保证微网在孤岛模式下的平稳运行，应根据内负荷的实际无功需求在微网内配置足够容量的无功补偿设备，以保证微网的孤岛状态下能保持电压的稳定。

2. 光伏系统建设方案2.1 设计建设原则Ø 太阳能组件的放置位置在楼顶上；Ø 周围的建筑物全年不遮挡整个太阳能系统；Ø 尽量缩短到并网点距离，以减少输电损失太阳能组件到并网点的距离一般不超过150mØ 楼顶要做好防雷措施，并符合行业标准《民用建筑电气设计标准》（JGJ16-2008）中关于建筑物防雷措施的相关要求2.2 光伏系统设计方案由于该方案中光伏发电系统的容量只有30kW，因此可将光伏阵列汇流后通过1台30kW逆变器接入380V交流电网光伏发电系统接入电网示意图如下：图3-1 光伏发电系统并网示意图光伏发电系统的组成包括：Ø 光伏电池组件及其支架； Ø 光伏阵列防雷汇流箱； Ø 直流防雷配电柜； Ø 光伏并网逆变器； Ø 环境监测系统Ø 系统的通讯监控装置； Ø 系统的防雷及接地装置； Ø 土建、配电房等基础设施； Ø 系统的连接电缆及防护材料2.2.1 太阳能光伏组件§ 太阳能光伏组件选型（1）非晶光伏组件、晶硅光伏组件与多晶硅光伏组件的比较非晶硅薄膜太阳能电池的成本低，便于大规模生产，但由于其光学带隙为1.7eV，使得材料本身对太阳辐射光谱的长波区域不敏感，限制了非晶硅太阳能电池的转换效率。

此外，其光电效率会随着光照时间的延续而衰减，即所谓的光致衰退S-W效应，使得电池性能不稳定而多晶和单晶薄膜电池由于效率高于非晶硅薄膜电池，也不存在效率衰退问题，建设投资收益远远高于非晶材料太阳能电池，因此晶硅光伏组件逐渐占据了市场的主导地位单晶硅太阳能光伏组件具有电池转换效率高的特点，商业化电池的转换效率在15%左右，其稳定性好，同等容量太阳能电池组件所占面积小，但是成本较高，每瓦售价约20～25元多晶硅太阳能光伏组件转换效率略低于单晶硅，商业化电池的转换效率在13%～15%，在寿命期内有一定的效率衰减，但成本较低，每瓦售价约16～20元单晶硅和多晶硅组件使用寿命均能达到25年，其功率衰减均小于15％2） 推荐组件根据性价比本方案推荐采用多晶硅光伏电池组件240Wp太阳能光伏组件，该组件为国产封装组件，必须经过CQC金太阳认证表3-1 太阳能组件基本参数峰值功率240Wp转换效率16.94%峰值电压29.4V峰值电流8.16A开路电压36.5V短路电流8.5A最高系统电压 DC 1000V重量19.93kg（不同厂家可以不同）外形尺寸1640×992×50mm§ 太阳能光伏组件串并联方案本项目光伏并网逆变器选用30kW逆变器，其直流工作电压范围为440Vdc~800Vdc（详见下文“光伏逆变器选型”）。

为防止温度的变化导致直流输入电压的变化，一般取最佳直流电压工作点为电压范围的中间值，以取最佳工作电压为620Vdc考虑太阳能光伏组件串联的组件数量NS ： （式中29.4V为光伏组件的峰值电压）单列串联功率P：30kW逆变器需要配置太阳能电池组件单列并联的数量NP ：所以，太阳能光伏电伏阵列单元设计方案为：需安装的太阳能电池组件个数30000/240=125块排列方式为21串6列，采用2个汇流箱，每3列并入1个汇流箱输入逆变器§ 太阳能光伏阵列的布置根据当地气象局提供的太阳能辐射数据，按上述公式计算天津市不同倾斜面的太阳辐射量，经验数据表明，光伏组件的安装倾角和本地的地理纬度密切相关计算表明，天津市纬度38°34'，倾角等于34.8°时全年接受到的太阳能辐射能量最大，比水平面的数值高约20%太阳能光伏阵列安装倾角为30°光伏电池组件每3列安装在一个平板上，为了避免阵列之间遮阴，光伏电池组件阵列间距应不小于D：式中φ为当地地理纬度(在北半球为正，南半球为负)，H为阵列前排最高点与后排组件最低位置的高度差）根据上式计算，求得：实际工程应用时取光伏电池组件前后排阵列间距3.3米 具体光伏阵列示意图如下图所示。

图3-2 光伏间距设计太阳能光伏组件阵列每块平板排列面布置如下图所示：图3-3 光伏组件平板排列面布置图§ 总占地面积计算30kWp光伏发电场由6列（每3列安装在一个平板上）太阳能光伏阵列构成，前后排阵列间距3.3米占地面积约(1.67+0.05)*21*(3.3+2*2.598)=306.9平方米2.2.2 光伏逆变器光伏并网逆变电源是光伏并网发电系统的核心组成部分，它将太阳能发出的直流电能转化为交流电能馈入电网本项目光伏发电系统配置1台额定容量为30kW的并网逆变器§ 性能特点选用的光伏并网逆变器建议选用32位专用DSP控制芯片，主电路采用智能功率IPM模块组装，运用电流控制型PWM有源逆变技术和优质进口高效隔离变压器，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并网逆变器应满足的主要技术性能特点如下：Ø 采用32位DSP芯片进行控制；Ø 采用智能功率模块（IPM）；Ø 太阳电池组件最大功率跟踪技术（MPPT）；Ø 50Hz工频隔离变压器，实现光伏阵列和电网之间的相互隔离；Ø 有直流输入手动分断开关，交流电网手动分断开关，紧急停机操作开关；Ø 有先进的孤岛效应检测方案；Ø 有过载、短路、电网异常等故障保护及告警功能；Ø 直流输入电压范围(450V～820V)，整机效率高达95%以上；Ø 人性化的LCD液晶界面，通过按键操作，液晶显示屏(LCD)，可清晰显示实时各项运行数据，实时故障数据，历史故障数据（大于50条），总发电量数据，历史发电量（按月、年查询）数据；Ø 可提供Ethernet（以太网）远程通讯接口，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。

并网逆变器推荐的主要技术参数如表3-2所示表3-2 30kW光伏并网逆变器性能参数表额定功率30kW隔离方式工频变压器允许电池最大方正功率33kW最大开路电压850Vdc太阳电池最大功率点跟踪（MPPT）440～800 Vdc最大效率94.5%总谐波电流THD(Iac)<4% (满功率时)功率因数>0.99 (半功率以上)MPPT精度99%夜间自消耗电能<20W直流电压波纹Vpp < 10%防护等级IP20 (室内)通讯接口以太网使用环境温度-20℃～+50℃使用环境湿度0～95% (不结露)参考尺寸 (深×宽×高，单位mm)600 × 800 × 1600 参考重量 (kg)420kg目前光伏并网逆变器应用较多的是德国SMA，美国的power-one，奥地利的Fronius，国内的阳光电源等，这些牌子的逆变器规格都比较多2.2.3 环境监测系统在太阳能光伏发电场内配置1套环境监测仪实时监测总辐射（GHI）、环境温度（TEMPA）、电池板表面温度（TEMPB）、风速（WS）、风向（WD）五个参数环境监测系统由以下几个部件构成：Ø 采集控制器Ø 总辐射仪 Ø 风速传感器 Ø 风向传感器Ø 环境温度传感器Ø 表面温度传感器Ø 风速风向采集器 Ø 总辐射采集器Ø 防辐射罩 Ø 风杆支架总成 Ø 通讯接口Ø 电源系统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。

环境监测装置如下图所示图3-4 光伏电站环境监测系统2.3 与微网集中控制器的接口在微网中，要求光伏逆变器能与微网集中控制器进行快速的信息交互在运行时，光伏逆变器能够将目前的重要运行信息上送集中控制器，并能接收集中控制器的有功和无功调节命令并正确执行，以保证在孤岛运行时，集中控制器能够对所有的发电设备和负荷进行统一分析和调度，完成孤岛运行时微网内部的功率平衡由于本项目中选取的光伏逆变器的输出仅为最大功率跟踪结果而不能任意调节，因此微网集中控制器只能控制光伏逆变器的投入或切除光伏逆变器与微网集中控制器的通讯接口图如下图所示光伏逆变器通过以太网后接入微网集中控制器，同时与光伏逆变器配套的环境监测装置也采用以太网接口将测控信息上送微网集中控制器，微网集中控制器通过控制断路器来实现投入或切除光伏逆变器图3-5 光伏逆变器与微网的通讯架构3. 风力发电系统建设方案3.1 风力发电机组成及并网方式本项目中风力发电系统的容量只有5kW，因此可选用风能利用率较高、工作风速区域宽的小型风力发电机，如下图所示图3-6 5kW风力发电机外形图小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科技含量的小系统。

本项目的风力发电系统可采用风力机直接驱动低速交流发电机经变频器的并网方式，风力发电系统由风轮、发电机、整流逆变装置组成，如下图所示：图3-7 风力发电系统并网示意图1. 风轮：风轮由叶片、转体和尾翼组成叶片用来接受风力并通过发电机转换为电能。