安科瑞Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)

在廣西大唐至浦北高速高速（大茅垌）項目中應(yīng)用

摘 要：人類對地球傳統(tǒng)能源需求的增加給環(huán)境帶來了致命負擔。太陽能的開發(fā)利用為人類開辟了一條兼顧發(fā)展與生態(tài)的新路徑，其中分布式光伏的興起尤為關(guān)鍵。作為能源利用方式的革新，分布式光伏通過“就近發(fā)電、就近消納"的靈活模式，不僅有效降低了傳統(tǒng)化石能源的依賴程度，更在推動清潔能源體系構(gòu)建、促進能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型中扮演著重要角色，為全球減碳目標的實現(xiàn)注入了新動能。為保證光伏發(fā)電的安全性，需要采用一套既能夠保證發(fā)電的安全性，又能夠保證發(fā)電的質(zhì)量的保護方案。

關(guān)鍵詞：分布式光伏；減碳目標；“就近發(fā)電、就近消納"

1.                      概述

在分布式光伏是一種以太陽能光伏發(fā)電為基礎(chǔ)的電力供應(yīng)方式，與傳統(tǒng)的集中式光伏發(fā)電不同，分布式光伏分布在用戶集中的地區(qū)，是更加靈活的光伏發(fā)電系統(tǒng)。[1]光伏發(fā)電具有顯著的能源、環(huán)保和經(jīng)濟效益，是好的綠色能源之一，在我國平均日照條件下安裝1 千瓦光伏發(fā)電系統(tǒng)，1 年可發(fā)出1200 度電，可減少煤炭(標準煤)使用量約400 千克，減少二氧化碳排放約1 噸。根據(jù)世界自然基金會研究結(jié)果：從減少二氧化碳效果而言，安裝1平米光伏發(fā)電系統(tǒng)相當于植樹造林100 平米，目前發(fā)展光伏發(fā)電等可再生能源是根本上解決霧霾、酸雨等環(huán)境問題的有效手段之一。[2]

大塘至浦北高速公路光伏發(fā)電項目（以下簡稱“本項目"）是響應(yīng)國家“優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提供更加清潔、可靠的能源"的號召，投資建設(shè)的分布式光伏發(fā)電應(yīng)用示范項目。

本項目位于欽州市大塘至浦北高速公路浦北縣大茅垌路段，利用高速公路沿線邊坡建設(shè)分布式光伏發(fā)電站，項目采用“全額上網(wǎng)"模式，利用高速公路沿線斜坡建設(shè)分布式光伏發(fā)電項目，總建設(shè)規(guī)模約為4.08MWp。通過原有10KV更山支52+1號桿接入電網(wǎng)的接入系統(tǒng)，屬于欽州市供電公司管理范圍。

本期項目采用光伏組件，總?cè)萘繛?/span>4.08MW，本項目電量結(jié)算原則為：全額上網(wǎng)。項目計劃2025年4月底建成投產(chǎn)。本項目二次設(shè)計選用安科瑞Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)解決方案，光伏監(jiān)控平臺在配套操作系統(tǒng)下運行，使得本地保護、監(jiān)控方案更為穩(wěn)定可靠。通過本次分布式光伏的投建與實施，為用戶提供了清潔、可再生的電力能源，有助于減少對傳統(tǒng)能源的依賴，降低碳排放。

本文介紹光伏電站接入系統(tǒng)方案的論證，系統(tǒng)繼電保護及安全自動裝置、系統(tǒng)通信、系統(tǒng)調(diào)度自動化方案研究等。

圖1 項目現(xiàn)場圖

2.                      解決方案

本項目為屋頂分布式光伏項目，該期項目的容量為4.08MW，項目采用全額上網(wǎng)的消納方式。新增并網(wǎng)點設(shè)置光伏出線柜柜，計量柜，PT柜，光伏進線柜。新增的光伏系統(tǒng)配置自動化系統(tǒng)，實時采集并網(wǎng)信息，信息上傳至當?shù)卣{(diào)控中心DMS系統(tǒng)。光伏發(fā)電逆變器電源電壓為800V，經(jīng)箱變升壓變升壓至10kV后,通過高壓電纜接入新增的10kV光伏進線柜,通過并網(wǎng)柜并入原有10KV六橋線。項目采用Acrel-1000DP光伏監(jiān)控平臺。監(jiān)控平臺具有對全站數(shù)據(jù)的實時觀測、事故告警提示等功能。

圖2 項目電站編號圖

3.                      技術(shù)方案

本項目規(guī)模約為4.08MWp，利用高速公路沿線空地建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)，關(guān)鍵設(shè)備光伏組件、逆變器、變壓器等采用國內(nèi)產(chǎn)品。分布式光伏系統(tǒng)所發(fā)電量采用全額上網(wǎng)。本項目光伏發(fā)電系統(tǒng)所輸出的直流電經(jīng)組串式逆變器轉(zhuǎn)換成交流電后，就地升壓至10KV，經(jīng)開關(guān)柜通過1回出線接入至一次倉10KV并網(wǎng)柜母線，并網(wǎng)柜傳輸光伏發(fā)電至柱上開關(guān)進行并網(wǎng)。本工程規(guī)劃擬建裝機容量為4.896MWp，交流側(cè)容量為4.08MW，按照光伏電站使用壽命25年進行計算得到，本項目平均每年發(fā)電容量為559.41KWh，25年總共發(fā)電量為13985.27KWh，計劃投產(chǎn)時間2025年，擬采用“全額上網(wǎng)"模式。

4.1升壓變壓器及高低壓配電設(shè)備

本項目配備一臺三相交流1000KVA的干式變壓器、一臺三相交流800KVA的干式變壓器、一臺三相交流500KVA的干式變壓器、一臺三相交流630KVA的干式變壓器、五臺三相交流630KVA的干式變壓器。額定電壓10.5±2×2.5%/0.8kV，接線組別為 Dy11。交流頻率為50Hz,可以戶外使用，能效等級滿足國家規(guī)范要求。

圖3 新建光伏一次圖

4.2繼電保護及安全自動裝置

本光伏電站內(nèi)主要電氣設(shè)備采用微機保護，以滿足信息上送。元件保護按照《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》（GB14285－2006）配置。

1）防孤島檢測

分布式電源應(yīng)具備快速監(jiān)測孤島且立即斷開與電網(wǎng)連接的能力，防孤島保護動作時間不大于2S,其防孤島保護應(yīng)與配電網(wǎng)側(cè)線路重合閘和安全自動裝置動作時間相配合。在本光伏電站并網(wǎng)點裝設(shè)防孤島保護裝置，防止產(chǎn)生非計劃性孤島。

2）       并網(wǎng)線路繼電保護及安全自動裝

分布式光伏項目線路發(fā)生短路故障時，線路保護應(yīng)快速動作，瞬時跳開相應(yīng)并網(wǎng)點斷路器，滿足全線故障快速可靠切除故障的要求。安裝光伏發(fā)電項目的用戶變電站10kV母線應(yīng)配置故障解列裝置，實現(xiàn)頻率電壓異常緊急控制功能，跳開相應(yīng)斷路器（專用開關(guān)）。

3）       電能質(zhì)量監(jiān)測裝置

根據(jù)Q/GDW10651—2015《電能質(zhì)量評估技術(shù)導(dǎo)則》的相關(guān)要求；通過10(6)kV～35kV電壓等級并網(wǎng)的變流器類型電源應(yīng)在公共連接點裝設(shè)滿足GB/T19862要求的電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置，以滿足接入福建電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測子站通信機的接入規(guī)范，對電壓、頻率、諧 波、功率因數(shù)等電能質(zhì)量參數(shù)進行監(jiān)測，電能質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)至少保存一年。

光伏電站應(yīng)滿足《國網(wǎng)湖北電力做好中低壓分布式電源接入系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)服務(wù)指導(dǎo)意見》有關(guān)電能質(zhì)量要求的規(guī)定，當接入配電網(wǎng)的分布式電源導(dǎo)致公共連接點 電能質(zhì)量不滿足相關(guān)要求時，運營管理方應(yīng)在規(guī)定時間內(nèi)采取改善電能質(zhì)量措施，未采取治理措施或采取改善措施后電能質(zhì)量仍無法滿足要求時，電網(wǎng)運營管理部門采取斷開該分布式電源管控措施，直至電能質(zhì)量滿足要求時方可重新并網(wǎng)。

通過10KV電壓等級并網(wǎng)的分布式電源，應(yīng)具備低電壓穿越能力和高電壓穿越能力，高低 電壓穿越的考核曲線應(yīng)滿足現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范要求。

通過10(6)kV～35kV電壓等級并網(wǎng)的分布式電源，應(yīng)在并網(wǎng)運行后6個月內(nèi)向縣供電公司提供運行特性檢測報告，檢測結(jié)果應(yīng)符合Q/GDW10651—2015《電能質(zhì)量評估技術(shù)導(dǎo)則》的相  關(guān)要求。分布式電源接入電網(wǎng)的檢測點為電源并網(wǎng)點，應(yīng)由具有相應(yīng)資質(zhì)的單位或部門進行檢測，并在檢測前將檢測方案報縣供電公司調(diào)控中心備案。

在新(擴)建諧波源用戶投運后，縣供電公司營銷部組織對用戶諧波進行測試。如發(fā)現(xiàn)評估不超標而實測超標的用戶，縣供電公司營銷部應(yīng)對該用戶下發(fā)諧波整改通知，及時落實用戶諧波治理措施。

4）       AGC/AVC裝置

根據(jù)南網(wǎng)調(diào)度部門的設(shè)計要求分布式光伏項目對接入南網(wǎng)需要滿足《光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定（GB/T 29319-2024）》。配置AGC/AVC裝置可以實現(xiàn)對逆變器有功功率和無功功率進行調(diào)節(jié)，滿足設(shè)計所要求的“四可(可觀、可測、可控、可調(diào)）"。

5）       態(tài)勢感知裝置

根據(jù)《南方電網(wǎng)分布式新能源并網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全防拍方案》（辦總調(diào)（2022）7號附件1）分布式新能源場站配置配網(wǎng)安全防護裝置，并實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全威脅的實時監(jiān)測與審計，上送電力監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知系統(tǒng)。配置態(tài)勢感知裝置能夠及時的監(jiān)測出潛在風(fēng)險，在遭遇風(fēng)險攻擊時能夠及時發(fā)出告警。

圖4 態(tài)勢感知配置圖

4.                      系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本項目光伏電站配置一套綜合自動化系統(tǒng)，采用安科瑞電氣股份有限公司所提供的Acrel-1000DP分布式光伏電力監(jiān)控系統(tǒng)具有保護、控制、通信、測量等功能，可實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)、開關(guān)站的全功能綜合自動化管理。本項目逆變器、高低壓設(shè)備等狀態(tài)信號均接入本監(jiān)控系統(tǒng)。

本項目光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)包括兩部分：站控層和就地層，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為開放式分層、分布式結(jié)構(gòu)。

監(jiān)控系統(tǒng)通過以太網(wǎng)與就地層相連,就地層按照不同的功能、系統(tǒng)劃分，以相對獨立的方式分散在逆變器區(qū)域或箱變中，在站控層及網(wǎng)絡(luò)失效的情況下，就地層仍能獨立完成就地各電氣設(shè)備的監(jiān)測。計算機監(jiān)控系統(tǒng)通過遠動工作站GPRS公網(wǎng)與欽州市電力公司實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。

站控層由計算機網(wǎng)絡(luò)連接的服務(wù)器、操作員站、遠動站等組成，提供站內(nèi)運行的人機界面，實現(xiàn)管理控制就地層設(shè)備等功能，形成全站監(jiān)控、管理中心，并具備與遠方控制中心通信的接口。

就地層設(shè)備由智能測控單元、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通訊單元、逆變器數(shù)據(jù)采集單元、多功能電能表等構(gòu)成，主要電氣設(shè)備包括逆變器、箱變、并網(wǎng)開關(guān)。它直接采集處理現(xiàn)場的原始數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)傳送給站控層監(jiān)控主站，同時接收站控層發(fā)來的控制操作命令，經(jīng)過有效性判斷、閉鎖檢測、同步檢測等，最后對設(shè)備進行操作控制。

站控層與就地層之間的通訊網(wǎng)絡(luò)采用GPRS無線通訊網(wǎng)絡(luò)。

每個光伏發(fā)電單元配帶無線發(fā)射功能的數(shù)據(jù)采集裝置，采集每組光伏組件數(shù)據(jù)，逆變器參數(shù)，測控裝置、智能計量表計的數(shù)據(jù)，打包后通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)視。

圖5 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)功能

4.1.                      實時監(jiān)測

Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)人機界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。同時可以設(shè)計整體界面，供用戶選擇對應(yīng)配電房對應(yīng)光伏組件或高壓部分進行查看。

圖6 實時監(jiān)測主界面功能圖

4.2.                      電能質(zhì)量監(jiān)視

在電能質(zhì)量監(jiān)控圖中，可以直接查看電流電壓總有效值、電壓波動、電壓總畸變、正反向有功電能、有功、無功功率等電能質(zhì)量信息。可以根據(jù)這些信息監(jiān)測現(xiàn)場電能的質(zhì)量，及時的做出應(yīng)對方案。

圖7 電能質(zhì)量監(jiān)視界面圖面功能圖

4.3.                      實時曲線監(jiān)測

在實時曲線監(jiān)測界面中，用戶可以根據(jù)需求直接選擇所想要查看的數(shù)據(jù)，選擇后可在界面中實時顯示數(shù)據(jù)的變化，方便用戶分析數(shù)據(jù)的變化情況，目前實時曲線支持至多四條曲線同時變化顯示。

圖8 實時曲線監(jiān)測功能圖

4.4.                      實時報表監(jiān)測

在實時報表監(jiān)測界面中，用戶可以根據(jù)需求直接選擇所想要查看數(shù)據(jù)的設(shè)備，能查詢各回路或設(shè)備實時的運行參數(shù)，報表中顯示的電參量信息應(yīng)包括：各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無功功率、電能，遙信量等。遙測量包括實時值（處于不同狀態(tài)時應(yīng)給以不同顏色區(qū)分）、測點狀態(tài)（越限、置入、通信異常等）及其發(fā)生時間、日平均值等。遙信量包括實時值（處于不同狀態(tài)時應(yīng)給以不同顏色區(qū)分）、測點狀態(tài)（置入、通信異常等）、日變位次數(shù)等，報表可以導(dǎo)出和打印。

圖9 實時報表監(jiān)測功能圖

5.                      結(jié)語

太陽能光伏發(fā)電市場規(guī)模在過去紀念里持續(xù)擴大，這主要是由于太陽能光伏發(fā)電成本不斷下降和政府的支持[3]本項目積極響應(yīng)了國家的號召，大力發(fā)展高速公路陸域光伏建設(shè)，在發(fā)展的同時需要符合當?shù)毓╇娋謱﹄娏Π踩囊蟆Ｒ虼朔植际焦夥⒕W(wǎng)過程中需要使用到一套安全可靠的分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)解決方案，我司的電力監(jiān)控系統(tǒng)方案能夠為用戶、電網(wǎng)助力分布式光伏高比例有序并網(wǎng)，強化分布式光伏的統(tǒng)一管控，具有能夠推動分布式光伏和大電網(wǎng)的協(xié)調(diào)運行，搭建數(shù)據(jù)透明、調(diào)控便捷、能源互動的新型分布式新能源調(diào)度管理的體系。

參考文獻

[1]       肖琳.現(xiàn)代分布式光伏在我國發(fā)展趨勢研究[J].能源電力,2023，24（03）:28-32

[2]       李明東，李婧雯.“雙碳"目標下中國分布式光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀和展望[J]太陽能，2023，349(05):5-10

[3]董華展.太陽能光伏發(fā)電發(fā)展趨勢探析[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化,2023,226(4):283-284