安科瑞分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)在湖北某生物制藥工程有限公司光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的應用

摘要：為實現(xiàn)“雙碳目標"即中國明確提出的2030年“碳達峰"與2060年“碳中和"目標。推動節(jié)能減排、實現(xiàn)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，我國政府采取了一系列方案和行動。其中就包括能源綠色低碳轉(zhuǎn)型行動：大力發(fā)展新能源，?推動煤電節(jié)能降碳，?優(yōu)化油氣管線和儲備設施，?加快新型電力系統(tǒng)建設，?逐步減少傳統(tǒng)化石能源消費。光伏發(fā)電作為新型能源得到了國家的大力支持。分布式光伏發(fā)電具有提高能源效率、促進綠色低碳轉(zhuǎn)型以及推動經(jīng)濟發(fā)展和社會進步等重要意義。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.                      項目概述

近十幾年來,隨著工業(yè)化的不斷發(fā)展,我國能源資源不斷減少,各種環(huán)境問題隨之不斷增加。因而在火力發(fā)電產(chǎn)業(yè)尋找新能源來緩解煤炭資源所帶來的緊張壓力勢在必行。而隨著人們對太陽能資源的不斷探索與研究發(fā)現(xiàn),可以利用太陽能光伏發(fā)電技術(shù)來達到清潔無污染的發(fā)電目的[1]。人類對太陽能的高效利用已使得現(xiàn)代生活變得舒適環(huán)保,尤其在應對當今全球能源短缺問題方面,太陽能在其能源轉(zhuǎn)化領域發(fā)揮著突出貢獻,促進了人類社會的綠色可持續(xù)發(fā)展[2]。

分布式光伏一般分為三種類型：屋頂光伏、基于公共設施的光伏、以及基于農(nóng)村能源供給的光伏。其中屋頂光伏被廣泛應用與家庭、商業(yè)和工業(yè)建筑物。它可以將光伏板安裝在建筑物的屋頂上，使得該建筑物既可以用于發(fā)電，又可以提供防水和保護建筑結(jié)構(gòu)的作用。屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)通常與電網(wǎng)相連，發(fā)電并向電網(wǎng)饋送電力，居民和企業(yè)可以根據(jù)自己的用電需求進行選擇。該項目采用屋頂發(fā)電的方式進行發(fā)電，使用“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)"（將光伏所發(fā)電量首先用于廠站內(nèi)使用，電量有多余的可以并入電網(wǎng)）的模式進行電力傳輸。

本項目具有東區(qū)、西區(qū)兩個集中并網(wǎng)點，多個分散并網(wǎng)點，總?cè)萘繛?/span>21.35WM。選用安科瑞光伏二次設計方案，使用光纖差動、故障解列、防孤島等保護裝置具有穩(wěn)定可靠的特點，使用光伏監(jiān)控軟件可監(jiān)控廠站實時數(shù)據(jù)。本項目的實施將為當?shù)靥峁┣鍧?、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

項目為屋頂分布式光伏項目，該項目的容量為21.35MW，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，在東區(qū)和西區(qū)設置一次預制艙，預制艙內(nèi)安裝有光伏出線柜，計量柜，光伏集電柜，PT柜，站用變柜，光伏并網(wǎng)柜。逆變器發(fā)的電通過10個低壓并網(wǎng)柜并入0.4kv母線通過變壓器升壓后并入10kv電網(wǎng)，東區(qū)、西區(qū)集中并網(wǎng)點經(jīng)過箱變升壓后并入10kv電網(wǎng)。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光伏集電柜,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。監(jiān)控平臺具有對全站數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測、事故告警提示等功能

。

圖3 光伏電站一次系統(tǒng)圖

項目光伏發(fā)電并入復特變10kv#3和復特變10kv#4兩段10kv母線最終并入電網(wǎng)。東區(qū)并網(wǎng)點卓冉111并入1#10kv母線6#并網(wǎng)點；卓冉06并入0.4kv經(jīng)過變壓器升壓后并入1#10kv母線，1#10kv母線通過23號并網(wǎng)點并入復特變10kv#3母線；7#并網(wǎng)點卓冉07經(jīng)升壓后并入3#10kv母線I段通過20號并網(wǎng)點并入復特變10kv#3母線；3#并網(wǎng)點卓冉03和1#并網(wǎng)點卓冉01經(jīng)升壓后通過并入4#10kv母線I段，4#10kv母線I段通過19號并網(wǎng)點并入復特變10kv#3母線；4#并網(wǎng)點卓冉04經(jīng)升壓后并入4#10kv母線III段通過18號并網(wǎng)點并入復特變10kv#3母線；5#并網(wǎng)點卓冉05經(jīng)升壓后并入2#10kv母線通過25號并網(wǎng)點并入復特變10kv#4母線；9#并網(wǎng)點卓冉09和10#并網(wǎng)點卓冉10經(jīng)升壓后并入東區(qū)配電室10kv母線通過30號并網(wǎng)點并入復特變10kv#4母線；8#并網(wǎng)點卓冉08經(jīng)升壓后并入3#10kv母線II段通過29號并網(wǎng)點并入復特變10kv#4母線；西區(qū)并網(wǎng)點卓冉506并入5#10kv母線，5#母線并入4#10kv母線II段，2#并網(wǎng)點卓冉02經(jīng)升壓后并入4#10kvII段母線；4#10kvII段母線通過25t鍋爐配電室10kv母線最終并入復特變10kv#4母線。

圖4 光伏電站并網(wǎng)圖

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

3.1.                      方案綜述

項目主要有東區(qū)、西區(qū)兩個集中并網(wǎng)點以及分散安裝的十個低壓并網(wǎng)點。東區(qū)和西區(qū)預制艙內(nèi)都配備有就地高壓柜、二次保護裝置柜，預制艙附近安裝有箱式變壓器可將逆變器傳輸?shù)牡碗妷荷龎簽?0kv進行傳輸。項目西區(qū)、西區(qū)各安裝一套監(jiān)控系統(tǒng)，可以監(jiān)視廠區(qū)的光伏系統(tǒng)的運行狀態(tài)。

每個低壓并網(wǎng)柜配備有一臺光纖收發(fā)裝置通過光纖連接到西區(qū)通訊屏，西區(qū)與西區(qū)通過光纖進行數(shù)據(jù)傳輸，每個低壓并網(wǎng)柜裝有一臺防孤島保護裝置，可以防止產(chǎn)生非計劃性孤島。

東區(qū)、西區(qū)集中并網(wǎng)點各配置有一套光纖差動保護裝置，用于與主站之間，具有縱聯(lián)電流差動保護、負壓閉鎖過流保護、過流保護等功能；配置電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置，監(jiān)測頻率偏差、電壓偏差、電壓波動和閃變，監(jiān)測電能質(zhì)量的好壞；配置防孤島保護裝置，可以防止產(chǎn)生非計劃性孤島。

東區(qū)、西區(qū)配置有通訊裝置用于采集東區(qū)、西區(qū)預制艙內(nèi)高壓柜、二次保護裝置柜、箱變的數(shù)據(jù)。

監(jiān)控平臺：東區(qū)和西區(qū)各配備了一套套變電站綜合自動化系統(tǒng)軟件（Acrel-1000DP光伏監(jiān)控系統(tǒng)）實現(xiàn)了對現(xiàn)場保護設備和儀表設備的數(shù)據(jù)監(jiān)視與管理，可以實時監(jiān)測分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的電壓、電流、功率等參數(shù)，可以通過網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。遠程控制：可以通過監(jiān)控中心對分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)進行遠程控制，如斷路器的分合等。數(shù)據(jù)分析：可以對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行分析，如發(fā)電量、能耗等，為用戶提供決策支持。報警功能：可以設置報警閾值，當系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時，會及時發(fā)出報警信號，提醒用戶進行處理。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖

3.2.                      功能需求

3.2.1.                      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(shù)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《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規(guī)范》GB/T50062-2008，《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》GB/T 14285-2006。

1.光纖縱差保護測控裝置：具有縱聯(lián)電流差動保護、復壓閉鎖過流保護、過流加速保護、PT斷線相過流保護、零序過流保護等保護功能

2.PT監(jiān)測并列裝置：具有PT并列、低電壓告警、PT斷線告警、過電壓告警、零序過壓告警等功能。

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.頻率電壓緊急控制裝置：具有低周低壓減載控制、聯(lián)絡線低頻低壓解列控制等功能。

5.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。

6.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。

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(gòu)的允許。

3.2.2.                      電能質(zhì)量在線監(jiān)測需求

根據(jù)“國家電網(wǎng)公司Q/GDW617-2011《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》"要求，光伏電站需配置電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置，要求電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置應能監(jiān)測電壓偏差、頻率偏差、三相電壓幅值相位不平衡度、三相電流幅值相應不平衡度、負序電流、諧波、電壓波動等電能指標，并能將電能質(zhì)量數(shù)據(jù)遠傳至調(diào)度部門，暫考慮將光伏電站10kV送出線路作為電能質(zhì)量監(jiān)測點。

要求該裝置應為滿足IEC61000-4-30-2003標準要求的A類電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置。

電能質(zhì)量裝置具有電壓測量范圍為0～1.2Un，測量精度≤±0.2%，裝置電流測量范圍為0～1.2In，測量精度在I≥0.05IN時，≤±0.2%；在0.01IN＜I＜0.05IN時，精度≤±1%，裝置具有電壓暫升、電壓暫降、短時中斷監(jiān)測功能：測量精度≤0.1%等參數(shù)，具有暫態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測、瞬態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測、故障錄波等功能。滿足電能質(zhì)量的設計要求。

光伏電站應滿足有關電能質(zhì)量要求的規(guī)定，當接入配電網(wǎng)的分布式電源導致公共連接點電能質(zhì)量不滿足相關要求時，運營管理方應在規(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)。

3.2.3.                      計量需求

10kV出線關口表（主副表）應選用通過荊州市電力公司計量認證的裝置。電能表應符合IEC687標準、IEC1036標準、中國國家標準和行業(yè)標準；關口表為有功0.5S級，無功2.0級；考核表為有功0.5s級，無功2.0級；電能表具有窗口顯示功能，顯示不少于8位。顯示的信號包括測量值；各種費率、需量及方向、脈沖輸出、需量周期結(jié)束等識別符號；自檢報警信號顯示；需要時，能自動循環(huán)顯示預置數(shù)值。

3.3.                      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

3.4.                      典型設備介紹

AM6-LD光纖縱差保護測控裝置具有縱聯(lián)電流差動保護、復壓閉鎖過流保護、過流加速保護、PT斷線相過流保護等功能，具有手合同期、有效值/功率/電度計算/、遙信、遙控等測控功能。裝置的主要特點有快速、靈敏的縱聯(lián)差動保護盤踞，動作事件小于35ms、同步識別和波形識別等綜合判據(jù)實現(xiàn)CT飽和判斷，確保在系統(tǒng)發(fā)送故障、CT飽和或故障轉(zhuǎn)換、發(fā)展時，保護裝置始終正確并快速反應、記錄信息量大、記錄信息完整、安全、可靠，記錄的錄波為10個，故障報告128條，可記錄的事件最多達4096、具有與COMTRADE兼容的故障錄波功能。統(tǒng)通訊支持 DL/T667-1999（IEC60870-5-103）和 IEC61850 等國際標準通訊規(guī)約，通訊介質(zhì)可選用雙絞線或光纖；可選擇B碼對時、SNTP或通訊對時。

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(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。

3.5.                      現(xiàn)場應用圖

圖5 光伏電站西區(qū)屏柜布置圖

圖6 光伏電站東區(qū)屏柜布置圖

圖7 光伏電站監(jiān)控主機屏與監(jiān)控臺布置圖

4.                      系統(tǒng)功能

4.1.                      主接線圖

在此界面為項目一次設計圖，可以查看直接保護裝置的電量參數(shù)，監(jiān)視斷路器和手車的狀態(tài)。裝置在遠方狀態(tài)時可以遙控斷路器的分合，實時監(jiān)測廠站數(shù)據(jù)，能夠及時的發(fā)現(xiàn)異常告警，便于及時做出相應的處理。

圖8 主接線界面圖

4.2.                      電能報表

在監(jiān)控軟件中可以點擊查看光伏發(fā)電項目的電能報表，報表可以使用打印機打印出，可清晰的查看歷史發(fā)電量。

圖9 電能報表界面圖

4.3.                      直流屏監(jiān)視界面

此界面可實時監(jiān)視直流屏的電參量、通訊狀態(tài)以及開關量狀態(tài)。用于監(jiān)視直流屏的狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)，發(fā)出報警信息。

圖10 直流屏監(jiān)視界面圖

4.4.                      電能質(zhì)量在線監(jiān)視界面

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11 電能質(zhì)量在線監(jiān)視界面圖

4.5.                      并網(wǎng)柜監(jiān)視界面

以三號并網(wǎng)柜為例。在并網(wǎng)柜監(jiān)控圖中，可以直接查看并網(wǎng)柜的運行狀態(tài)、電流、電壓、發(fā)電功率、有功電能等電參量實時數(shù)據(jù)，可以清晰的查看到電流的流向。

圖12 并網(wǎng)柜監(jiān)視界面圖

5.                      結(jié)語

由于太陽能是一種可再生的資源，光伏發(fā)電是一種可持續(xù)的能源形式，可以在限制資源和環(huán)保的前提下，滿足人們對于能源的需求。提高光伏發(fā)電項目的效益能夠在一定程度上提升資源的利用率，以緩解我國人口眾多卻能源不足的窘境，從而促進我國經(jīng)濟建設的進一步發(fā)展。光伏發(fā)電項目能夠增加企業(yè)的盈利，不斷積累財富，促進我國社會各行各業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展[3]。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(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

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