安科瑞光伏監(jiān)控系統(tǒng)在江蘇盛佳德新材料有限公司光伏10KV并網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用

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(luò)的供電壓力逐漸增加,傳統(tǒng)的發(fā)電技術(shù)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(shù)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(shù)，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。本項目旨在利用分布式光伏發(fā)電技術(shù)，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。

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(dāng)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(shù)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(fēng)能等新能源和可再生能源利用技術(shù)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(yīng)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(shè)周期長、占地面積大;而分布式光伏電站的投資小、建設(shè)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(shè)備進行發(fā)電。

本項目采用高效光伏組件，總?cè)萘繛?/span>4.03WM，本項目電量結(jié)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(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(shè)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(dāng)?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(jié)構(gòu)

現(xiàn)場設(shè)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(yīng)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(shè)備，二次保護裝置主要對一次設(shè)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(jié)構(gòu)：即現(xiàn)場設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通訊層、和平臺管理層。

現(xiàn)場設(shè)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(guān)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(shè)備良好的運行環(huán)境。

網(wǎng)絡(luò)通訊層：包含安科瑞智能網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)主動采集現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)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(guān)）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(guān)充當(dāng)遠動通信裝置，將現(xiàn)場設(shè)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(luò)結(jié)構(gòu)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(yīng)符合相關(guān)繼電保護技術(shù)規(guī)程、運行規(guī)程和反事故措施的規(guī)定，裝置定值應(yīng)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(shè)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(yīng)滿足《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)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(yīng)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(shè)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(shù)規(guī)定》、Q/GDW617-2011《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》等規(guī)范文件的要求。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。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(shè)備和用戶設(shè)備造成損壞。防孤島裝置應(yīng)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(shè)備使用。光伏電站內(nèi)需配置交直流一體化電源，供關(guān)口電能表、電能量終端服務(wù)器、交換機等設(shè)備使用。系統(tǒng)繼電保護應(yīng)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(yīng)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(yīng)支持調(diào)度機構(gòu)開展"四遙"(遙測、遙信、遙控、遙調(diào))應(yīng)用功能。

7.恢復(fù)并網(wǎng)：當(dāng)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(fù)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(fù)正常后，通過10kV電壓等級并網(wǎng)的分布式電源恢復(fù)并網(wǎng)應(yīng)經(jīng)過電網(wǎng)調(diào)度機構(gòu)的允許。

3.1.2.                      調(diào)度自動化需求

光伏電站應(yīng)滿足江蘇電力調(diào)度控制中心關(guān)于印發(fā)《發(fā)電企業(yè)自動化系統(tǒng)接入配置指導(dǎo)意見》的通知（電調(diào)〔2018〕40號）有關(guān)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(yīng)滿足江蘇電力調(diào)度控制中心關(guān)于印發(fā)《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》（Q/GDW617-2011）、《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)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(gòu)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(yīng)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(guān)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(guān)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(guān)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(dāng)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(yīng)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(guān)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(guān)采集后上傳到調(diào)度，調(diào)度可以設(shè)置發(fā)電功率命令通過網(wǎng)關(guān)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(shù)規(guī)定》（Q/GDW617-2011）、江蘇省電力公司《光伏電站接入系統(tǒng)導(dǎo)則（2010年版）》及《分布式電源接入系統(tǒng)典型設(shè)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(shè)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(guān)主管機構(gòu)。

3.2.                      配置設(shè)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(shè)備清單如表1。

表1我司提供方案設(shè)備列表

3.3.                      典型設(shè)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(shè)備損壞：通過快速切斷連接，防孤島裝置防止了孤島效應(yīng)可能導(dǎo)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(shè)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(yīng)，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(shù)-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(wù)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(shè)備安全運行、?降低電能損耗、?預(yù)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)對方案。

圖8 電能質(zhì)量監(jiān)視界面圖

4.3.                      網(wǎng)絡(luò)拓撲界面圖

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

圖9 站內(nèi)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)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(shè)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(jié)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(yīng)用對優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、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(yīng)用范圍廣，在城鄉(xiāng)建筑、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、公共設(shè)施等領(lǐng)域都有廣闊應(yīng)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(yīng)。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(yīng)用做出更大的貢獻。同時，我們也將不斷提高技術(shù)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.

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[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.

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