1、1分布式光伏电站维护实验讲义戴建国 编2014.42目 录实验 1 Pvsyst 光伏发电系统仿真软件学习 3实验 2 基于 Pvsyst 光伏电站的仿真7实验 3 10kW 集中式光伏电站设计 15实验 4 8MW 分布式光伏电站设计 183实验 1 Pvsyst 光伏发电系统仿真软件学习一、实验目的熟悉 Pvsyst 光伏发电系统仿真软件。二、预习内容阅读教材中的光伏电站的构成和组态。三、实验原理PVSYST 的一款光伏系统设计辅助软件，用于指导光伏系统设计及对光伏系统进行发电量进行模拟计算。主要功能如下：1.设定光伏系统种类：并网型、独立型、光伏水泵等；2.设定光伏组件的排布参数：固定方
2、式、光伏方阵倾斜角、行距、方位角等；3.架构建筑物对光伏系统遮阴影响评估 、计算遮阴时间及遮阴比例；4.模拟不同类型光伏系统的发电量及系统发电效率；5.研究光伏系统的环境参数。四、实验仪器与器件1 台 PC 机，Pvsyst 软件五、实验内容与步骤（1）Pvsyst 的界面介绍左侧三个选项为：1、初步设计 2、工程设计 3、工具右侧四个选项为： 1、并网型光伏系统 2、独立性光伏系统 3、水泵光伏系统 4、直流并网光伏系统4（2）并网光伏系统初步设计的使用介绍1、先选择 Preliminary design Grid-Connected 然后点击 OK。2、选择地理位置：3、设置光伏系统基本参
3、数左边的三个选项为组件面积、装机容量、年发电量，他们为三选一，内部存在的转换公式。一般取装机容量。方位角一般取 0 度，即北半球朝正南，南半球朝正北。54、行距设计点击 More detail 选择第二个进入地面光伏电站排布设计。通过调整行距，使得遮挡情况和遮阴损失达到合理的设计值。5、光伏系统参数设置组件类型设置影响组件的面积与装机容量的关系；通风类型影响装机容量与发电量的关系；安装类型影响安装的成本（我们没有采用这个成本模式） 。66、初步设计结果得出初步设计的结果，主要的参数有各月的地面辐照度、倾斜面上辐照度、发电量。可以调整不同的参数，对比初步项目的发电量。六、实验报告要求（1）列表整
4、理实验数据并进行数据分析。（2）列出 Pvsyst 仿真光伏发电系统步骤。七、思考题7光伏电站光伏方阵容量、蓄电池组容量等计算方法如何应用于Pvsyst 软件中。实验 2 基于 Pvsyst 光伏电站的仿真一、实验目的熟悉应用 Pvsyst 软件仿真并网光伏发电系统。二、预习内容阅读教材中的光伏电站的构成和组态。三、实验原理Pvsyst 是一款光伏系统设计辅助软件，用于指导光伏系统设计及对光伏系统进行发电量进行模拟计算。四、实验仪器与器件1 台 PC 机，Pvsyst 软件五、实验内容与步骤1、选择 Project design Grid-Connected 然后点击 OK，进入下图界面。82
5、、项目和场址气候信息。在下图输入项目的信息然后点击 Site and Meteo；3、光伏阵列的排布。点 Orientation 进入下图的光伏阵列排布方式：固定、跟踪、不同方位角等。这边的排布方式如果有遮挡，不能和遮挡建模共存。4、光伏方阵遮挡建模。点 Near shadings 进入下面界面。94、光伏系统设计5、光伏系统参数设置当光伏系统设计完成后，点击 detailed losses 进入系统参数设置。从左到右分别是：温度损失；电阻损失；组件质量及失配损失；灰尘损失；辐照损失。106、设计完成模拟计算点 Simulation 进入下图计算，然后再点击下图的 Simulation。7、出
6、报告数据库11在主界面点击 Tools，进入下面界面，可以在里面查看或建数据库。1、地理信息点击 New 建新地理信息，接入如下界面，填入准确信息。进入下图界面，输入气候信息。可手动输入参数，或从 NASA 直12接导入。2、组件信息点 PV module，进入组件库，然后点 New 建新组件模型，见下图，输入具体参数。填写组件的尺寸信息：13组件模型建立完成，可以查看组件电气参数曲线。143、逆变器点 Grid Inverter 进入逆变器库，点 New 进入下图界面。3、太阳参数库15六、实验报告要求（1）列表整理实验数据并进行数据分析。（2）列出 Pvsyst 仿真并网光伏发电系统步骤。
7、七、思考题并网光伏系统和离网光伏发电系统的应用场合有什么不同。实验 3 10kW 集中式光伏电站设计一、实验目的根据国际能源机构(IEA)分类，小规模光伏电站的容量在 100kWp以下。根据接入电压分类，接入电压等级为 0.4kV 低压电网的光伏电站为小型光伏电站。小型光伏电站的装机容量一般不超过 200kWp。 二、预习内容阅读教材中小型集中式光伏电站的组建。三、总体技术方案1.设计总则2.电池组件及阵列支架的设计3.并网逆变器4.配电室设计5.并网发电系统的防雷6.并网发电系统配置表7.10kWp 并网发电系统光电场配套图样 四、设计步骤1.设计总则(1)光伏系统的并网点选择低压配电柜。(
8、2)在并网逆变器的直流输入端加装直流配电接线箱。(3)并网逆变器采用三相四线制的输出方式。 162.电池组件及阵列支架的设计(1)电池组件的主要参数。(2)阵列设计。(3)光伏电池阵列的技术要求。(4)阵列支架。3.并网逆变器序号 参数 数值1 额定容量/kW 102 直流额定电压/V 3003 直流额定电流/A 374 直流电压输入范围/V 1604805 交流输出功率因数 0.996 频率/Hz 507 三相交流电压/V AC 2208 输出电流失真度 THD5 9 逆变器效率() 904.配电室设计 由于并网发电系统没有蓄电池及太阳能充放电控制器及交直流配电系统，因此，如果条件允许的话，
9、可以将并网发电系统逆变器放在并网点的低压配电室内，否则要单独建一座 46m2 的低压配电室。 5.并网发电系统的防雷(1)地线是避雷、防雷的关键，在进行配电室基础建设和光伏电池阵列基础建设的同时，选择光电场附近土层较厚、潮湿的地点，挖一个 2m 深的地线坑，采用 40mm 扁钢，引出线采用 35mm2 铜芯电缆，接地电阻应小于 4。(2)在配电室附近建一个接闪杆，高 15m，并单独做地线，方法同上。(3)光伏电池阵列电缆进入配电室的电压为 DC220V，采用 PVC管地埋，加浪涌保护器保护。(4)并网逆变器交流输出线采用防雷箱一级保护( 并网逆变器内有交流输出浪涌保)。6.并网发电系统配置表序
10、号名称 规格 单位 数量 备注1 光伏电池组件120Wp 块 902 支架线缆 套 5173 并网逆变器 10kW 台 1 并网型三相四线4 接线箱 台 15 避雷器及接地设备套 1 接闪杆高要求为 15m6 配电室 m2 46 如有配电室则不考虑7.10kWp 并网发电系统光电场配套图样 六、实验报告要求按照设计方案和设计步骤写完整设计报告。18实验 4 8 MW 分布式光伏电站设计一、实验目的在 Pvsyst 软件并网光伏发电系统仿真的基础上，设计敦煌区 8 MW 分布式 光伏电站。二、预习内容阅读教材中的大型光伏电站的构成和组态。三、总体技术方案“集中安装建设,多支路上网” 在电气线路上
11、,分为 8 个独立的 1MWp 分系统,分别发电上网; 1MWp 分系统包括 5 个 200kWp 的发电单元、一台 1000kVA 变压器; 每个发电单元由 200kWp 组件、200kVA 并网逆变器组成,输出0.4kV 三相交流电.特点: 每个 200kWp 的发电单元即是一个低压并网光伏发电系统* 直接并网给用户供电,* 经变压器升压后并入高压电网 8 个独立的 1MWp 并网光伏分系统之间没有任何电气联系.* 可分别实施工程建设及运行与维护管理;* 局部故障检修时不影响整个系统的运行. 可灵活地以各种“交钥匙工程”方式进行项目建设 :* 整体承包、分系统承包、单个发电单元分包等. 便
12、于进行各种不同元器件设备、不同技术设计的技术经济性能评估.19* 国产设备和进口设备;* 晶体硅、非晶硅、及其他组件;* 不同安装方式(固定式、单轴跟踪及全跟踪等) 四、实验仪器与器件1 台 PC 机，Pvsyst 软件五、实验内容与步骤(1) 设计框图（2）系统构成20 光伏阵列:包括太阳电池组件、支承结构(支架及基础等) 、接线箱、电缆电线等; 直流-交流逆变设备:包括直流屏、配电柜、并网逆变器等; 升压并网设施:包括升压变压器、户外真空断路器、高压避雷器等; 控制检测系统:包括系统控制装置、数据检测及处理与显示系统、远程信息交换设备等; 附属设施:防雷及接地装置、清洁设备、厂房及办公室、
13、围栏、通道及道路等.（3）主要设备及其主要技术要求 太阳电池组件: 总容量 8MWp.优选晶体硅组件.适量试用其他组件. 支承结构: 足够的强度 ;防腐蚀. 并网逆变器: 有最大功率跟踪 (MPPT)功能; 效率 93. 升压变压器: 控制检测及远程信息交换: 采集并记录运行数据，如气象资料、电性能参数、设备工作状态等; 执行相关的控制操作,如切合逆变器的输出、太阳电池方阵的输出, 有自动跟踪时太阳电池方阵的跟踪控制等; 系统故障的自动保护功能,记录并保存故障信息,发送报警信号; 遥控、遥测等远程信息交换功能. 机房与办公室: 防雷及接地保护: 符合国家标准规定的技术要求; 直流侧与交流侧都需
14、有接地保护; 有足够的防雷保护范围,并且不得遮挡光电场的太阳辐射. 场地道路: 防护围栏: 足够的高度和强度以满足防护要求; 21 距光伏方阵有一定的距离以免遮挡光电场的太阳辐射.（4）发电量预测1. 气象资料表 2. 敦煌地区太阳辐射数据表2. 倾斜面光伏阵列表面的太阳辐射量:从气象站得到的资料,一般为水平面上的太阳辐射量,须换算成光伏阵列倾斜面的辐射量,才能进行光伏系统发电量的计算.计算日辐射量的公式:R= Ssin(- )/sin + D式中;R 倾斜方阵面上的太阳总辐射量D 散射辐射量,假定 D 与斜面倾角无关;S 水平面上的太阳直接辐射量 方阵倾角 中午时分的太阳高度角.对于北半球地
15、理纬度= 的地区, 与太阳赤纬角 的关系如下:= 900 -+ 其中, =23.45*sin360*(284+N)/365(度), N 为一年中某日的日期序号，如 1 月 1 日的 N=1,2 月 1 日的 N=32, 12 月 31 日的 N=365 等。表 3. 敦煌地区不同角度倾斜面的太阳辐射量表(kWh/m2)(纬度 = 40.6)22表 4. 敦煌地区各月最佳倾角的角度及对应太阳辐射量表(kWh/m2)3. 并网光伏系统的效率分析1).光伏阵列效率 1: 光伏阵列在 1000W/太阳辐射强度下,实际的直流输出功率与标称功率之比. 光伏阵列在能量转换与传输过程中的损失包括: 组件匹配损
16、失 :对于精心设计、精心施工的系统,约有 4%的损失; 太阳辐射损失 :包括组件表面尘埃遮挡及不可利用的低、弱太阳辐射损失,取值 5%; 偏离最大功率点损失: 如温度的影响、最大功率点跟踪(MPPT)精度等.取值 4%; 直流线路损失:按有关标准规定,应小于 3%.得: 1 = 96% 95% 96% 97% = 85%2).逆变器的转换效率 2 : 逆变器输出的交流电功率与直流输入功率之比.对于大型并网逆变器,可取 1 = 95%.3). 交流并网效率 3: 从逆变器输出至高压电网的传输效率,其中最主要的是变压器的效率.可取 3 = 5%.月 份 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8
17、月 9月 10月 1月 12月 全 年倾 角 60542302015203040506065辐 射 量(kWh/m2)15415719618025024623426198193160147234123 系统的总效率等于上述各部分效率的乘积: = 123 = 85%95%95% = 77%（5）技术设计实例完整的系统设计方案应包括:系统配置图、太阳能电池方阵的设计、逆变器的设计、输变电设计、防雷接地设计、土建设计（机房、变电站面积和布局、场内道路、光伏组件基础、防雷接地基础、围栏、接线）等。本案例仅做初步的电气设计及系统规模和主要技术参数.1. 主要设备选项 1). 太阳电池组件: 国产 160
18、Wp 多晶硅太阳电池组件.2). 并网逆变器: 性能可靠、效率高、可进行多机并联的进口产品，额定容量为 200kW. 3). 交流升压变压器:国产(0.4)KV/(35-38.5)KV 电力变压器,容量 1000KVA. 4). 避雷装置: 装设避雷设施防直接雷击,并需有良好的接地.2. 太阳能电池方阵设计1). 200kWp 发电单元的光伏方阵设计: 18 块 组件串联得到逆变器所要求的电压 验算: 最高输出电压 = 792 V ; 最大功率点电压= 640.8V; 组件结温比标准状态升高 70时,最大功率点电压 = 461V. 逆变器输入电压(450-800V),最大输入电压(880V),
19、 满足逆变器使用要求。 70 路 并联组成 200kWp 发电单元单个发电单元的容量为：7018160Wp=201,600Wp = 201.6 kWp2) 40 个发电单元组成 8MWp 并网系统 系统总容量: P=40201.6 = 8,064 kWp 需用 160Wp 太阳能电池组件总数量: M=407018 50,400（块）3). 太阳能电池方阵支承结构设计 安装方式设计: 固定式. 结构简单,安全可靠,安装调试及管24理维护都很方便. 固定式支架倾角设计: 根据年发电量计算结果, 倾角定为40。 方阵支架方位角的设计 : 一般情况下,太阳能电池方阵应面向正南安装. 太阳能电池阵列间距
20、的设计计算 : 光伏方阵阵列间距应不小于 D.3. 避雷、防雷及接地保护的设计 1).场地防雷 目的: 使光电场及附属设施免遭直接雷击. 方式: 避雷针 避雷带. 避雷针: 30 米高的避雷针 ,被保护物高度 5 米: 单支避雷针保护半径为35 米 两支避雷针的保护间距175（米） 大面积防护,须采用网点结构,布建多座避雷塔,会遮挡太阳辐射. : 显然, 光伏阵列的防雷不宜用避雷针方式 . 避雷带: 将金属导体沿被保护物顶部轮廓敷设,并保持适当距离,消引雷电荷、避免直接雷击. 阵列支架本身就是金属导体,只要将支架良好接地,即可达到防雷效果.2).电网线路防雷直流侧的防雷: 逆变器内部有防雷系统
21、 ;交流侧的防雷: 使用符合国家标准的避雷器。3).系统接地保护设计：雷电保护系统的接地电阻应符合 DL/T 620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合的要求;(一般不应大于 10，在高土壤电阻率地区的接地电阻不应大于 30). 线路接地系统应符合 DL/T 621-1997 交流电气装置的接地以及 DL499-92农村低压电力技术规程的技术要求(一般不应大于 4);干旱戈壁滩的土层电阻率高，应设置多个接地坑，放入长效降阻剂，埋设水平接地网以降低接地电阻。5. 系统概貌及主要参数1). 太阳电池组件:国产 160Wp 多晶硅组件,总容量 8.064MWp, 总计 50,400 块组25
22、件. 组件总重量 756 吨.2). 并网逆变器:进口产品,额定容量 200kW.总计 40 台,总容量 8,000kkW. 总重量约 56 吨.3). 交流升压变压器:国产 0.4kV/35kV 电力变压器, 额定容量 1000 kVA. 8 台并联上网,总容量 8,000 kVA.4). 光伏阵列: 固定式面向正南安装, 倾角 40.总计 40 个200kWp 的发电单元.5). 组件支架:200kWp 发电单元的组件安装在 35 个支架上.总计 1,400 个支架. 支架钢材总重约 840 吨.6). 支架基础:每个支架用 12 个混凝土基础上, 总共 16,800 个基础. 浇铸基础约需 5,000 吨水泥沙石.7). 系统总占地面积: 约 30 万平方米.其中光伏阵列约占 21 万平方米.8). 系统年总发电量: 约 1,300 万 kWh,平均每天发电 3.6 万 kWh 六、实验报告要求按照设计方案和设计步骤写完整设计报告。七、思考题软件仿真在工程设计中的作用。
