風光熱儲電廠項目的電氣二次設計方案

摘要：對風光熱儲智能互補電廠的特點進行概述，介紹分析了太陽能光伏發電、太陽能光熱發電和風能發電三種型式聯合發電的電氣二次部分功能、電氣二次設計的方案。

關鍵詞：風光熱儲；新能源；電氣二次設計

中圖分類號：TM7 文獻識別碼：A 文章編號：1001-828X（2016）009-000-02

引言

作為能源戰略調整、轉變電力發展方式的重要內容，近年來，以風電、太陽能為代表的可再生能源發電技術在中國得到了快速發展。目前主流的太陽能發電技術主要有光熱發電與光伏發電兩種形式，其中太陽能光熱發電是通過光學聚焦原理，將太陽光通過拋物形鏡面聚集起來產生高溫，加熱傳熱介質，最后通過工作介質驅動熱動力裝置并帶動同步發電機發電。相對于光伏發電，光熱發電能實現電網大容量供電，是太陽能大規模利用的有效途徑之一，當前投資成本過高是限制光熱電站發展的主要障礙。風能利用的主流形式是采用風力發電機組（如雙饋風機、直驅永磁風機等）將風能轉換為50Hz的工頻交流電，并接入電網。與常規能源電站相比，風功率的可預測性和可控性均較差，其大量接入會顯著影響電能質量和電網穩定運行。將光伏、光熱與風能聯合構成發電系統，可顯著改善總體的有功輸出特性，提高電網運行的安全性和穩定性。本文依托風光熱儲智能互補綜合示范項目工程，介紹了太陽能光伏發電、太陽能光熱發電和風能發電三種型式聯合發電的電氣二次部分功能、電氣二次設計的方案。

一、項目總體介紹

深圳中科藍天包頭達茂旗600MW風光熱儲智能互補綜合示范項目立足于新能源，借助達茂旗地區豐富的太陽能資源與風能資源，通過風光熱儲智能互補，實現負荷平穩輸出。項目總規模600MW，建設發電形式為太陽能光伏發電、太陽能光熱發電和風能發電三種，其中光熱工程采用塔式集熱方式。

二、項目太陽能光伏、風能發電部分

1.逆變器選型

光伏并網逆變器按容量大小劃分主要有20kW、28kW、40kW、100kW、250kW、500kW、750kW、1000kW等幾種容量等級，一般大容量逆變器效率要高于小容量逆變器。但逆變器容量過大，一旦故障，電量損失較大。綜合以上兩因素，本項目采用單臺容量為500kW的逆變器。目前國內500kW逆變器技術已經成熟，廣泛應用到光伏發電系統中，性價比高，用戶反映良好。

逆變器按結構分為有隔離變和無隔離變兩種。從造價考慮無隔離變逆變器要優于有隔離變逆變器，且能減少每個逆變器室占地面積。因此，本項目選用無隔離變逆變器。

2.匯流箱接線方式及逆變器單元接線方案

本項目206MWp的光伏陣列可分為206個1MWp的光伏方陣，組成206個1MWp并網發電單元，每1MWp的并網發電單元的光伏組件都通過直流匯流裝置分別接至2臺500kW的逆變器。每個1MW光伏發電單元共安裝4032件260Wp光伏組件，每21件光伏組件串聯為一個支路，共192個支路，各支路平均分配接入14個PVC-16直流匯流箱，1至7號PVC-16直流匯線箱接入1面直流防雷配電柜，8至14號直流匯線箱接入1面直流防雷配電柜，共2面直流柜；每面直流防雷配電柜出線接入1面500kW逆變器柜，共2面逆變器柜。

3.光伏、風能發電部分升壓站UPS電源及直流電源

光伏、風能發電部分升壓站設置2套交流不停電電源（UPS），容量為10kVA。

升壓站采用控制負荷與動力負荷混合供電的220V直流電源系統，共裝設兩組220V閥控鉛酸蓄電池組，設置兩組充電裝置，充電裝置選用高頻開關型。每組蓄電池容量為400Ah。

4.光伏、風能發電部分二次線、繼電保護及自動裝置

（1）升壓站部分

光伏、風能發電部分升壓站電氣設備監控采用計算機監控系統，設置網絡監控系統，通過遠動工作站與中調、地調進行信息傳送和遠程監控。網絡監控系統采用分層分布式結構。主變壓器保護采用雙重化配置，非電量保護單套配置，保護裝置采用微機型、35kV配電裝置配置微機型綜合保護測控裝置。35kV線路及220kV線路側設置電能質量監測裝置。為防止升壓站電氣設備誤操作，設置一套微機五防閉鎖系統。本升壓站配置GPS/北斗星時間同步系統各1套，為保護和自動裝置提供時間同步信號。

（2）光伏區部分

光伏發電系統設備監控采用計算機監控系統，和升壓站監控系統共用上位機，由升壓站監控上位機統一進行管理。光伏監控系統通過光纖環網將光伏通信設備與升壓站監控系統站控層通信設備互聯。每個逆變器房設2臺直流配電柜測控單元用來采集每路直流回路的電流、直流母線電壓及直流空開的跳閘信號以及煙霧報警信號，并將其上傳給光伏發電計算機監控系統。箱式變壓器的運行狀態信號由就地設置的箱變智能測控單元采集，通過光纖網絡上傳給升壓站光伏監控系統。

匯流箱里的每組電池串配熔斷器作為整個電池串的保護，出線設直流空氣開關用來保護匯流箱至直流配電柜之間的電纜。逆變器設過流、單相接地、過載、過壓、欠壓、孤島保護、電網異常等保護。箱式變壓器高壓側設熔斷器作為變壓器內部的短路保護；低壓側設空氣開關，帶智能脫扣器，作為箱式變壓器至逆變器之間電纜的保護，同時兼做逆變器的后備保護。

（3）風電場部分

風電機組采用微機監控系統。微機監控系統分就地監控系統、遠程中央監控系統、遠程監測系統三部分。箱式變壓器的低壓側開關采用就地和遠方控制方式。

風力發電機設有過載、堵轉、短路、缺相、三相不平衡、過壓、失壓、溫度過高、振動超時、過速、電纜纏繞等保護。風電機組需監測電網的電壓、頻率，發電機的電流、功率、轉速、功率因數和風速，風向，葉輪轉速，液壓系統狀況，偏航系統狀況，潤滑系統狀況、齒輪箱狀況、軟啟動狀況，風力發電機組關鍵設備的溫度及戶外溫度等。

箱式變壓器的非電量信號及高壓熔斷器、刀閘、低壓開關的狀態、箱變內火災報警等信號由箱變智能監控單元采集，箱變智能監控單元通過光纖環網與變電站內監控系統的以太網交換機連接，箱式變壓器的控制及信號監視由升壓站監控系統來完成。

三、項目太陽能光熱發電部分

1.發電機及勵磁系統

光熱發電部分發電機采用交流勵磁機帶旋轉整流器的無刷勵磁系統，或機端自并勵靜態勵磁系統。自動電壓調節裝置（AVR）采用微機型，且為雙通道冗余配置，隨發電機成套供貨。

2.光熱發電機組UPS及直流系統

光熱發電部分每臺機組設置一套靜態型交流不間斷電源裝置（UPS），UPS容量為60kVA。UPS系統包括主機柜（靜態轉換開關、整流器、逆變器、輸入/輸出隔離變壓器、手動旁路開關）、旁路柜、饋線柜等。

本光熱發電機組采用控制負荷與動力負荷混合供電的220V直流電源系統，兩臺機組共裝設兩組220V閥控鉛酸蓄電池組，設置兩組充電裝置，充電裝置選用高頻開關型。UPS屏及直流屏布置在主廠房UPS及直流屏室內。

3.光熱發電機組二次線、繼電保護及自動裝置

光熱發電機組及廠用電源系統采用DCS集中控制方式，僅在LCD操作臺上留有發電機斷路器、滅磁開關的緊急跳閘按鈕。發變組及廠用電源操作員站布置在主廠房集控室內。

光熱工程220kV升壓站設備采用微機監控方式，設置網絡監控系統，通過遠動工作站與中調、地調進行信息傳送和遠程監控。網絡監控系統操作員站布置在主廠房集控室內。

光熱工程發電機變壓器組、高壓廠用電源、啟動/備用變壓器保護裝置采用微機型，保護采用雙重化配置，非電量保護單套配置，保護屏布置在主廠房電子設備間內。6kV廠用設備保護采用綜合測控保護裝置，380V廠用電動機保護采用智能馬達控制器。

每臺光熱發電機組設置1套自動準同期裝置和1面發變組故障錄波裝置柜。6kV工作段每段裝設1套微機型快速切換裝置。機組測量及自動裝置柜布置在主廠房電子設備間。為防止升壓站電氣設備誤操作，設置一套微機五防閉鎖系統。光熱機組配置GPS/北斗星時間同步系統各1套，為保護和自動裝置提供時間同步信號。

四、總結

本論文的內容主要是風光熱儲電廠項目的電氣二次設計特點及方案。本設計首先對項目概況及規模進行總體分析，其次是介紹該項目太陽能光伏、風能發電部分的主要設計方案，下一步就是介紹該項目太陽能光熱發電部分的主要設計方案。在設計過程中還要對相關圖紙（主接線圖、保護配置、監控系統、自動裝置） 進行選擇和繪制，希望本論文能夠使我們對風光熱儲電廠項目結構和設計理論有進一步的理解和認識，對新能源電力系統有更深的了解。

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作者簡介：趙慧玲（1975-），女，內蒙古巴彥淖爾人，畢業于內蒙古工業大學電力學院，工程師，現從事電氣二次設計工作。