开州东里片区60.5 MWp光伏项目设计方案.pdf

光源与照明 总第 178 期 2023 年 3 月 超越照明109开州东里片区 60.5 MWp 光伏项目设计方案黄 皓，黄 勇，黄思奥重庆开州发电有限公司，重庆 405400摘要：为落实国家“双碳”政策，重庆市开州东里片区将建设装机规模为 60.5 MWp 的光伏项目，该项目有益于提升电能质量，得到稳定可靠的电源。项目的开发将带动当地社会经济发展，降低正常耗能所带来的环境效应，与此同时，也为全国产业转型升级和经济社会发展作出贡献，满足区域经济的需求，具有较好的社会效益和综合经济效益。文章针对开州东里片区60.5 MWp 光伏项目总体方案设计进行了研究，可供同类型屋顶分布式光伏发电系统新能源项目的开发提供参考。关键词：光伏项目；方案设计；单晶硅；串式逆变器分类号：TM6150 引言近些年，随着人们对于电力工程需求的增加和石油化工能源日益匮乏，可再生能源在日常生活中起到的作用越来越重要1。国家主席习近平在气候雄心峰会上视频发布名为继往开来，开启全球应对气候变化新征程的重要讲话，公布我国将独立为一系列创新举措作出贡献2。到 2030 年，中国单位国内生产总值（GDP）CO2排放量将比 2005 年降低 65%，非化石能源占一次能源消费的比例有望突破 25%，森林蓄积量比 2005 年提升 6109 m3，风能发电、太阳能发电站的总装机容量为 1.2109 kW 以上3。随着对各种分布式清洁可再生能源重视度的提高，全世界能源需求向清洁、低碳环保、电气自动化方向转变，以风能、太阳能发电为代表的可再生能源发电日益获得重视。针对新能源项目的开发，文章对开州东里片区 60.5 MWp光伏项目展开了研究。1 项目概况重庆市开州东里片区光伏项目的建设地点位于重庆市开州区高桥镇和温泉镇，中心点坐标为 N31.35，E108.5，海拔高程为 540 1 050 m。项目初步规划直流侧建设装机规模为 60.560 5 MWp。项目所在地太阳能资源丰富，按照 Solargis 太阳总辐射数据，场址处水平面太阳总辐射年平均值为 1 119.6 kWh/（m2a），约合 4 030.4 MJ/m2。总辐射、直接辐射、散射辐射均为夏季大、冬季小。根据国家标准太阳能资源评估方法（GB/T 375262019），该地区属于太阳能资源丰富区，具备一定的开发前景4。2 光伏系统设计方案2.1 光伏组件选型当前，单晶硅、多晶硅及非晶硅薄膜太阳能电池因质量稳定、性能平稳、使用寿命长、光电转换效果好的特性，广泛用于大中型光伏电站项目中。根据综合分析，为了保证发电效率，提升光伏电站发电能力，确保光伏电站项目使用期限，拟采用单晶硅电池，如图 1 所示。充分考虑部件单体输出功率、应用性能平稳性，项目拟采用单体输出功率为 550 Wp 的单晶硅部件5。图 1 单晶硅电池和组件2.2 光伏阵列运行方式选择光伏阵列主要结合光伏电站场址规划和实地条件因地制宜设计，结合项目地形特点和总成本的控制要求，主要利用荒山荒地等建设光伏阵列，同时综合考虑单位面积辐射量、组件间距、电缆损耗等因素，采作者简介：黄皓，男，本科，工程师，研究方向为火电安全生产管理、新能源建设、运维安全生产管理。文章编号：2096-9317（2023）03-0109-03 超越照明 2023 年 第 3 期 总第 178 期 光源与照明110用固定式光伏组件安装方式，如图 2 所示。为避免阴影影响，光伏阵列的固定安装最佳倾角为 19，南北向相邻两排中心间距为 8.0 m，东西向相邻两列净间距为 0.5 m6。图 2 固定式光伏组件安装方式2.3 逆变器选型逆变器是光伏电站完成并网的关键设备，其稳定性、效率和安全性决定着光伏发电并网质量7。设计人员比较了目前市面上应用比较多的主流逆变器的关键技术参数，基于项目光伏电站的具体装机容量和整体配备状况，拟采用 196 kW 串式逆变器，其性能参数如表 1 所示。表 1 196 kW 组串式逆变器技术参数参数取值额定输出功率/kW196最大输出功率（25）/kW216每路 MPPT 最大输入电流/A26最大效率99%额定输入电压/V1 080（DC）MPPT 电压范围/V500 1 500（DC）MPPT 数量9直流输入路数18电网电压/V800输出频率范围/Hz50/60总电流波形畸变率 3%（额定功率时）功率因数（额定功率下）0.99功率因数可调范围0.8（超前）0.8（滞后）工作环境温度范围/-25 +60逆变器冷却方式智能风冷2.4 光伏串列设计项目直流侧装机容量为 60.560 5 MWp，推荐采用分块发电量、分布式系统连接配网和部分集中化并网方案。光伏电站主要由光伏阵列、直流-交流逆变设备、升压并网设施、控制检测系统、配套设施智能辅助系统构成8。项目采用的逆变器的最大输入电压为1 500 V，光伏组件的开路电压为 49.9 V，峰值工作电压为 41.96 V，开路电压温度系数为-0.275%/，当地极端最低气温为-3.6。基于光伏发电站设计规范要求，光伏组件串的串联数应按下列公式计算：（1）（2）式中：Vdcmax为逆变器允许最大直流输入电压，V；Vmpptmin为逆变器 MPPT 电压最小值，V；Vmpptmax为逆变器 MPPT 电压最大值，V；Voc为光伏组件开路电压，V；Vpm为光伏组件工作电压，V；KV为光伏组件开路电压温度系数；vK为光伏组件工作电压温度系数；t 为光伏组件工作条件下的极限最高温度，；t 为光伏组件工作条件下的极限最低温度，；N 为光伏组件串联数（N取整数）。光伏逆变器直流工作电压范围为 500 1 500 V，最大工作电压为 1 500 V。在 STC 条件下，光伏组件的MPPT 电压为 41.96 V，开路电压为 49.9 V。项目所在地历年最低气温为 3.6。经计算，项目串联光伏组件数量 N 的取值范围为 13 27.87。因此，光伏组件串联的数量选择 26。基于以上计算，每个光伏串列由 26 块组件连接，每个光伏支架上安装 1 个光伏串列。根据现场场地布置情况，每个支架南北向布置 2 块光伏组件，东西向布置 13 块光伏组件，每个支架布置 213=26 块组件，平面尺寸为 14.982 m4.590 m，组件与组件之间留有0.02 m 空隙以减少方阵面上的风压，如图 3 所示。每26 个光伏组件串联作为完整的并接环路，确保了日常的维护保养、查验和故障精准定位。2.5 电气部分设计2.5.1 电气一次设计项目规划直流侧总容量为 60.560 5 MWp，交流侧装机容量为 47.236 MW。同期配套建设 2 座 35 kV 预制舱开关站，以 35 kV 电压等级接入电网9。（1）35 kV 温泉开关站接线：单母线接线，设 1 组PT 设备、1 回系统出线、2 回集电线路进线、1 回无功补偿回路、1 回接地变兼站用变10。（2）35 kV 高桥开关站接线：单母线接线，设 1 组PT 设备、1 回系统出线、1 回集电线路进线、1 回无功补偿回路、1 回接地变兼站用变11。2.5.2 电气二次设计（1）监控系统。开关站按照“无人值守”形式设光源与照明 总第 178 期 2023 年 3 月 超越照明111计。交换机配置了计算机监控系统，具备远程控制作用，可以根据调度运行的要求，对网络交换机层面收集的各种实时动态和信息进行处理，并传送给调度中心。计算机监控范围包含电池组、逆变电源、35 kV 电力箱式变压器、35 kV 母线、35 kV 配电线路隔离开关、35 kV 母线电压互感器、厂用电和直流电源系统等12。在每个光伏阵列设定了监控系统，共 30 套就地光伏发电通信柜，各设在箱变内，收集箱变、逆变器信息，通过交换机与开关站计算机监控系统相连13。（2）继电保护。光伏电站内的电气设备由微机继电保护。35 kV 配电线路继电保护根据继电保护和安全自动装置技术规程（GB/T 142852006）配置14。（3）通信系统。光伏电站通信系统主要包含系统通信、站内部通信和与公共通信网络的通信三个部分。光伏电站系统通信是通过供电系统上级主管单位为光伏电站的生产调度和科学化管理给予安全通道，为继电保护、远动、计量检定和计算机监控系统提供全方位信息传输通道15。站内部通信用于光伏电站生产运营、调度调令和行政办公等部门间的业务流程联系和对外开放通信联络。站内部通信分为开关网站内部行政部门生产调度通信和光伏电站内通信。光伏电站需要和本地公共通信网络创建通信联系，满足对外传送数据和光纤上网等通信要求，并且为光伏电站自动化和远程系统预留与供电系统通信的备用安全通道。3 结论重庆市开州东里片区光伏项目所在地太阳能资源丰富，考虑光伏电池年衰减损耗后，电站建成后首年光伏电站年上网电量为 5.946 7107 kWh，首年等效满负荷运行小时数约为 981.9 h，在运行期 25 年内的光伏电站年平均上网电量为 5.543 1107 kWh，25 年平均等效满负荷运行小时数约为 915.3 h。光伏电站建设在技术和经济上是可行的，同时有较好的环境效益。参考文献1 卓振宇,张宁,谢小荣,等.高比例可再生能源电力系统关键技术及发展挑战J.电力系统自动化,2021,45(9):171-191.2 王利宁,苏义脑,陆亚晨,等.实现碳中和目标的路径与对策J.石油科技论坛,2022,41(1):63-70.3 宋国恺.中国落实碳达峰、碳中和目标的行动主体及实现措施J.城市与环境研究,2021(4):47-60.4 田晓军,张铁壁,金坎辉.集中式光伏电站电网接入系统的典型设计方案J.太阳能,2020(12):77-81.5 徐艳.太阳能光伏发电系统设计与安装要点探究J.新型工业化,2022,12(1):98-100.6 孙安,陈阳.基于灰色预测的自动化太阳能光伏并网发电系统设计J.流体测量与控制,2022,3(6):87-91.7 任涛,韩一峰,韩硕,等.n型高效光伏组件发电性能研究J.太阳能学报,2022,43(12):13-18.8 黄锋,潘正伟,肖丽丽.基于故障树的光伏发电项目施工安全管理研究J.建筑经济,2022,43(S2):212-216.9 王志洁,李书江,胡红阳,等.构网型光伏发电系统振荡模态分析及抑制策略J.电力电子技术,2022,56(12):82-86.10 曹岚,沈银钢,施春燕,等.户用光伏组件远程监控Web端设计J.制造业自动化,2023,45(2):111-113,153.11 杨萍,陈卓,罗婷,等.基于VSG的光伏发电与混合储能的控制方法J.电网与清洁能源,2023,39(2):83-91,113.12 王春.低碳发展背景下光伏发电项目建设及管理问题J.储能科学与技术,2023,12(2):635-636.13 张家安,郝峰,董存,等.基于两阶段不确定性量化的光伏发电超短期功率预测J.太阳能学报,2023,44(1):69-77.14 宋福龙,陈晨,张雯悦,等.省域水上光伏发电潜力分析评估方法及应用J.全球能源互联网,2023,6(1):33-44.15 贾凌云,云斯宁,赵泽妮,等.神经网络短期光伏发电预测的应用研究进展J.太阳能学报,2022,43(12):88-97.14.982 m2.285 m1.134 m4.590 m图 3 单个光伏支架光伏串列布置（213）示意图