东帝汶光伏发电站系统设计与应用

王晓蕾

(山东省水利勘测设计院,山东济南 250013)

东帝汶光伏发电站系统设计与应用

王晓蕾

(山东省水利勘测设计院,山东济南 250013)

随着能源危机和环境问题的不断加剧,如何利用清洁能源成为关注的焦点。太阳能作为一种新能源以其环保、安全可靠,随处可以得到等优点受到人们的青睐。本文通过东帝汶农业高新技术开发区的新建光伏发电站,整体介绍了太阳能光伏发电系统的类型及其构成。

光伏发电站系统 逆变器

1 工程概述

传统农业在东帝汶农业经济体系中占主导地位，产业发展还处于一种较为落后的状态。打造东帝汶国家农业高新技术开发区，对东帝汶国的农业农村发展将起到带动、辐射和示范作用。本次设计内容为在高新技术开发区新建容量为200kW并网太阳能电站一座。

2 气象条件

本项目气象资料以东帝汶NASA数据库中维克克县气象数据为参考，位于帝汶岛南部海岸。

3 太阳能电站系统设计

3.1 工作原理

太阳能光伏供电系统是利用太阳能电池将太阳的光能转化为电能后，通过控制器的控制，一方面直接提供给转换电路及负载用电，另一方面将多余的电能存储在蓄电池中，到了夜晚或是太阳能电池产生的电力不足时，蓄电池就会将所存储的电能供给转换电路及负载用电。太阳能光伏电站的系统是由太阳能电池方阵，蓄电池组，充放电控制器，逆变器，交流配电柜、防雷系统、汇流箱、直流配电柜、环境监测系统、监控系统等设备组成。

3.2 系统设计

根据本工程的装机容量，将系统分成10个20KW的并网发电单元，通过10台(20KW)并网逆变器接入交流电网。系统选用多晶硅太阳能电池组件，功率为250W，工作电压约为29．95V，开路电压约为37．8V。根据本工程并网逆变器的MPPT控制器工作电压范围(300V～1000V)，每个电池串列按照10块电池组件进行串联设计，单台20kW光伏并网逆变器需要配置太阳能电池组件并联的数量为Np=20000÷2500=8列。容量为200KW的并网单元，需配置80个电池串列，共计800块电7池组件。

系统配电柜选用直流防雷配电柜，其中包含了直流防雷配电单元。光伏阵列通过汇流箱后经直流防雷配电单元分别接入8台逆变器，最后通过配电及计量装置接入电网。系统同时配置1套监控装置，实时监测并网发电系统的运行参数和工作状态。

3.3 蓄电池组的设计

图1 并网发电站系统图

其中：C：蓄电池容量[kWh]；D：最长无日照间用电时[d]；F：蓄电池放电效率的修正系数（通常取1．05）；Po：平均负荷容量[kW]；L：蓄电池的维修保养率（通常取0．8)；U：蓄电池的放电深度（通常取0．5)；Ka：包括逆变器等交流回路的损失率（通常取0．7，如逆变器效率高可取0．8）。

所以此处的蓄电池的容量应该为：

C=160×3×1．05/(0．7×0．5×0．8)=1800KWh蓄电池配置负载按约160KW左右的计算：系统设计的参考连续阴雨天数为3天，根据东帝汶的电力情况，户用电压为220V，蓄电池电压选择为48V。选用共252块单体为12V150Ah的蓄电池4块进行串联，共63组，蓄电池总容量为37800Ah，即37800AH×48V＝1814．4KWh。

3.4 电池板倾角的计算

出于项目经济性及技术可靠性方面的考虑，本工程采用固定式太阳能电池方阵。前后排之间间隔为2．5m。太阳能光伏阵列安装倾角为45°。

3.5 逆变器的设计

由于当地的用电电压为220V，所以选择输出电压为220V的并网逆变器，考虑到用户负载中有感性负载，在启动过程时有较大的冲击电流，同时考虑系统的临时增加负载的情况，因此选取20KW的逆变器。

3.6 方阵支架基础设计

该项目单板采用250W的太阳电池组件，一斜排20块太阳电池组件。其中，单板尺寸为：1640mm×990mm×50mm，架设方阵倾角为45°。方阵支架基础采用C25混凝土现浇，预埋安装地角螺栓，单个基础0．08m3(0．4×0．4×0．6)。

4 光伏方阵电气设计

太阳能发电系统经由系统内并网逆变器将太阳能直流电转换为交流电，并入建筑物内低压电网，供建筑负载使用。在配电室低压进线总开关内层安装防逆流装置，避免电流送入外部高压电网。

4.1 系统直流侧最高工作电压

在光伏并网发电系统中，系统直流侧的最高工作电压主要取决于在直流回路中直流断路器额定工作电压，以及逆变器直流侧最高电压。直流输入范围一般在200V～510V之间，最大输入电压为600V。

4.2 组件串联方式设计

系统分成10个20KW的并网发电单元，每个20KW的并网发电单元都接入10KV升压站的0．4KV低压配电柜，经过0．4KV/10KV (200KVA)变压器升压装置，最终实现整个并网发电系统并入10KV中压交流电网。

逆变器输出为三相0．4KV电压。每台逆变器的交流输出接入交流配电柜，经交流断路器接入升压变压器的0．4KV侧，并配有逆变器的发电计量表。每台交流配电柜装有交流电网电压表和输出电流表，可以直观地显示电网侧电压及发电电流。

5 系统接入电网设计

由于整个系统需要并入10KV的交流电网，所以本系统需配置1套10KV升压站，该升压站主要包含10KV主变、10KV 开关柜、0．4KV开关柜以及直流电源、二次控制柜等装置。系统配置10台并网逆变器的交流输出直接接入交流配电柜的0．4KV开关柜，经交流低压母线汇流后通过10KV主变接入高压的10KV开关柜，并入10KV中压交流电网，从而最终实现系统的并网发电功能。

6 接地及防雷

为了保证本工程光伏离网发电系统安全可靠，防止因雷击、浪涌等外在因素导致系统器件的损坏，本系统设有防雷接地系统。 在施工期进行基础建设的同时，用-40×4的扁钢可靠焊接，形成人工接地体，接地电阻应小于4欧姆。在配电室附近建一避雷针，高15米，并单独做一地线，方法同上。所有的机柜要有良好的接地。

直流侧防雷措施：电池支架应保证良好的接地，光伏电池阵列连接电缆接入直流防雷配电箱，配电箱内已含高压防雷器保护装置，电池阵列汇流后再接入直流防雷配电柜，经过多级防雷装置可有效地避免雷击导致设备的损坏。

交流侧防雷措施：离网逆变器的交流输出经交流防雷配电柜接入用户交流负载，可有效地避免雷击和浪涌导致设备的损坏。

[1]赵争鸣,等编著.太阳能光伏发电及其应用.北京:科学出版社,2005.

[2]沈辉,曾祖勤.太阳能光伏发电技术.北京:化学工业出版社,2005.

[3]司传涛,周林,张有玉,刘强,冯玉.光伏阵列输出特性与MPPT控制仿真研究[J].华东电力,2010.

[4]廖志凌.太阳能独立光伏发电系统关键技术研究[D].南京:南京航空航天大学,2008.

[5]谢萍刘永强,马士超,黄俊彦.光伏系统并网逆变器控制策略[J].智能电网与智能电器,2010,(14): 24-27.

[6]刘凤君.正弦波逆变器[M].北京:科学出版社,2002.

[7]苏建徽,余世杰,赵为,等.硅太阳电池工程用数学模型[J].太阳能学报,2001,22(4):409-412.

[8]袁路路,苏海滨,武东辉,等.基于模糊理论的光伏发电最大功率点跟踪控制策略研究[J].电力学报,2009,24(2):86-89.

[9]张承慧,叶颖,陈阿莲,等.基于输出电流控制的光伏并网逆变电源[J].电工技术学报,2007,22(8):41-45.

[10]王长贵,王斯成.太阳能光伏发电实用技术[M].北京:化学工业出版社,2005．