100mw光伏并網(wǎng)電站電氣系統(tǒng)設(shè)計

榮光100MW光伏發(fā)電一次電氣系統(tǒng)設(shè)計摘要隨著現(xiàn)在科技的迅速發(fā)展，我們在享受科技帶來的好處的同時。人們開始更加的注重生活的品味，這也意味著需要對可以提出更高的要求了。在我國對改革的不斷推進(jìn)下，追求綠色發(fā)展是我們主要的目標(biāo)，在提高生活質(zhì)量的同時也要對環(huán)境進(jìn)行應(yīng)有的保護(hù)，這是保持可持續(xù)發(fā)展的必要條件，也是對國家政策的有力支持。能源危機(jī)問題一直困擾著我們大部分科學(xué)家們。然而作為新能源中的太陽能，理想情況下可以接近完美地解決這一問題，它既符合綠色生活和可持續(xù)發(fā)展，也能很好地緩解如今所面臨的能源危機(jī)問題。如今，世界上各個科技強(qiáng)國和各個科學(xué)研究組織均積極開發(fā)和探索太陽能這一清潔能源。太陽能光伏電站利用太陽能進(jìn)行發(fā)電也越來越走近大眾的生活，與我們的生活變得息息相關(guān)。本文采取的光伏發(fā)電電力系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)，就是利用太陽能電池進(jìn)行大規(guī)模發(fā)電并經(jīng)過一系列的整流逆變發(fā)出符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的50HZ100MW正弦交流電與國家電網(wǎng)并網(wǎng)以供人們正常使用的電力系統(tǒng)。論文的研究成果對了解和學(xué)習(xí)光伏發(fā)電的相關(guān)概念和原理以及建設(shè)光伏發(fā)電電力系統(tǒng)有著重要的研究意義和借鑒參考實踐價值。關(guān)鍵詞：新能源；綠色生活；可持續(xù)發(fā)展；光伏發(fā)電；電力系統(tǒng)目錄TOC\o"1-3"\h\u28200摘要 115067ABSTRACT 2278501光伏行業(yè)介紹 5327281.1研究背景和意義 5146731.1.1研究背景 5116281.1.2研究意義 5179751.2國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 5226361.2.1國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 662051.2.2國外發(fā)展現(xiàn)狀 74331美國 7276961.3本文研究內(nèi)容 83512光伏發(fā)電 8102512.1光伏發(fā)電系統(tǒng)原理 8122382.1.1光伏發(fā)電系統(tǒng)介紹 8230122.1.2光伏發(fā)電系統(tǒng)原理 8147052.2本文系統(tǒng)介紹 9234332.2.1系統(tǒng)原理簡介 9257202.2.2太陽能電池 10101662.2.3逆變及其并網(wǎng)控制 102033負(fù)荷計算以及光伏電池選型 1157073.1.3光伏系統(tǒng)容量設(shè)計 1261463.2防雷匯流箱和監(jiān)控系統(tǒng)介紹 1379183.2.1防雷匯流箱選型 13117493.2.2監(jiān)控系統(tǒng)介紹 13322504導(dǎo)線及其斷路器選型 1377384.1短路計算 13137424.2發(fā)電廠電纜選型 17188554.2.1導(dǎo)體的選型 17301914.2.2導(dǎo)體截面計算 1848444.2.3選線電纜總結(jié) 1818314.3接觸器選型等級 18304154.3.1發(fā)電廠高壓斷路器選型 18309764.3.2廠用斷路器選型 19178184.4變壓器選型 19141184.4.1連接組別的選擇 1959594.4.2變壓器容量計算 19113984.5配電柜選型 2041134.6電表選擇 20193915總結(jié)與展望 21120835.1本文研究總結(jié) 21106185.2光伏行業(yè)展望 2131083參考文獻(xiàn) 231光伏行業(yè)介紹1.1研究背景和意義1.1.1研究背景在今天我國的社會進(jìn)入了一個高科技的時代，科技的應(yīng)用已經(jīng)深入到我們生活的方方面面，但是這些仍然還是不能更好的滿足人們，人們對生活質(zhì)量和生活環(huán)境的要求也越來越高，也越來越追求綠色生活和可持續(xù)發(fā)展。伴隨科技快速發(fā)展的同時，能源危機(jī)問題一直困擾著我們大部分科學(xué)家們。然而作為新能源中的太陽能，理想情況下可以接近完美地解決這一問題，它既符合綠色生活和可持續(xù)發(fā)展，也能很好地緩解如今所面臨的能源危機(jī)問題。世界上各個科技強(qiáng)國和各個科學(xué)研究組織均積極開發(fā)和探索太陽能這一清潔能源。太陽能光伏電站利用太陽能進(jìn)行發(fā)電也越來越走近大眾的生活，與我們的生活變得息息相關(guān)。1.1.2研究意義在日新月異的21世紀(jì)，現(xiàn)代化工業(yè)得以快速的發(fā)展，與此同時，其與之俱來的就是能源問題。目前，能源危機(jī)始終恐嚇著世界上所有人，也始終在全球熱門話題中具有一席之地。根據(jù)有關(guān)組織統(tǒng)計，石油在世界初級能源的產(chǎn)量和消費(fèi)中占據(jù)第一位。煤炭，天然氣緊隨其后?？傻厍蛏弦阎某Ｒ?guī)化石能源（石油，天然氣，煤炭）的儲量越來越少，如果不能找到有效地解決辦法，總有一天石油將會慢慢的用完的，并且不會自動的再生出來的。對于石油的開發(fā)從無到有，從使用最原始的技術(shù)到現(xiàn)在的自動化技術(shù)，已經(jīng)過去了140年了。而且現(xiàn)在開發(fā)石油的速度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于以前了。以現(xiàn)在的開發(fā)速度來看，石油將會越來越緊缺的。煤炭和天然氣面臨的窘境也是如此，煤炭在500年內(nèi)將會被開采殆盡，而天然氣的時間將會更短，和石油的可開采持續(xù)時間的相差不大；很明顯，對于新能源的開發(fā)及其應(yīng)用的任務(wù)迫在眉睫。值得慶幸的是，人類在認(rèn)識這方面的危機(jī)的時間不算晚，并在很早以前就開始了在新能源開發(fā)和利用，在如今更是在一些方面上取得巨大的突破和成就，光伏發(fā)電就是新能源中太陽能開發(fā)和利用的典例。光伏發(fā)電作為如今在很多的地方都開始不斷的充分利用太陽能了，有的人就利用太陽產(chǎn)生的光能進(jìn)行相關(guān)的研究，制作了太陽能發(fā)電設(shè)備。為我們提供了解決能源短缺的一種技術(shù)。這種技術(shù)在科研領(lǐng)域中統(tǒng)稱為光伏發(fā)電。這對我們解決全球能源危機(jī)有著舉足輕重的研究地位，對改善全球環(huán)境降低二氧化碳等傳統(tǒng)電站排放廢氣有著重要的研究作用，對改善我國基本民生問題中的用電問題提高我國國民的用電質(zhì)量具有巨大的研究意義。1.2國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r在19世紀(jì)前期的時候，我國還處于落后的狀態(tài)中，而一位法國研究者進(jìn)行了光能研究，終于在1839年的時候取了重要研究成果就是光伏效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，由此打開了光伏發(fā)電的大門。在各個國家的科學(xué)家100多年以來的不斷研究和探索，于1954年發(fā)明出第一塊實用光伏電池。從此以后，太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)由此誕生并在逐步成長的道路上越走越遠(yuǎn)，越走越好，整個光伏產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出蓬勃的朝氣和欣欣向榮的狀態(tài)。在科技發(fā)展速度迅猛的21世紀(jì),各個國家都想充分利用太陽能,因此此技術(shù)發(fā)展的很快,特別是太陽能電池進(jìn)行了快速發(fā)展,關(guān)鍵的原因在于它可以反復(fù)的利用,可以說是用不完的.在世界各個國家領(lǐng)導(dǎo)人及其政府對可持續(xù)發(fā)展理念的進(jìn)一步重視和理解情況下,在世界范圍內(nèi)太陽能的利用規(guī)模擴(kuò)大速度超乎人們想象.通過技術(shù)的不斷地進(jìn)步,太陽能電池的成本也越來越小,透露出良好的產(chǎn)業(yè)前景和強(qiáng)大的發(fā)展?jié)摿?世界上很多國家將太陽能及其衍生產(chǎn)業(yè)作為極其重要的新興產(chǎn)業(yè),太陽能因此得到更加廣泛應(yīng)用.在2000年至2016這16年間,光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度足以達(dá)到令世人驚嘆的地步.據(jù)不完全統(tǒng)計,在2000年至2016年期間,裝機(jī)量迅速的飆升,現(xiàn)在的平均年增長率為41.01%.太陽能之所以發(fā)展的如此迅速,是因為世界各個國家的政府都在全力的去支持這方面的科研,進(jìn)行技術(shù)的攻關(guān)難題,從而加快了技術(shù)的迅速的發(fā)展.這樣才有可能解決相關(guān)的能源問題的.1.2.1國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀光伏行業(yè)在我國煥發(fā)著強(qiáng)大的活力和蓬勃的生機(jī)。我國在世界上多個地方建設(shè)相關(guān)工廠，范圍廣達(dá)全球范圍內(nèi)的20個以上的地區(qū)或國家，相關(guān)產(chǎn)品與世界范圍內(nèi)的近200個地區(qū)或國家進(jìn)行著長期穩(wěn)定的商品交易。如今，光伏行業(yè)作為我國具有國際競爭優(yōu)勢的戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)對我國實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興有著巨大積極的影響。就具體從電池片生產(chǎn)數(shù)量規(guī)模來說，我國的電池片生產(chǎn)數(shù)量規(guī)模在2007年就高登全球榜首并已經(jīng)連續(xù)11年蟬聯(lián)世界冠軍。在2017年期間，中國的太陽能電池片產(chǎn)量已經(jīng)成為全球最大的擁有者了，其對應(yīng)的數(shù)量為68GW，這是其他國家無法比擬的，它可以占到全球的68%左右。但是在2016年的時候僅有現(xiàn)在的1/3左右。而且2017年的太陽能組件方面也有的很大的發(fā)展數(shù)量可以達(dá)到76GW，是世界光伏電池組件總產(chǎn)量的71%，與2016年的光伏電池組件同比增長了43%。從目前的發(fā)展趨勢來看，太陽能的優(yōu)勢越來越明顯了，全球都在對太陽能進(jìn)行布局，最有發(fā)展前景的技術(shù)就是PERC，它代表者太陽能的發(fā)展技術(shù)的。此技術(shù)將有效的提高了太陽能的轉(zhuǎn)換的效率，從而實現(xiàn)了太陽能的高效快速的轉(zhuǎn)化，這樣從某些方面提高了人們的對太陽能的追求。從而使得更多的研究者對其進(jìn)行投入研究。來推動太陽能的技術(shù)發(fā)展。這為解決能源問題提供了重要的幫助和理論技術(shù)的問題。我國在2017年年的時候，我國所擁有的裝機(jī)量為130GW了，這與2012年相比已經(jīng)有了大幅度的提高，但是在2012年以前的時候，我國在這一方面才剛剛開始發(fā)展，這說明近幾年我國進(jìn)行了大量的資金投入和科研人員的投入，從而導(dǎo)致這些光能發(fā)電的出現(xiàn)。近幾年出現(xiàn)的光伏發(fā)電也為我國提供了能源解決的重要途徑，這也是我們拓展國外市場的重要階段。關(guān)于這些方面的產(chǎn)品，主要通過出口銷售給世界上其他國家或地區(qū)。在2013年，我國政府通過相關(guān)部委出臺一系列政策文件大力支持鼓勵國內(nèi)光伏市場的開發(fā)，我國國內(nèi)的光伏市場出現(xiàn)井噴并保持著強(qiáng)大活力。日前，對于光伏產(chǎn)業(yè)我國始終走在世界的前面，生產(chǎn)出的光伏發(fā)電產(chǎn)品在市場上具有較強(qiáng)的競爭力，這對于我國來書是非常有意義的，可以在這方面占據(jù)著主導(dǎo)權(quán)，歐美對這一塊的研究還是不是很好，這也是我國占主導(dǎo)地位的一個原因。這也使得我國將會投入更多的人力和物力進(jìn)行科學(xué)研究了。從而使得我國對光伏行業(yè)制造的絕大部分關(guān)鍵設(shè)備的本土化制造以及智能制造。其制造水平位居世界前列。1.2.2國外發(fā)展現(xiàn)狀美國在光伏行業(yè)美國是最先開展研究的并將相關(guān)的研究成果方應(yīng)用在實際的社會生產(chǎn)中的。在美國政府的相關(guān)幫助下，不斷的進(jìn)行光伏技術(shù)的改進(jìn)與研發(fā)，使得光伏發(fā)電在不斷的增長，同時也給美國的國民生產(chǎn)帶來了很大的社會效益，因此有更多的美國科研工作投入到這方面的領(lǐng)域中，為光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。因此光伏行業(yè)開始成為美國的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。光伏電站成為美國整個光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展的重大一部分。在2012年期間，美國的光伏行業(yè)在數(shù)量和發(fā)電量上均有大幅度增長。同2011年相比，增加了80%的新裝機(jī)容量，達(dá)33億千瓦（3.3GW），在6年時間里，每年的增長率均超過了40%，在過去的10間，光伏行業(yè)的復(fù)合增長率為65%，總裝機(jī)量為原來的3.5倍，光伏產(chǎn)業(yè)已經(jīng)應(yīng)用到美國行業(yè)的方方面面了，在商業(yè)建筑領(lǐng)域為各個建筑物提供電能10億卡瓦。于此同時也為美國的家庭用電提供了5億卡瓦的電能。這些充分說明了光電產(chǎn)業(yè)在美國本土受到了廣泛的應(yīng)用。從使得光伏產(chǎn)業(yè)的裝機(jī)量在2019年達(dá)到了70GW，與2018年同比30%了。與此同時，美國能源新增裝機(jī)總量的40%為美國的太陽能新增裝機(jī)容量，對整個美國能源新增裝機(jī)總量有著舉足輕重的地位和影響，是該行業(yè)歷年以來最大份額，相比于十年前的2009年的新增光伏裝機(jī)量的1GW增加了70多倍。日本作為最早制定光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策的國家之一日本，在2007年的時候?qū)﹂_始注重光伏發(fā)電裝置的安裝了，他們采用了新型的安裝技術(shù)，進(jìn)行的光伏發(fā)電系統(tǒng)的研發(fā)，使其安裝起來方便已操作，因此他們國家的安裝量是更大的達(dá)到了中國的4倍還多。累計已經(jīng)打了1918.891MW。這些安裝的其中主要是日本的普通民眾，這說明在日本已經(jīng)普及化的應(yīng)用在生活中。越南中國也推動了東南亞的光伏市場，在越南正在進(jìn)行著火熱的技術(shù)開發(fā)與研究，每年的增長率在10%左右，使得這些市場在不斷的進(jìn)行擴(kuò)大化，每天都吸引著很多的技術(shù)人員進(jìn)行相關(guān)的研究實現(xiàn)了能源市場的發(fā)展與經(jīng)濟(jì)化。這樣更有利于它的發(fā)展。同時也吸引了世界各個對其進(jìn)行相關(guān)的投資和直接對其進(jìn)行相關(guān)的援助。截至到2019年6月30日，越南的相關(guān)的裝機(jī)量也有了大幅度的提高，已經(jīng)有上百家并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)向越南全國進(jìn)行輸送電能了，這使得這個國建的發(fā)電量進(jìn)行了全面的發(fā)展與進(jìn)步使得人們對這項節(jié)能的產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了興趣使其能夠不斷的快速發(fā)展，相關(guān)的光能發(fā)電技術(shù)已經(jīng)過越南國家電力系統(tǒng)調(diào)度中心檢查，在越南這個國家中，在2019年時，他們國家在全國的裝機(jī)量在630MW左右，已經(jīng)有了很多的企業(yè)選擇按住那個光能發(fā)電裝置，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換為公司的相關(guān)的動能提供了重要的理論依據(jù)。越南國家對應(yīng)的相關(guān)部門對其并網(wǎng)條件的檢查使其成功并入越南國家電網(wǎng)，越南就有著近百家的太陽能發(fā)電廠。在越南，使用太陽能進(jìn)行電量發(fā)送已經(jīng)達(dá)到了全國發(fā)電量的20%左右。在光伏產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的今天，全球都在對其進(jìn)行了高度重視，都對其進(jìn)行路其進(jìn)行了大量資金的投入，實現(xiàn)光能產(chǎn)業(yè)的不斷提高和發(fā)展，使技術(shù)在不斷革新希望將來能夠徹底代替石油這種不可再生的能量。1.3本文研究內(nèi)容本文研究的是裝機(jī)容量為100Mw的光伏發(fā)電電站并網(wǎng)設(shè)計的電力系統(tǒng)。在太陽能豐富的地區(qū)利用太陽能電池進(jìn)行光伏發(fā)電電站的建設(shè)，并完成與電網(wǎng)的并網(wǎng)，以供用戶的正常使用。光伏發(fā)電電電力系統(tǒng)并網(wǎng)設(shè)計包括光伏發(fā)電電池模塊，整流逆變模塊和低壓控制配電模塊。光伏發(fā)電電池模塊用于將太陽能轉(zhuǎn)化并儲蓄，電能；整流逆變模塊將太陽能電池中的電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣ゎl電以實現(xiàn)電網(wǎng)的并網(wǎng)；低壓控制配電模塊實現(xiàn)對光伏發(fā)電電站的監(jiān)控和控制和保護(hù)。2光伏發(fā)電2.1光伏發(fā)電系統(tǒng)原理2.1.1光伏發(fā)電系統(tǒng)介紹光伏發(fā)電系統(tǒng)需要對它產(chǎn)生的直流電利用太陽能電池陣列進(jìn)行進(jìn)一步的轉(zhuǎn)換，使其能夠轉(zhuǎn)換為交流電，提供給各個公司進(jìn)行使用。該系系統(tǒng)中還要具有一個儲能蓄電池用來進(jìn)行光能到電能的轉(zhuǎn)換。將光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娨约皩в懈鞣N諧波的交流電調(diào)整為合乎電能質(zhì)量的工頻交流電的整流逆變系統(tǒng)，為了實現(xiàn)并網(wǎng)而進(jìn)行與電網(wǎng)的升降壓的變壓器系統(tǒng)?？偟膩碚f，目前主流的光伏發(fā)電系統(tǒng)為獨(dú)立和并網(wǎng)兩種系統(tǒng)這兩種系統(tǒng)都是光伏發(fā)電系統(tǒng)。一般我們在野外進(jìn)行工作的時候，經(jīng)常需要用到獨(dú)立的電源，使用這些獨(dú)立電源就能夠正常的工作，光伏發(fā)電系統(tǒng)為實現(xiàn)這個功能，因此發(fā)明設(shè)計了對應(yīng)的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)。這種系統(tǒng)主要用于野外工作，小負(fù)荷的功率設(shè)備中是非常好用的，此時不需要使用并網(wǎng)進(jìn)行發(fā)電。對于偏遠(yuǎn)地區(qū)的人們使用這種方式是非常的方便的。2.1.2光伏發(fā)電系統(tǒng)原理太陽能電池方陣是太陽能發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，主要負(fù)責(zé)接收光能的。它的另外的組成部分就是并網(wǎng)逆變器，它負(fù)責(zé)對產(chǎn)生的電流和電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)化的。工作原理光伏發(fā)電的工作原理，必須要有充足的陽光照射，特別是在白天的時候光伏發(fā)電系統(tǒng)要充分利用電池組將接收到的光能轉(zhuǎn)化成一定的電動勢，此時通過一系列的串并聯(lián)形成的太陽能電池方陣，當(dāng)電壓達(dá)到一定的數(shù)值時，將啟動控制器進(jìn)行電能的充放電，并將電能保存到蓄電池中，電能儲存到一定的數(shù)值后，將啟動對應(yīng)的逆變器將儲存的電能轉(zhuǎn)化成想對應(yīng)的交流電。繼而在整流系統(tǒng)的作用下轉(zhuǎn)化為工頻電從而將轉(zhuǎn)化好的交流電輸送到配電柜，這時配電柜就對外進(jìn)行相關(guān)的供電活動。為了確保供電的安全，必須安裝對應(yīng)的安全設(shè)備，來進(jìn)行安全供電。光伏系統(tǒng)的組成太陽能電池方陣是太陽能發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部分，主要負(fù)責(zé)接收光能的。它的另外的組成部分就是并網(wǎng)逆變器，它負(fù)責(zé)對產(chǎn)生的電流和電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)化的。主要是將直流電轉(zhuǎn)化為工頻電的整流逆變器，對系統(tǒng)起控制作用的直流配電柜和交流配電柜。下面將具體敘述每個部分的具體：⑴電池方陣：該設(shè)備主要用于充分接收太陽的光照，將接收到的電荷進(jìn)而轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的電能。將相關(guān)的電能儲存到蓄電池中去。從而為蓄電池組進(jìn)行能量供給。按照光伏電池組件的原材料分類，現(xiàn)在市場上一般均為硅電池。通過組成材料的不同可以對其分為三種類型的電池方陣。分別為單晶、多晶和非晶硅太陽能電池。⑵蓄電池組：該蓄電池組主要用來對電能進(jìn)行存儲的，電能主要來自太陽光的照射于相關(guān)的電池方陣而產(chǎn)生的，然后將其存儲與蓄電池中。再通過光伏系統(tǒng)中的控制器設(shè)備和整流逆變系統(tǒng)滿足負(fù)荷的供電需求。在一般相關(guān)的情況下，蓄電池組必須要具備以下的需求：a.光伏系統(tǒng)中的蓄電池組要具備自動的自放電率低；b.光伏系統(tǒng)中的蓄電池組的使用壽命必須夠長；c.光伏系統(tǒng)中的蓄電池組在要具有較強(qiáng)的深放電能力；d.光伏系統(tǒng)中的蓄電池組在要具充電效率高；e.光伏系統(tǒng)中的蓄電池組在要具少維護(hù)或免維護(hù)的特性；f.光伏系統(tǒng)中的蓄電池組要適合工作溫度范圍一定要寬；g.光伏系統(tǒng)中的蓄電池組價格要低廉，這樣用戶方能接受。?⑶充放電控制器：主要是用來對用于對光伏系統(tǒng)中的蓄電池組進(jìn)行充電和放電的控制的。⑷整流逆變器：光伏系統(tǒng)中的整流逆變器主要負(fù)責(zé)將對應(yīng)的直流電轉(zhuǎn)換成交流電的設(shè)備。?⑸交流配電柜：光伏系統(tǒng)中的交流配電柜負(fù)責(zé)對外提供交流電，供其它的設(shè)備進(jìn)行使用。2.2本文系統(tǒng)介紹2.2.1系統(tǒng)原理簡介本次設(shè)計系統(tǒng)是由接收太陽的光照，將接收到的電荷進(jìn)而轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的電能的電池方陣、蓄電池組以及整流逆變器轉(zhuǎn)化為電能質(zhì)量合乎國家標(biāo)準(zhǔn)的工頻電，再經(jīng)過總配電箱的控制，實現(xiàn)并網(wǎng)。其中，總配電箱里面有著三相雙向電表進(jìn)行電量測量和計算和各種保護(hù)裝置。在二次回路中采用10KV/0.4KV的廠用變壓器為各種測量監(jiān)測保護(hù)設(shè)備提供電源，通過對整流逆變的檢測實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的保護(hù)。另外設(shè)有電表用于對廠用負(fù)荷的用電量的測量和計算。圖.2太陽能電池太陽能電池是由各個串并聯(lián)光伏發(fā)電組件形成的光伏發(fā)電方陣在光照情況下產(chǎn)生的光生電壓進(jìn)而產(chǎn)生的電能經(jīng)由蓄電池存儲起來，再由蓄電池的控制器統(tǒng)一控制發(fā)電的的光伏發(fā)電設(shè)備。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，太陽能電池材料及其接線形式的好壞直接影響到整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率和經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行。因此太陽能電池模塊在光伏發(fā)電系統(tǒng)中占有舉足輕重的地位，是建設(shè)光伏電站的重要因素。圖2.2.2太陽能電池原理結(jié)構(gòu)示意圖2.2.3逆變及其并網(wǎng)控制太陽能轉(zhuǎn)化為電能后，這些電能是直流電的，無法直接提供給外部進(jìn)行相關(guān)的使用，必須要對其進(jìn)行相關(guān)的轉(zhuǎn)化，將其轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的交流電。提供給外部的電力設(shè)備。太陽能電池的各個光伏組件及其所配套的蓄電池連接直流屏和相應(yīng)的逆變器，即可滿足對其直流電轉(zhuǎn)化為滿足國家電能質(zhì)量要求的工頻電。再經(jīng)由配電柜的檢測和監(jiān)控和變壓器的升壓實現(xiàn)并網(wǎng)。圖2.2.3光伏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖3負(fù)荷計算以及光伏電池選型3.1負(fù)荷計算以及太陽能電池容量計算3.1.1負(fù)荷計算光伏電站里面用電設(shè)備主要有生活區(qū)域基本設(shè)施（包括照明，制冷等），一次回路及其二次回路功率元件。其中，生活區(qū)域基本設(shè)施包括10個房間20個50W節(jié)能燈共1KW，10個空調(diào)30KW，各種顯示儀器和應(yīng)急設(shè)備1KW和一次回路和二回路電力設(shè)備損耗10KW，查閱相關(guān)設(shè)備需要系數(shù)，其中用于生活區(qū)的照明需要系數(shù)為0.6-0.8，本文取0.6，空調(diào)的需要系數(shù)為0.7-0.9，本文取0.8，應(yīng)急設(shè)備和顯示儀器和的需要系數(shù)為1，一次回路和二次回路電力設(shè)備損耗的需要系數(shù)為1.因此本文負(fù)荷計算總量為1*0.6+30*0.8+1*1+10*1=35.6KW3.1.2蓄電池組的容量計算蓄電池的容量與逆變器的效率，自維持條數(shù)，蓄電池的溫度補(bǔ)償系數(shù)和蓄電池允許DOD（電池放電量占額定電量的比例系數(shù)）（1）收集負(fù)荷分析中算得的總電量值總耗電量為:100MW*h（2）逆變器直流側(cè)的容量為總設(shè)計的裝機(jī)量除以逆變器的效率即可得到。即將步驟（1）得到的電量(W*h)除以逆變器效率（本文根據(jù)后續(xù)的逆變器型號其效率為0.96）,得到的容量100MWh÷0.96=104.17MW*h（3）將步驟（2）得到的數(shù)值乘以自維持天數(shù)（本文設(shè)計為一周7天全天發(fā)電）電量值為:104.17kWh/d×1d=104.17kWh。（4）將步驟（3）得到的數(shù)值除以由蓄電池廠商提供的溫度補(bǔ)償系數(shù)（本文為取0.9）則容量為:104.17MWh÷0.9=115.74MWh。（5）將步驟（4）得到的數(shù)值除以蓄電池允許DOD（本文設(shè)計中取0.75）計算結(jié)果為:115.74MWh÷0.75=154.32MWh。（6）將步驟（5）得到的數(shù)值除以期望的蓄電池標(biāo)稱電壓。系統(tǒng)為了降低電流及減小導(dǎo)線截面選擇了12V電壓,則光伏系統(tǒng)中對應(yīng)的光伏蓄電池組的容量為:154.32MWh/12V=12.86MAh本文選取型號為太陽能光伏專用蓄電池12V/300Ah，共需12.86MAh/300Ah=42867個蓄電池。3.1.3光伏系統(tǒng)容量設(shè)計本文光伏方陣的設(shè)計容量計算辦法為蓄電池的設(shè)計容量除以蓄電池的效率和光伏組件的轉(zhuǎn)化效率日前光伏方陣的效率為17%到20%左右，根據(jù)本文后續(xù)所選取的光伏電池組件的類型可知其效率為18%。本文所選蓄電池的效率為75%?？傻谜麄€太陽能電池的發(fā)電效率為0.18*0.75=0.135.方陣需發(fā)出的總量154.32MW*h÷0.135=1143.11MW*h。將步驟（4）得到的電量值除以峰值日照小時數(shù)（平均峰值日照小時數(shù)為4.5-5h，本文采取5h計算）,即為方陣的容量:1143.11MW*h÷5h=228.62MW。通過以上步驟得到的方陣容量是在平均日照資源下,能夠提供的平均功率,實際安裝的方陣在不同的季節(jié)運(yùn)行特性不同。3.2光伏設(shè)備選型3.2.1光伏組件選型通過上述得出方陣容量的數(shù)值后,可以計算出需要的組件數(shù)量。本設(shè)計選用程鵬新能源科技有限公司的320瓦多晶硅組件，其參數(shù)如下：組件尺寸（mm）：1956×992×40（長×寬×厚）；電池片數(shù)量（片）：6×12=72；最大功率：320W，功率偏差±5%；電池片效率：18.4%；開路電壓：46.5V；最大功率點工作電壓：37.1V；短路電流：9.21A，最大功率點工作電流：8.72A；工作溫度：-40~80°C；最大保險絲額定電流：10A；系統(tǒng)允許最大電壓：1000V。所需光伏組件數(shù)量為光伏設(shè)計容量除以單個光伏組件的功率即228.62MW/320W=714438（個）。3.2.2交流逆變器選型光伏系統(tǒng)中的逆變器的選型，需要根據(jù)它的工作方式來選擇的，本文中的設(shè)計選擇為三相交流逆變器；若按照此逆變器的隔離情況進(jìn)行相關(guān)的選擇時，需要選擇隔離型的交流逆變器來進(jìn)行設(shè)計的。若按照在接入是的電壓等級的方式進(jìn)行交流逆變器的選取時，需要選擇A類的逆變器。本文逆變器選用型號為SG50KTL滿足相關(guān)規(guī)范要求,額定輸入電壓780V,輸出功率48000W,MPPT電壓范圍200-1000V。太陽能電池組件的最佳工作電壓為34.3V,則20個太陽能板為一組接一個逆變器,一共需要35722個逆變器。那么每個太陽能電池組的最佳工作電壓為20*37.1=742V,開路電壓為46.5*20=930V,滿足所選逆變器的正常工作范圍。光伏控制器選擇額定電壓為DC48V,額定電流為15A的SD4815。根據(jù)上訴計算，可知整個系統(tǒng)需要12V/300Ah的太陽能專用光伏蓄電池42867個，320W的光伏組件714438個，光伏逆變器SG50KTL和光伏控制器SD4815各35722個。3.2防雷匯流箱和監(jiān)控系統(tǒng)介紹3.2.1防雷匯流箱選型本文設(shè)計的100mw光伏并網(wǎng)電站電氣系統(tǒng)為了安全地工作需要安裝相關(guān)的防雷匯流箱。用于為系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行提供重要的安全保障。因此本設(shè)計中我們采用了能夠直接安裝在電池支架上的防雷匯流箱。選擇的這個防雷匯流箱需要的工作電壓在1100V以內(nèi)，避免過大給系統(tǒng)造成短路的情況。最大的直流輸入電流12.5A,選用接線較為方便的MC4接線端子;輸出可以用鋁芯、銅芯線纜,選型便捷,設(shè)計靈活,且達(dá)到了能夠防止粉塵對設(shè)備影響的IP65等級。每500KW子發(fā)電系統(tǒng)需要1臺匯流箱,整個100MW發(fā)電系統(tǒng)需要配置200臺太陽能電池陣列防雷配電箱。3.2.2監(jiān)控系統(tǒng)介紹一般在整個系統(tǒng)當(dāng)中，監(jiān)控系統(tǒng)會被分為兩個組成部分，第一部分是保護(hù)方面的監(jiān)控，而對外第二個部分是檢測的監(jiān)控。對于保護(hù)方面而言，要借助于開關(guān)對于過流保護(hù)來對變壓器的低壓側(cè)進(jìn)行有效保護(hù)，而對于高壓方面而言，一般它的保護(hù)方式是三段式的保護(hù)方式，同時還借助于其他的報警裝置來進(jìn)行綜合的保護(hù)。對于檢測裝置而言，要布置相應(yīng)的搖感開關(guān)，這樣能夠同時的對系統(tǒng)當(dāng)中各個路段相應(yīng)的電壓和電流確保它們都能夠在合適的范圍內(nèi)進(jìn)行正常的工作，這樣做到相關(guān)的監(jiān)控后，避免了過大或者過小產(chǎn)生的不穩(wěn)定情況。對應(yīng)的工作條件為-20℃~+60℃,電口數(shù)量多，能很好地滿足要求。4導(dǎo)線及其斷路器選型4.1短路計算在本文設(shè)計的100mw光伏并網(wǎng)電站電氣系統(tǒng)中，為了系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行時，在短路選擇的類型中，選擇了三相短路。因為它產(chǎn)短路的概率雖然最小但其影響和破壞力卻是最大的。因此，本文通過三相短路計算短路電流使其檢驗電氣設(shè)備的穩(wěn)定性。為了對電路的安全系數(shù)進(jìn)行有效的評估計算，本文采用標(biāo)幺值來對不同類型的短路類型進(jìn)行了計算與評估：短路計算的標(biāo)幺值的基準(zhǔn)值計算得到的基準(zhǔn)容量為計算得到的基準(zhǔn)電壓Vg（KV）0.435計算得到的基準(zhǔn)電流Ig（KA）250（10KV）2.86（35KV）電抗標(biāo)幺值系統(tǒng)的短路容量設(shè)為1000MVA，并網(wǎng)側(cè)側(cè)為無窮大系統(tǒng)。因此可計算出x3=0.2主要變壓器：x1=x2=Ud%*Sj/（100*Sb）=0.333電源側(cè)：逆變器的短路電壓相比之下太小可以忽略不計，故在計算過程中電抗為0。在低壓側(cè)和高壓側(cè)分別選取一短路點分別計算。圖4.1.1短路點選取示意圖可畫出系統(tǒng)的等值網(wǎng)諾圖圖4.1.2系統(tǒng)等值網(wǎng)絡(luò)圖假設(shè)d1點短路a、等效阻抗（計算電抗）xsf=x3+x1//x2=0.367b、短路電流標(biāo)幺值Is’’=Is=1/0.367=2.72c、短路電流有銘值I=2.72*100/（1.732*0.4）=392.6KAe、計算非周期分量0S時Isf1=1.414*I=555.2KA0.06S時Isf2=555.2*e-0.06/0.05=167.2KA0.1S時0.42KAf、計算短路容量Ses=1.732*UI=1.732*0.4*392.6=272MWg、短路沖擊電流isk=1.414*K*I=1.414*1.9*392.6=1054.8KAh、全電流Kg=0.9Ieh=I*(Kg2+2*(Keh-Kg)2)1/2=639.6KA假設(shè)d2點短路a、等效阻抗（計算電抗）xsf=x3=0.2b、短路電流標(biāo)幺值Is’’=Is=1/0.2=5c、短路電流有銘值I=5*100/（1.732*36.5）=7.91KAe、計算非周期分量0S時Isf1=1.414*I=11.2KA0.06S時Isf2=11.2*e-0.06/0.05=3.46KA0.1S時0.43KAf、計算短路容量Ses=1.732*UI=1.732*36.5*7.91=500MWg、短路沖擊電流isk=1.414*K*I=1.414*1.9*7.91=21.25KAh、全電流Kg=0.9Ieh=I*(Kg2+2*(Keh-Kg)2)1/2=12.88KA另外，本文也將其他短路情況下的短路電流計算出來作為參考。（1）d1點的其他短路電流計算正序電抗之和：負(fù)序電抗之和：零序電抗之和：①單相短路：E為發(fā)電機(jī)等效電勢，一般情況下取1?？傻枚搪冯娏饔嬎憬Y(jié)果為0.7*250=175KA250I=0.7*250=175KA250②兩相短路：E為發(fā)電機(jī)等效電勢，一般情況下取1?？傻枚搪冯娏饔嬎憬Y(jié)果為2.36*250=590KA2.36*250=590KA③兩相短路接地：E為發(fā)電機(jī)等效電勢，一般情況下取1?？傻枚搪冯娏饔嬎憬Y(jié)果為1.72*250=430KA1.72*250=430KAd2點的其他短路電流計算正序電抗之和：負(fù)序電抗之和：零序電抗之和：單相短路：E為發(fā)電機(jī)等效電勢，一般情況下取1。0.67*2.86=1.92KA0.67*2.86=1.92KA②兩相短路：E為發(fā)電機(jī)等效電勢，一般情況下取1。4.33*2.86=12.38KA4.33*2.86=12.38KA③兩相短路接地：E為發(fā)電機(jī)等效電勢，一般情況下取1。4.44*2.86=12.7KA4.44*2.86=12.7KA4.2發(fā)電廠電纜選型一般來說，發(fā)電廠電纜需要使用導(dǎo)線進(jìn)行光能轉(zhuǎn)化為電流。但是僅僅有導(dǎo)線是不夠的，還需要絕緣層進(jìn)行保護(hù)隔離來達(dá)到電流的安全輸出。在傳輸中會遇到其他電磁進(jìn)行干擾，因此需要在電纜加入屏蔽材料進(jìn)行屏蔽這些干擾信號。對于電纜中的空隙需要各個芯線進(jìn)行填充。按照應(yīng)用范圍分類，本文選有電力電纜和，控制電纜，和通信電纜，分貝用于傳輸電能和連接開關(guān)量，及其發(fā)電廠內(nèi)的計算機(jī)的信息的傳輸。由于作為發(fā)電站的消防要求很高，本文選用耐火等級最高的A類耐火電纜。4.2.1導(dǎo)體的選型按照《發(fā)電廠、變電所電纜選擇與敷設(shè)設(shè)計規(guī)范（SDJ-26）》規(guī)定，控制電纜采用銅芯導(dǎo)線：35KV及其以上高壓電纜需要質(zhì)量較高的生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的銅芯導(dǎo)線，因為這個模塊的材質(zhì)設(shè)置是很重要的。對于其他模塊的導(dǎo)線選擇可以按照成本低來選擇。當(dāng)然，相比之下，銅芯導(dǎo)線相比于鋁芯導(dǎo)線有著很多優(yōu)勢。例如，在使用銅芯導(dǎo)線進(jìn)行傳輸電流時，它承載的數(shù)據(jù)能力是相同情況下的鋁的1.3倍左右。進(jìn)而可以推斷出，采取銅芯導(dǎo)線會減少相應(yīng)的截面積，采取鋁芯導(dǎo)線會使電纜根數(shù)增加從而增大了連接處故障導(dǎo)致事故的概率。但由于我國金屬鋁資源較金屬銅資源豐富得多，我國每年都需進(jìn)口大量的銅，所以這兩種金屬價格差異較大。銅芯導(dǎo)線比相同截面，相同型號的鋁芯導(dǎo)線價格貴一半左右。尤其最近受疫情影響，這個價格差還會進(jìn)一步擴(kuò)大。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，銅芯電纜導(dǎo)線的平均價格為鋁芯導(dǎo)線的1.76到1.89倍左右。另外考慮到光伏發(fā)電對導(dǎo)線的耐熱等級有一定的要求，因此采用導(dǎo)體可以長期運(yùn)行溫度為90攝氏度，短路溫度為250攝氏度，有著較高的機(jī)械強(qiáng)度的交聯(lián)聚乙烯材質(zhì)的導(dǎo)線，因此高壓側(cè)電纜導(dǎo)線本文采取YJV22-26/35KV型號；低壓動力電纜根據(jù)耐溫要求，也選用交聯(lián)聚乙烯材質(zhì)的電纜型號為YJV22-26/0.4KV.根據(jù)有關(guān)規(guī)章要求，控制電纜電壓等級，在本文中設(shè)計的100mw光伏并網(wǎng)電站電氣系統(tǒng)采用的是450/750V電纜，進(jìn)行電流電壓的傳輸。?利用數(shù)據(jù)分析的結(jié)果得出：發(fā)電廠一般在500kV升壓站采用600/1000V控制電纜，在其它場所選用450/750V控制電纜。4.2.2導(dǎo)體截面計算100高壓側(cè)最大可持續(xù)電流為10036.5*1.05*11.582KA36.5*1.05*11.582KA選用三條8*95mm2矩形鋁導(dǎo)體平方，標(biāo)稱截面為760mm2，在70攝氏度的工作溫度下長期允許可持續(xù)電流為1900A，在40攝氏度下，其溫度修正系數(shù)為0.84，則長期允許可持續(xù)電流為1900*0.84=1596A>1582A,可見滿足要求，經(jīng)檢驗，所選導(dǎo)線的允許電壓損失，，經(jīng)濟(jì)電流密度，機(jī)械強(qiáng)度，短路穩(wěn)定度滿足要求。低壓側(cè)最大可持續(xù)電流為1001000.4*1.05*1144.3KA0.4*1.05*1144.3KA選用三條573*120mm2矩形鋁導(dǎo)體平方，標(biāo)稱截面為68760mm2，在70攝氏度的工作溫度下長期允許可持續(xù)電流為171900A，在40攝氏度下，其溫度修正系數(shù)為0.84，則長期允許可持續(xù)電流為171900*0.84=144396A>144300A,可見滿足要求，經(jīng)檢驗，所選導(dǎo)線的允許電壓損失，，經(jīng)濟(jì)電流密度，機(jī)械強(qiáng)度，短路穩(wěn)定度滿足要求。4.2.3選線電纜總結(jié)在變壓器中性點低電阻接地的情況下，高壓側(cè)電力電纜采取阻燃交聯(lián)聚乙烯電纜，型號為ZRC-YJV22-26/35KV-3*760：廠用低壓電力電纜采取阻燃交聯(lián)聚乙烯電纜，型號為ZRC-YJV-0.6/1KV-3*68760;直流，UPS，消防，保安電源系統(tǒng)采取耐火聚氯乙烯電纜，型號NH-YJV-0.6/1KV；本文選擇的型號為NH-KVVp-450/750V。4.3接觸器選型等級4.3.1發(fā)電廠高壓斷路器選型按照高壓側(cè)電壓為35KV，裝機(jī)容量為100MW，Igmax=1.05P/1.732U=1.05*100MW/1.732/35KV=2121A。本文設(shè)計的100mw光伏并網(wǎng)電站電氣系統(tǒng)中對應(yīng)的斷路器為，該系統(tǒng)中對應(yīng)的各式各樣的隔離開關(guān)型號為。該系統(tǒng)中的進(jìn)行的校驗參數(shù)為：正常工作時的電壓：。要滿足對應(yīng)的需求，正常工作時的電流：，要滿足對應(yīng)的需求其開斷電流，動穩(wěn)定校驗，熱穩(wěn)定校驗均進(jìn)過校驗滿足要求。4.3.2廠用斷路器選型按照高壓側(cè)電壓為10KV，負(fù)荷容量為24KW，本次設(shè)計容量為30KW,Igmax=1.05P/1.732U=1.05*30kW/1.732/35KV=3.6A。本文高壓側(cè)斷路器采取型號為ZN-10-6A/3P斷路器，開斷電流，動穩(wěn)定校驗，熱穩(wěn)定校驗均進(jìn)過校驗滿足要求。按照低壓側(cè)電壓為0.4KV，負(fù)荷容量為24KW，本次設(shè)計容量為30KW,Igmax=1.05P/1.732U=1.05*30kW/1.732/30.4KV=454A。本文低壓側(cè)斷路器采取型號為ZN-0.4-630A/3P斷路器。開斷電流，動穩(wěn)定校驗，熱穩(wěn)定校驗均進(jìn)過校驗滿足要求。4.4變壓器選型4.4.1連接組別的選擇三相變壓器繞組連接組別常見的有（D，yn11）、（Y，zn11）和（Y，yn0）。（D，yn11）三種，其優(yōu)點是能抑制對高次諧波電流的輸出,允許很大的三相不平衡電流的出現(xiàn),很好地提高了保護(hù)裝置的靈敏度,但缺點是價格較貴。綜合對比這三種組別和查閱相關(guān)規(guī)范要求，本文選用(D,yn11)這種連接組別。4.4.2變壓器容量計算主變壓器選型電力系統(tǒng)設(shè)計按照要求應(yīng)設(shè)有2個回路，因此本文主要變壓器的數(shù)目為2個。但當(dāng)有一臺變壓器處于檢修狀態(tài)時，另一臺變壓器需要輸送額定功率的75%，，當(dāng)功率因數(shù)為1時，也就是75MVA，因此要求變壓器的容量至少為75MVA，因此本文選用S11-90000/35型號的變壓器，其容量為75MVA，變比為0.4/35KV的升壓變壓器。廠用變壓器選型廠用電系統(tǒng)變壓器及其備用變壓器沒有具體的容量值，本文統(tǒng)一設(shè)計為10MVA，因此本文選用S11-10000/10型號的變壓器，其容量為10MVA，變比為10/0.4KV的降壓變壓器。對于兩臺配電變壓器，根據(jù)低壓設(shè)備的用電容量不超過1000KVA，可選用SZ11-1000/10型號的變壓器，其容量為5MVA，變比為10/0.4KV的降壓變壓器。4.5配電柜選型對于配電柜的選型來說是很重要的一方面，它能夠決定設(shè)備的相關(guān)的擺放，配電柜應(yīng)該進(jìn)行選擇安全性系數(shù)較高的，在抗干擾方面能夠具有很好的效果。并且能夠具有防潮的功能，這樣的配電柜具有更好的使用壽命。而且要保證設(shè)計美觀、空間占比小等額外優(yōu)點。光伏發(fā)電系統(tǒng)配電柜中按照在系統(tǒng)中作用對象不同，可以將配電柜的相關(guān)的柜子進(jìn)行分為兩類，分別為直流和交流配電柜。4.5.1配電柜作用配電柜起到的作用，我們通常按照直流和交流配電柜來進(jìn)行分析的。其中直流配電柜的作用可以對直流電電能進(jìn)行分配并在相關(guān)的分配中起到監(jiān)控作用，對與相關(guān)的電能及其用電情況進(jìn)行保護(hù)。比如需要安裝上相關(guān)的保護(hù)裝置用來進(jìn)行對雷電的防護(hù)，避免產(chǎn)生電量傳輸過程的短路現(xiàn)象。配電柜還要確保對運(yùn)行電路的電壓和電流的監(jiān)控。圖4.5.1直流配電柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖交流配電柜是對交流電能的接受及其分配的電力設(shè)備。該交流配電柜需要相關(guān)的保護(hù)電器，來確保電量的安全傳輸；需要具有控制電器相關(guān)的器件進(jìn)行對電路的閉合與斷開進(jìn)行控制的。需要安裝繼電器、避雷器等等相關(guān)的器件來確保電量的安全傳輸。圖4.5.2交流配電柜4.6電表選擇在對電表進(jìn)行選擇時，進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計，需要能夠?qū)ο嚓P(guān)的