風(fēng)光熱儲電廠項目的電氣二次設(shè)計方案

摘要：對風(fēng)光熱儲智能互補(bǔ)電廠的特點(diǎn)進(jìn)行概述，介紹分析了太陽能光伏發(fā)電、太陽能光熱發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電三種型式聯(lián)合發(fā)電的電氣二次部分功能、電氣二次設(shè)計的方案。

關(guān)鍵詞：風(fēng)光熱儲；新能源；電氣二次設(shè)計

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

引言

作為能源戰(zhàn)略調(diào)整、轉(zhuǎn)變電力發(fā)展方式的重要內(nèi)容，近年來，以風(fēng)電、太陽能為代表的可再生能源發(fā)電技術(shù)在中國得到了快速發(fā)展。目前主流的太陽能發(fā)電技術(shù)主要有光熱發(fā)電與光伏發(fā)電兩種形式，其中太陽能光熱發(fā)電是通過光學(xué)聚焦原理，將太陽光通過拋物形鏡面聚集起來產(chǎn)生高溫，加熱傳熱介質(zhì)，最后通過工作介質(zhì)驅(qū)動熱動力裝置并帶動同步發(fā)電機(jī)發(fā)電。相對于光伏發(fā)電，光熱發(fā)電能實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)大容量供電，是太陽能大規(guī)模利用的有效途徑之一，當(dāng)前投資成本過高是限制光熱電站發(fā)展的主要障礙。風(fēng)能利用的主流形式是采用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（如雙饋風(fēng)機(jī)、直驅(qū)永磁風(fēng)機(jī)等）將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為50Hz的工頻交流電，并接入電網(wǎng)。與常規(guī)能源電站相比，風(fēng)功率的可預(yù)測性和可控性均較差，其大量接入會顯著影響電能質(zhì)量和電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。將光伏、光熱與風(fēng)能聯(lián)合構(gòu)成發(fā)電系統(tǒng)，可顯著改善總體的有功輸出特性，提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。本文依托風(fēng)光熱儲智能互補(bǔ)綜合示范項目工程，介紹了太陽能光伏發(fā)電、太陽能光熱發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電三種型式聯(lián)合發(fā)電的電氣二次部分功能、電氣二次設(shè)計的方案。

一、項目總體介紹

深圳中科藍(lán)天包頭達(dá)茂旗600MW風(fēng)光熱儲智能互補(bǔ)綜合示范項目立足于新能源，借助達(dá)茂旗地區(qū)豐富的太陽能資源與風(fēng)能資源，通過風(fēng)光熱儲智能互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷平穩(wěn)輸出。項目總規(guī)模600MW，建設(shè)發(fā)電形式為太陽能光伏發(fā)電、太陽能光熱發(fā)電和風(fēng)能發(fā)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(fēng)能發(fā)電部分

1.逆變器選型

光伏并網(wǎng)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(nèi)500kW逆變器技術(shù)已經(jīng)成熟，廣泛應(yīng)用到光伏發(fā)電系統(tǒng)中，性價比高，用戶反映良好。

逆變器按結(jié)構(gòu)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(yōu)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(wǎng)發(fā)電單元，每1MWp的并網(wǎng)發(fā)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(fā)電單元共安裝4032件260Wp光伏組件，每21件光伏組件串聯(lián)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(fēng)能發(fā)電部分升壓站UPS電源及直流電源

光伏、風(fēng)能發(fā)電部分升壓站設(shè)置2套交流不停電電源（UPS），容量為10kVA。

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

4.光伏、風(fēng)能發(fā)電部分二次線、繼電保護(hù)及自動裝置

（1）升壓站部分

光伏、風(fēng)能發(fā)電部分升壓站電氣設(shè)備監(jiān)控采用計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，通過遠(yuǎn)動工作站與中調(diào)、地調(diào)進(jìn)行信息傳送和遠(yuǎn)程監(jiān)控。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)。主變壓器保護(hù)采用雙重化配置，非電量保護(hù)單套配置，保護(hù)裝置采用微機(jī)型、35kV配電裝置配置微機(jī)型綜合保護(hù)測控裝置。35kV線路及220kV線路側(cè)設(shè)置電能質(zhì)量監(jiān)測裝置。為防止升壓站電氣設(shè)備誤操作，設(shè)置一套微機(jī)五防閉鎖系統(tǒng)。本升壓站配置GPS/北斗星時間同步系統(tǒng)各1套，為保護(hù)和自動裝置提供時間同步信號。

（2）光伏區(qū)部分

光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備監(jiān)控采用計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，和升壓站監(jiān)控系統(tǒng)共用上位機(jī)，由升壓站監(jiān)控上位機(jī)統(tǒng)一進(jìn)行管理。光伏監(jiān)控系統(tǒng)通過光纖環(huán)網(wǎng)將光伏通信設(shè)備與升壓站監(jiān)控系統(tǒng)站控層通信設(shè)備互聯(lián)。每個逆變器房設(shè)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(fā)電計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。箱式變壓器的運(yùn)行狀態(tài)信號由就地設(shè)置的箱變智能測控單元采集，通過光纖網(wǎng)絡(luò)上傳給升壓站光伏監(jiān)控系統(tǒng)。

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

（3）風(fēng)電場部分

風(fēng)電機(jī)組采用微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)分就地監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)程中央監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)三部分。箱式變壓器的低壓側(cè)開關(guān)采用就地和遠(yuǎn)方控制方式。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)有過載、堵轉(zhuǎn)、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(hù)。風(fēng)電機(jī)組需監(jiān)測電網(wǎng)的電壓、頻率，發(fā)電機(jī)的電流、功率、轉(zhuǎn)速、功率因數(shù)和風(fēng)速，風(fēng)向，葉輪轉(zhuǎn)速，液壓系統(tǒng)狀況，偏航系統(tǒng)狀況，潤滑系統(tǒng)狀況、齒輪箱狀況、軟啟動狀況，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組關(guān)鍵設(shè)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(guān)的狀態(tài)、箱變內(nèi)火災(zāi)報警等信號由箱變智能監(jiān)控單元采集，箱變智能監(jiān)控單元通過光纖環(huán)網(wǎng)與變電站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)的以太網(wǎng)交換機(jī)連接，箱式變壓器的控制及信號監(jiān)視由升壓站監(jiān)控系統(tǒng)來完成。

三、項目太陽能光熱發(fā)電部分

1.發(fā)電機(jī)及勵磁系統(tǒng)

光熱發(fā)電部分發(fā)電機(jī)采用交流勵磁機(jī)帶旋轉(zhuǎn)整流器的無刷勵磁系統(tǒng)，或機(jī)端自并勵靜態(tài)勵磁系統(tǒng)。自動電壓調(diào)節(jié)裝置（AVR）采用微機(jī)型，且為雙通道冗余配置，隨發(fā)電機(jī)成套供貨。

2.光熱發(fā)電機(jī)組UPS及直流系統(tǒng)

光熱發(fā)電部分每臺機(jī)組設(shè)置一套靜態(tài)型交流不間斷電源裝置（UPS），UPS容量為60kVA。UPS系統(tǒng)包括主機(jī)柜（靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)、整流器、逆變器、輸入/輸出隔離變壓器、手動旁路開關(guān)）、旁路柜、饋線柜等。

本光熱發(fā)電機(jī)組采用控制負(fù)荷與動力負(fù)荷混合供電的220V直流電源系統(tǒng)，兩臺機(jī)組共裝設(shè)兩組220V閥控鉛酸蓄電池組，設(shè)置兩組充電裝置，充電裝置選用高頻開關(guān)型。UPS屏及直流屏布置在主廠房UPS及直流屏室內(nèi)。

3.光熱發(fā)電機(jī)組二次線、繼電保護(hù)及自動裝置

光熱發(fā)電機(jī)組及廠用電源系統(tǒng)采用DCS集中控制方式，僅在LCD操作臺上留有發(fā)電機(jī)斷路器、滅磁開關(guān)的緊急跳閘按鈕。發(fā)變組及廠用電源操作員站布置在主廠房集控室內(nèi)。

光熱工程220kV升壓站設(shè)備采用微機(jī)監(jiān)控方式，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，通過遠(yuǎn)動工作站與中調(diào)、地調(diào)進(jìn)行信息傳送和遠(yuǎn)程監(jiān)控。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)操作員站布置在主廠房集控室內(nèi)。

光熱工程發(fā)電機(jī)變壓器組、高壓廠用電源、啟動/備用變壓器保護(hù)裝置采用微機(jī)型，保護(hù)采用雙重化配置，非電量保護(hù)單套配置，保護(hù)屏布置在主廠房電子設(shè)備間內(nèi)。6kV廠用設(shè)備保護(hù)采用綜合測控保護(hù)裝置，380V廠用電動機(jī)保護(hù)采用智能馬達(dá)控制器。

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

四、總結(jié)

本論文的內(nèi)容主要是風(fēng)光熱儲電廠項目的電氣二次設(shè)計特點(diǎn)及方案。本設(shè)計首先對項目概況及規(guī)模進(jìn)行總體分析，其次是介紹該項目太陽能光伏、風(fēng)能發(fā)電部分的主要設(shè)計方案，下一步就是介紹該項目太陽能光熱發(fā)電部分的主要設(shè)計方案。在設(shè)計過程中還要對相關(guān)圖紙（主接線圖、保護(hù)配置、監(jiān)控系統(tǒng)、自動裝置） 進(jìn)行選擇和繪制，希望本論文能夠使我們對風(fēng)光熱儲電廠項目結(jié)構(gòu)和設(shè)計理論有進(jìn)一步的理解和認(rèn)識，對新能源電力系統(tǒng)有更深的了解。

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作者簡介：趙慧玲（1975-），女，內(nèi)蒙古巴彥淖爾人，畢業(yè)于內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)電力學(xué)院，工程師，現(xiàn)從事電氣二次設(shè)計工作。