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直流电能表应用在光伏发电系统

作者:直流电能表 来源: 日期:2015/5/6 10:22:14 人气:2049

六层别墅太阳能供电系统方案设计

一、单晶硅发电系统
1. 安装位置:深圳市龙岗
2.
装机容量:10kW
3.
支架安装:固定角度
4.
输出形式:微电网,单台逆变器、逆变器输出功率可调
5.
负载供电:负载均为交流220V供电。

6.负载进线位置:第六层的监控室。

7.光伏发电系统给整栋楼照明和风机系统供电

8.采用小型微电网发电系统,要求负载连续工作不断电

9.楼顶可供组件使用面积为300平米(25*12直流电能表

 

总体方案

交流微电网主要有一条交流380V母线,该系统有10kW单晶硅发电系统、用户负载、PCS储能系统和用户负载组成。

交流母线处的单晶硅发电系统总功率为10kW,由单晶硅太阳能电池板、单晶硅并网逆变器、Modbus-TCP分布式控制器、直流断路器、防雷器、直流电流表、直流电压表、直流电能表、交流断路器、三相电量表、环境监测、太阳能支架等组成。单晶硅太阳能电池板组成的太阳能电池阵列通过防雷器、直流断路器、直流电流表和电压表接入到单晶硅并网逆变器的直流输入端,逆变器的交流输出端接一块计量单晶硅发电系统发电量的三相交流电量表,再经过交流接触器并到交流母线;同时逆变器出来接PCS储能系统,PCS同样经过三相电量表。

交直流混合微电网系统采用多代理分层控制模式,中间层的微网中心控制器(MGCC)负责最大化微网价值的实现和优化微网操作对微网起到总体控制作用;下层控制器主要包括分布式电源控制器和负荷控制器,负责微网的暂态功率平衡和切负荷管理。

为了三相负载平衡,负载分配如下:在380V母线的U相、V相各接2个电机和7个灯,W相分配接2个电机和6个灯。


二、自然资源
  
深圳是中国南部海滨城市。位于北回归线之南,东经113°46′至114°37′,北纬22°27′至22°52′。深圳地处北回归线以南,属亚热带海洋性气候,气候温和,雨量充沛,日照时间长。夏无酷暑,时间长达6个月。春秋冬三季气候温暖,无寒冷之忧。年平均气温为22.3,最高气温为36.6,最低气温为1.4,无霜期为355天。年均日照2060个小时,太阳年辐射量5225兆焦耳/平方米。每年59月为雨季,年平均降雨量为1924.7毫米。夏秋两季偶有台风,但受山峦阻挡,直接袭击市区约两年一次。

通过RETScreen 4软件查询到深圳市的峰值日照时数。

 

三、用户负载

灯,30W灯一层4个共20个(每天开5小时),

灯日用电量P1=0.03*20*5=3kWh;

400W的轴流风机每层一个共6个(每天开12小时),;

风机日用电量P2=6*0.4*12=28.8kWh

负载类型为阻性和感性负载。实际用电量:P=3kWh+28.8kWh=31.8kWh。

四、配置计算

单晶硅发电系统的总功率为10kW,单块太阳能电池板的功率为250W。按照已选用的单晶硅太阳能电池板和单晶硅并网逆变器参数确定单晶硅阵列。初步确定由太阳能电池板数量为10KW/250W=40块,每组串由20块光伏组件串联组成。其每组串的输出参数如下:
输出功率:20×250W=5kW
工作电压:20×30.30V=606V
工作电流:由于串联仍为8.25A
开路电压:20×37.30V=746V
短路电流:由于串联仍为8.76A
经计算可看出组串的工作电压606V与逆变器额定工作电压可匹配且在MPPT范围内,开路电压746V也远小于逆变器最大输入电压1000V;工作电流8.25A和短路电流8.76A也在逆变器的允许的小于25A的范围内;功率也与逆变器输入匹配;阵列由两组串组成也没有超过逆变器最大输入6串的范围。综上单晶硅发电系统的光伏阵列由两组串组成,每组串由20250W的单晶硅太阳能组件串联组成。直流电能表

 

通过RETScreen 4软件可初步计算出发电量。
通过计算总发电量 = 组件容量×峰值日照时数×效率=10kW×4.02×93%
=10kW×4.02kwh/m2/d÷1000W/m2×1d×93% = 37.386kWh

太阳能系统支架系统设计

下面通过计算确定太阳能阵列安装的方位角、倾斜角和前后排间距。
      
方位角
太阳电池阵列的方位角是方阵的垂直面与正南方向的夹角(向东偏设定为负角度,向西偏设定为正角度)。一般情况下,方阵朝向正南(即方阵垂直面与正南的夹角为0°)时,太阳电池发电量是最大的。在偏离正南(北半球)30°度时,方阵的发电量将减少约10%15%;在偏离正南(北半球)60°时,方阵的发电 量将减少约20%30%。这里我们确定我们的方位角为正南方。

l      倾斜角
倾斜角是光伏组件与水平面间的夹角。光伏组件水平倾角的设计主要取决于光伏发电系统所处纬度和对一年四季发电量分配的要求。 对于一年四季发电量要求基本均衡的情况,可以按以下表方式选择组件倾角。

深圳市纬度为22.6°,通过查询纬度与倾角关系表确定光伏阵列的倾角确定为22.6°。

前后排间距
    
光伏方阵前后间距或与前方遮挡物之间的间距如果不合理设计,则会影响光伏系统的发电量,尤其在冬季。光伏方阵前后间距或与前方遮挡物之间的间距的设计与光伏系统所在纬度、前排方阵或遮挡物高度有关。
 
我们可以通过下面的公式计算出光伏阵列前后排的最小间距。
       D=0.707H/tan
arc sin(0.648cosΦ—0.399sinΦ)
D-------
为前后间距;
Φ------为光伏系统所处纬度(北半球为正,南半球为负)
H-------
为后排光伏组件底边至前排遮挡物上边的垂直高度;
已知太阳能电池板的尺寸为1640*992*40mm
   
通过上面计算和深圳职业技术学院教学楼楼顶的现场环境最终确定,太阳能阵列的方位角为正南(0°),倾斜角为22.6°,前后排的间距取600mm。太阳能阵列支架采用规格为U41*41*2.0的热浸镀锌C型钢,采用室外开放式防水、防锈结构,也能抗击12及台风,且安装维护方便。

五、系统设备器件选型
1.单晶硅组件
  
组件选型主要考虑一下几个因素:组件功率、组件的效率、组件尺寸、组件输出电压电流、组件价格、组件质量、与逆变器的兼容等综合考虑。
一般选用大功率高效能的板子。这里我们选用适用于居民和商业屋顶的拓日新能的250W单晶硅太阳能电池板。

   选取深圳拓日新能源型号为TPSM6U功率为250的单晶硅组件(详见附件)

 

2.逆变器
   
逆变器选型主要考虑一下几个因素:逆变器类型(并/离、单/三相)逆变器功率、直流输入电压电流、交流输出电压频率谐波、输出功率是否可调、通讯功能、价格、质量、与双向储能变流器的兼容等综合考虑。
我们确定功率10kW,输出三相380V,需要输出功率可调。

    选取合肥阳光电源型号为SG5KTL-D的组串型逆变器(详见附件)

   

3.仪表
   
仪表主要有直流部分的直流电流、电压表、三相电量表,选型主要考虑一下几个因素:测量电压电流范围、精度、显示方式、输出形式(模拟量、通讯接口协议)、尺寸、价格等。
直流电压、电流表:根据组串输出的电流电压,确定电流电压表量程范围,(电压0-1000V,电流0-50A)根据系统要求确定输出形式(RS485、Modbus-RTU协议)。

选取苏州迅鹏SPA-96BDA直流电流表(详见附件)

选取苏州迅鹏SPA-96BDE直流电能表(详见附件)

选取苏州迅鹏SPA-96BDV直流电压表(详见附件)
三相电量表:根据需要监控的参数,选择功能完善的产品,输出电流、电压、频率、有功功率、无功功率、功率因数、有功电度、无功电度、通讯(RS485 Modbus-RTU协议)。

 选取苏州迅鹏型号为SPC660的多功能电力仪表(详见附件)直流电能表

4.低压电气
   
低压电气主要是系统的保护器件,我们单晶硅发电系统的低压电气主要包括直流断路器、防雷器、交流断路器、交流接触器等。
断路器:主要是根据需要保护的线路电流和电压、极数、安装方式,确定断路器的额定电流、壳架等级额定电流、断路器短路分断能力等参数。本系统都采用的是施耐德的断路器。施耐德断路器选型有一个“施耐德电气易选通”软件。
防雷器:作为电控柜里的防雷器件,由于输入的直流电压较高,一般都选用光伏专用的光伏防雷器。
接触器:接触器作为通断负载电源的设备,接触器的选用应按满足被控制设备的要求进行,除额定工作电压与被控设备的额定工作电压相同外,被控设备的负载功率、使用类别、控制方式、操作频率、工作寿命、安装方式、安装尺寸以及经济性是选择的依据

4.线缆选型
光伏发电系统的线缆主要包括直流部分光伏线缆、交流输出线缆、控制线、网线等。
线缆:线缆选型的几个关键指标线缆材质、线芯数量、横截面积、绝缘材质。主要是考虑经过电缆上的电流、电压、使用环境等。

控制线:作为信号线一般用0.75mm。根据控制要求
       
选用不同的颜色。

  线:现在使用的UTP可分为3类、4类、五类、超五类、六类、超六类。其中:3UTP适应了以太网(10Mbps)对传输介质的要求,是早期网络中重要的传输介质;4UTP因标准的推出比3类晚,而传输性能与3UTP相比并没有提高多少,所以一般较少使用;五类UTP因价廉质优而成为快速以太网(100Mbps)的首选介质;超五类UTP的用武之地是千兆位以太网(1000Mbps)。

 

单晶硅发电控制系统

一、 I/O

输入:KM,并网(电量表),逆变器状态等

输出:指示灯1(光伏组件是否工作),依据:采集光伏方阵输出的电压;

          指示灯2(逆变器是否工作),依据:检测逆变器工作状态;

          指示灯3PCS是否工作),检测双向逆变器状态;

      指示灯4(是否并网),依据:采集电量表信息。

二、数据采集

电流表;电压表;蓄电池(通过双向逆变器数据);

电量表的有功功率、无功功率、功率因数、电量等参数。

三、控制器

    PCS中双向逆变器工作状态(状态位于内存器中,通信获取)

逆变器工作状态。(状态位于内存器中,通信获取)

四、通信方式:上位机和下位机通信方式为RS485。

 

 

 

离网运行

1、P>P负荷

1)、soc<100%,给蓄电池充电

    2)、soc=100%,调整发电量,使它与负载平衡。

2、P=P负荷

3、P<P负荷

(1)、soc>下限值,蓄电池发电。

2)、soc<=下限值,切掉大负荷。其中,确保低功率的照明能继续供电,不重要到重要的风机逐渐切除。

 

并网运行

1、P>P负荷

先给蓄电池充电,蓄电池充满后,再送电网

2、P=P负荷

3、P<P负荷

储能系统补充,若储能也没电,从电网中取电。

 

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