Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)

在江蘇盛佳德新材料有限公司4.03MW分布式光伏10KV并網(wǎng)系統(tǒng)的應用

吳柯霓

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：隨著我國社會的不斷進步,經(jīng)濟得到迅速的發(fā)展,城市化進程也逐漸加快。城市電力配電網(wǎng)絡的供電壓力逐漸增加,傳統(tǒng)的發(fā)電技術已經(jīng)不再適用于目前城市電力配電的發(fā)展現(xiàn)狀。傳統(tǒng)發(fā)電技術電力轉(zhuǎn)化的效率比較低,對空氣的污染也比較大,不利于城市環(huán)境的保護以及經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展。分布式光伏發(fā)電作為一種可再生能源技術，得到了越來越廣泛的應用。本項目旨在利用分布式光伏發(fā)電技術，實現(xiàn)自發(fā)自用、余電上網(wǎng)，提高能源利用效率，降低能源成本，同時減少對傳統(tǒng)能源的依賴，促進可持續(xù)發(fā)展。

關鍵詞：分布式光伏；自發(fā)自用，余電上網(wǎng)；可持續(xù)發(fā)展;

1. 概述

我國擁有豐富的清潔可再生能源資源儲量，積極開發(fā)利用可再生能源，為解決當前化石能源短缺與環(huán)境污染嚴重的燃眉之急提供了有效途徑[1]。但是可再生能源的利用和開發(fā)，可再生能源技術的發(fā)展和推廣以及可再生能源資源對環(huán)境保護的正向影響，卻遠遠沒有達到理想的水平。大力開發(fā)太陽能、風能等新能源和可再生能源利用技術將成為減少環(huán)境污染的重要措施[2]。

光伏發(fā)電主要包括集中式光伏發(fā)電和分布式光伏發(fā)電兩類。集中式光伏發(fā)電一般為大型地面光伏電站;分布式光伏發(fā)電主要指小型分散式光伏電站，其應用形式主要為屋頂分布式光伏發(fā)電[3]。集中式光伏電站的投資大、建設周期長、占地面積大;而分布式光伏電站的投資小、建設周期短、政策支持力度大且選址自由等，本項目采用分布式光伏發(fā)電的運行方式，在廠區(qū)的屋頂進行安裝光伏發(fā)電設備進行發(fā)電。

本項目采用高效光伏組件，總?cè)萘繛?.03WM，本項目電量結算原則為：自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。項目計劃2024年6月底建成投產(chǎn)。本項目二次設計選用安科瑞Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)解決方案，光伏監(jiān)控平臺采用在國產(chǎn)麒麟操作系統(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。

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，該項目的容量為4.03MW，項目采用自發(fā)自用余電上網(wǎng)的消納方式。利用原有的電源點作為光伏高壓并網(wǎng)點并入電網(wǎng)端，并網(wǎng)點設置光伏進線柜柜，站用變柜，SVG柜，PT柜，計量柜，出線總柜，并網(wǎng)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1000V，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10kV市電高壓柜。項目采用Acrel-1000DP光伏監(jiān)控平臺，操作使用了國產(chǎn)麒麟系統(tǒng)。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 光伏電站一次系統(tǒng)圖

3. 系統(tǒng)結構

現(xiàn)場設備主要分為三部分，就地高壓柜、二次保護裝置柜、箱變。就地高壓保護裝置根據(jù)不同功能安裝在對應的高壓柜對電力進行保護。二次保護裝置柜配備防孤島保護，公共測控裝置、頻率電壓緊急控制裝置、電能質(zhì)量裝置，對時裝置以及采集上傳設備，二次保護裝置主要對一次設備進行保護、廠站內(nèi)的數(shù)據(jù)采集與調(diào)度上傳。箱變安裝有數(shù)采儀對逆變器的數(shù)據(jù)進行采集。

系統(tǒng)可分為三層結構：即現(xiàn)場設備層、網(wǎng)絡通訊層、和平臺管理層。

現(xiàn)場設備層：箱變微機保護、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、頻率電壓緊急控制裝置、多功能儀表、計量表等裝置用于采集站內(nèi)配電柜內(nèi)電氣運行參數(shù)、開關狀態(tài)等數(shù)據(jù)，同時在10kv變電所配置直流電源，保障現(xiàn)場設備良好的運行環(huán)境。

網(wǎng)絡通訊層：包含安科瑞智能網(wǎng)關。網(wǎng)關主動采集現(xiàn)場設備層設備的數(shù)據(jù)，并可進行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲，分散10kV變電站通過數(shù)據(jù)采集箱（內(nèi)置智能網(wǎng)關）采集數(shù)據(jù)通過光纖上傳至通信室分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)平臺；同時網(wǎng)關充當遠動通信裝置，將現(xiàn)場設備數(shù)據(jù)采集后通過交換機經(jīng)縱向加密數(shù)據(jù)加密后上傳調(diào)度網(wǎng)。

平臺管理層：分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)平臺、國網(wǎng)宿遷供電公司調(diào)度控制中心平臺。

圖3 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡結構圖

3.1. 功能需求

3.1.1. 繼電保護及安全自動裝置需求

分布式電源繼電保護和安全自動裝置配置應符合相關繼電保護技術規(guī)程、運行規(guī)程和反事故措施的規(guī)定，裝置定值應與電網(wǎng)繼電保護和安全自動裝置配合整定，防止發(fā)生繼電保護和安全自動裝置誤動、拒動，確保人身、設備和電網(wǎng)安全。10kV接入的分布式電源，保護和安全自動裝置配置還應滿足《繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程》（GB/T14285-2006）。

1.線路保護裝置：光伏電站線路發(fā)生短路故障時，線路保護能快速動作，瞬時跳開相應并網(wǎng)點斷路器，滿足全線故障時快速可靠切除故障的要求。

2.電容器保護裝置：在高壓配電室10kVSVG柜，裝設1套電容器保護裝置，實現(xiàn)欠電壓，過電壓，零序電壓，不平衡電壓保護，異常緊急控制功能，跳開電容器斷路器。

3.防孤島保護裝置：防孤島檢測需滿足GB/T19964-2012《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定》、Q/GDW617-2011《光伏電站接入電網(wǎng)技術規(guī)定》等規(guī)范文件的要求。分布式電源應具備快速監(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。針對電網(wǎng)失壓后分布式電源可能繼續(xù)運行、且向電網(wǎng)線路送電的情況提出。孤島運行一方面危及電網(wǎng)線路維護人員和用戶的生命安全，干擾電網(wǎng)的正常合閘；另一方面孤島運行電網(wǎng)中的電壓和頻率不受控制，將對配電設備和用戶設備造成損壞。防孤島裝置應具備線路故障時，確保電源能及時斷開與電網(wǎng)連接，確保重合閘能正確動作。

4.光伏電站內(nèi)需具備直流電源，供10kV保護及測控裝置，電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置等設備使用。光伏電站內(nèi)需配置交直流一體化電源，供關口電能表、電能量終端服務器、交換機等設備使用。系統(tǒng)繼電保護應使用專用的電流互感器和電壓互感器的二次繞組，電流互感器準確級宜采用0.2S、10P級，電壓互感器準確級宜采用0.2、3P級。

5.光伏電站本體應具備故障和異常工作狀態(tài)報警和保護的功能。

6.光伏電站應支持調(diào)度機構開展"四遙"(遙測、遙信、遙控、遙調(diào))應用功能。

7.恢復并網(wǎng)：當光伏發(fā)電系統(tǒng)因電網(wǎng)擾動脫網(wǎng)后，在電網(wǎng)電壓和頻率恢復到正常運行范圍之前，光伏發(fā)電系統(tǒng)不允許并網(wǎng)；在電網(wǎng)電壓和頻率恢復正常后，通過10kV電壓等級并網(wǎng)的分布式電源恢復并網(wǎng)應經(jīng)過電網(wǎng)調(diào)度機構的允許。

3.1.2. 調(diào)度自動化需求

光伏電站應滿足江蘇電力調(diào)度控制中心關于印發(fā)《發(fā)電企業(yè)自動化系統(tǒng)接入配置指導意見》的通知（電調(diào)〔2018〕40號）有關自動化規(guī)定：10kv接入的分布式電源，信息采集、控制調(diào)節(jié)等應滿足江蘇電力調(diào)度控制中心關于印發(fā)《光伏電站接入電網(wǎng)技術規(guī)定》（Q/GDW617-2011）、《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定》（GB/T19964-2012）要求。光伏電站投運后，由區(qū)調(diào)調(diào)度，并由區(qū)級供電公司對運行進行管理。因此，需建立光伏電站至區(qū)調(diào)的調(diào)度通信以及運動等信息和數(shù)據(jù)傳輸通道。

10kv光伏電站本體需配置配電自動化終端監(jiān)控系統(tǒng)，具備與電網(wǎng)調(diào)度機構進行雙向通信的能力，能夠?qū)崿F(xiàn)遠程監(jiān)測和控制功能，應能接收、執(zhí)行調(diào)度端遠方控制解/并列、啟停和發(fā)電功率的指令，具備群調(diào)群控及遠動功能，有關光伏電站本體信息的采集、處理采用監(jiān)控系統(tǒng)來完成，具備符合相關標準通信協(xié)議的遠傳功能。光伏電站配電自動化終端監(jiān)控系統(tǒng)實時采集并網(wǎng)運行信息，主要包括主斷路器狀態(tài)、并網(wǎng)點開關狀態(tài)(具備遙控功能)、并網(wǎng)點電壓和電流、光伏發(fā)電系統(tǒng)有功功率和無功功率、光伏發(fā)電量、頻率等，上傳至市供電公司配網(wǎng)自動化系統(tǒng)主站，再由市供電公司調(diào)度中心將數(shù)據(jù)下發(fā)至縣調(diào)，當調(diào)度端對分布式電源有功功率和無功電壓有控制要求時，就地監(jiān)控系統(tǒng)應能夠接收和執(zhí)行上級調(diào)度主站系統(tǒng)的控制命令。

根據(jù)上述調(diào)度自動化需求，本項目采用104有線、101無線兩路通道進行數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)度上傳。利用安科瑞遠動網(wǎng)關進行數(shù)據(jù)的調(diào)度上傳，通過方天裝置與調(diào)度之間建立的無線101通道進行數(shù)據(jù)101上傳；通過ONU裝置與調(diào)度之間建立的有線104通道進行數(shù)據(jù)104上傳。本項目具有AGC控制，通過AGC控制裝置采集數(shù)采儀數(shù)據(jù)，匯總數(shù)采儀數(shù)據(jù)，利用內(nèi)部邏輯進行處理后輸出群調(diào)群控信號，群調(diào)群控信號利用網(wǎng)關采集后上傳到調(diào)度，調(diào)度可以設置發(fā)電功率命令通過網(wǎng)關下發(fā)到AGC控制裝置，調(diào)節(jié)逆變器的發(fā)電功率。

3.1.3. 電能質(zhì)量在線監(jiān)測需求

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)通過光伏組件將太陽能轉(zhuǎn)化為直流電位的正弦波電流，并入電網(wǎng)，在將直流電能經(jīng)逆變轉(zhuǎn)換為交流電能的過程中，可能會產(chǎn)生大量諧波及直流分量。

根據(jù)《光伏電站接入電網(wǎng)技術規(guī)定》（Q/GDW617-2011）、江蘇省電力公司《光伏電站接入系統(tǒng)導則（2010年版）》及《分布式電源接入系統(tǒng)典型設計》（國家電網(wǎng)公司）規(guī)定，為保證對電能質(zhì)量的有效監(jiān)控，光伏電站側(cè)、宿遷市城區(qū)開發(fā)投資有限公司10kV配電房側(cè)配置1套滿足GB/T19862《電能質(zhì)量監(jiān)測設備通用要求》的A類電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，用于分布式光伏項目的電能質(zhì)量指標的監(jiān)測。

電能質(zhì)量在線監(jiān)測數(shù)據(jù)需上傳至相關主管機構。

3.2. 配置設備清單

根據(jù)3.2所述的光伏監(jiān)控系統(tǒng)需求，安科瑞電氣配置1套完整的分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)，詳細設備清單如表1。

表1我司提供方案設備列表

3.3. 典型設備介紹

AMSSE-IS防孤島裝置主要用于35KV、10KV以及低壓380V光伏發(fā)電、燃氣發(fā)電等新能源并網(wǎng)供電系統(tǒng)。具有三段式過流保護、反時限保護、兩段式零序IO過流/IO反時限過流保護等保護功能。防孤島裝置具有以下作用1：保護人員安全：在電網(wǎng)或光伏側(cè)失電時，防孤島裝置能迅速動作，切斷并網(wǎng)點，避免維修人員在不知情的情況下接觸帶電部分，從而保障其生命安全。2：防止電網(wǎng)沖擊和設備損壞：通過快速切斷連接，防孤島裝置防止了孤島效應可能導致的電壓和頻率異常，從而避免了這些異常對電網(wǎng)和光伏設備造成的沖擊和損壞。3：提高系統(tǒng)可靠性：通過實時監(jiān)測和快速響應，防孤島裝置有助于維持光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而提高其與大電網(wǎng)的功率平衡，增強系統(tǒng)的整體可靠性。

APView500PV電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置采用了高性能多核平臺和嵌入式操作系統(tǒng)，遵照IEC61000-4-30《測試和測量技術-電能質(zhì)量測量方法》中規(guī)定的各電能質(zhì)量指標的測量方法進行測量，集諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監(jiān)測、電壓不平衡度監(jiān)測、事件記錄、測量控制等功能為一體。裝置在電能質(zhì)量指標參數(shù)測量方法的標準化和指標參數(shù)的測量精度以及時鐘同步、事件告警功能等各個方面均達到了國家標準**要求，能夠滿足通過0.4-35kV電壓等級并網(wǎng)的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)要求，廣泛適用于工業(yè)廠房、商業(yè)屋頂、物流基地、機場交通、高速服務區(qū)等行業(yè)的分布式光伏并網(wǎng)點電能質(zhì)量監(jiān)測。電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置的作用主要包括實時監(jiān)測電能質(zhì)量參數(shù)、?分析電能質(zhì)量問題、?提高電能利用效率、?保障電氣設備安全運行、?降低電能損耗、?預防電力事故、?提高用戶滿意度等。實時監(jiān)測電能質(zhì)量參數(shù)：?通過監(jiān)測電網(wǎng)中的電壓、?電流等參數(shù)，?及時發(fā)現(xiàn)電能質(zhì)量問題，?如電壓波動、?電流諧波、?電能失真等。分析電能質(zhì)量問題：?通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，?可以深入了解電能質(zhì)量問題的性質(zhì)、?原因和影響，?為后續(xù)的處理提供依據(jù)。提高電能利用效率：?通過監(jiān)測和分析電能質(zhì)量問題，?可以采取相應的措施來改善電能質(zhì)量，?從而提高電能利用效率，?減少能源浪費。提高用戶滿意度：?通過監(jiān)測和分析電力系統(tǒng)的運行狀況，?幫助電力系統(tǒng)管理人員了解電力系統(tǒng)的運行狀況，?及時調(diào)整電力系統(tǒng)的負載和運行模式，?提高電力系統(tǒng)的效率，?減少能源浪費，?降低能源成本，?從而提高用戶滿意度。

3.4. 現(xiàn)場應用圖

圖4 光伏電站屏柜布置圖

圖5 直流屏柜布置圖

圖6 光伏電站監(jiān)控主機臺布置圖

4. 系統(tǒng)功能

4.1. 主接線界面圖

在此界面可以查看配電室內(nèi)高壓保護柜的電量參數(shù)，監(jiān)視斷路器和手車的狀態(tài)，在遠方狀態(tài)時可以遙控斷路器的分合，監(jiān)視高壓柜保護裝置的參數(shù)，能夠及時的發(fā)現(xiàn)異常，及時做出相應的處理。

圖7 主接線界面圖

4.2. 電能質(zhì)量監(jiān)視界面圖

在電能質(zhì)量監(jiān)控圖中，可以直接查看電能質(zhì)量裝置的運行狀態(tài)、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?？梢愿鶕?jù)這些信息監(jiān)測現(xiàn)場電能的質(zhì)量，及時的做出應對方案。

圖8 電能質(zhì)量監(jiān)視界面圖

4.3. 網(wǎng)絡拓撲界面圖

系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡結構；可在線診斷設備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

圖9 站內(nèi)設備網(wǎng)絡拓撲圖

4.4. 逆變器監(jiān)視界面圖

此界面可以監(jiān)視逆變器的電流電壓等電參量數(shù)據(jù)，逆變器的發(fā)電有功功率，總發(fā)電量以及故障告警信息。通過友好的用戶界面和強大的分析功能，?能夠及時發(fā)現(xiàn)并解決潛在問題，?確保光伏發(fā)電系統(tǒng)的可靠和穩(wěn)定運行。?

圖10 逆變器監(jiān)視界面圖

4.5. 實時曲線監(jiān)視界面圖

此界面選擇所要設備的電量，查看電量的實時曲線，便于現(xiàn)場人員查看電參量的變化情況，利用曲線的變化情況更加直觀的展示出現(xiàn)場電量的變化方便分析現(xiàn)場運行狀態(tài)。?

圖11 實時曲線監(jiān)視界面圖

5. 結語

光伏發(fā)電是我國重要的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，大力推進光伏發(fā)電應用對優(yōu)化能源結構、保障能源安全、改善生態(tài)環(huán)境、轉(zhuǎn)變城鄉(xiāng)用能方式具有重大戰(zhàn)略意義[4]。分布式光伏發(fā)電應用范圍廣，在城鄉(xiāng)建筑、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、公共設施等領域都有廣闊應用前景，既是推動能源生產(chǎn)和消費革命的重要力量，也是促進穩(wěn)增長調(diào)結構促改革惠民生的重要舉措。該項目的實施可以有效地推動可再生能源的發(fā)展，減少對傳統(tǒng)能源的依賴，降低能源消耗和環(huán)境污染。通過分布式光伏的應用，我們成功實現(xiàn)了太陽能的利用，為社會提供了清潔、可持續(xù)的電力供應。在未來的發(fā)展中，我們將繼續(xù)努力，為推動可再生能源的發(fā)展和應用做出更大的貢獻。同時，我們也將不斷提高技術水平和管理水平，確保項目的順利實施和運行，為社會和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展做出積極貢獻。

參考文獻

[1]張欣，分布式光伏發(fā)電項目綜合效益評價研究[D].工程碩士論文，2014.

[2]肖琳，現(xiàn)代分布式光伏在我國發(fā)展趨勢研究[M].2023.第13535期.

[3]李明東，李婧雯主編，“雙碳"目標下中國分布式光伏發(fā)電的發(fā)展和展望[J].2023.第五期.

[4]張國輝，分布式光伏發(fā)電項目后評價研究.[D].工程碩士論文，2015.

作者介紹：

吳柯霓，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究變電站綜合自動化解決方案、分布式光伏監(jiān)控解決方案。