摘 要：分布式光伏項目作為清潔能源轉(zhuǎn)型的核心實踐，通過創(chuàng)新性空間利用與技術(shù)創(chuàng)新，破解了能源開發(fā)與土地資源約束的矛盾。在高速公路沿線閑置空地建設(shè)光伏電站，充分發(fā)揮其分散化布局、權(quán)屬清晰的特點，既避免與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)及城市建設(shè)爭地，又實現(xiàn)“土地增值"與“綠色能源生產(chǎn)"雙目標。防孤島保護作為保障電網(wǎng)安全運行的核心設(shè)備，可以防止電網(wǎng)斷電時光伏系統(tǒng)仍持續(xù)向電網(wǎng)供電（即“孤島效應(yīng)"），具有保護運維人員、電網(wǎng)與設(shè)備安全，維持電網(wǎng)的穩(wěn)定運行等功能。
關(guān)鍵詞：分布式光伏；高速公路；防孤島保護
1. 概述
在全球能源結(jié)構(gòu)向低碳化轉(zhuǎn)型的背景下，分布式光伏發(fā)電憑借其靈活性與清潔性，成為推動可再生能源規(guī)?；瘧?yīng)用的核心路徑。[1]然而，傳統(tǒng)光伏項目面臨土地資源緊缺的瓶頸，而高速公路沿線閑置空地為這一難題提供了創(chuàng)新解決方案。
在分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，防孤島保護裝置是保障電網(wǎng)安全運行的核心技術(shù)。[3]其通過主動鎖相環(huán)與頻率偏移注入技術(shù)，實時監(jiān)測電網(wǎng)狀態(tài)，一旦檢測到電網(wǎng)斷電，可在0.2秒內(nèi)切斷光伏輸出，避免孤島效應(yīng)引發(fā)的觸電風(fēng)險與設(shè)備損壞。
廣西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浦北互通路段，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3.31MWp。通過原有10KV六橋線接入電網(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?.31WM，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3.31MW，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3.31MWp，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)zhi名產(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3.972MWp，交流側(cè)容量為3.31MW，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464.23KWh，25年總共發(fā)電量為11605.73KWh，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1臺三相交流1000KVA的干式變壓器、兩臺三相交流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。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
本項目配置的AM5SE-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。
分布式光伏項目逆變器需要具備快速檢測孤島且監(jiān)測到孤島后立即斷開與電網(wǎng)連接的能力，其防孤島方案應(yīng)與繼電保護配置、安全自動裝置和低電壓檢測裝置等相配合，時間上相匹配。符合國家電網(wǎng)的相應(yīng)規(guī)定。
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
分布式光伏項目對接入國網(wǎng)的電能質(zhì)量有著相應(yīng)的要求。根據(jù)國家標準，光伏發(fā)電項目的電能質(zhì)量應(yīng)符合《GB/T 15543-2008 光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》等相關(guān)標準。這些標準規(guī)定了光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)的電能質(zhì)量參數(shù)，包括電壓、電流、頻率、諧波含量等，以確保光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)的穩(wěn)定運行和電能質(zhì)量的可靠性。
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)）"。
圖4 AGC/AVC采集配置圖
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。
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)與六安市電力公司實現(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)測一次干線功能圖
4.2. 光字牌監(jiān)測
在光字牌監(jiān)測圖中，可以直接查看各個保護裝置的遙信狀態(tài)信息?？梢愿鶕?jù)這些信息監(jiān)測現(xiàn)場電力運行是否出現(xiàn)事故以及告警信息，同時可以查看斷路器的狀態(tài)，方便用戶監(jiān)測全站的開關(guān)狀態(tài)。
圖7 光字牌監(jiān)測功能圖
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
在“雙碳"背景下，隨著分布式新能源的廣泛建設(shè)，高速公路的陸域經(jīng)濟得到了國家的相關(guān)政策的支持，展開了對陸域經(jīng)濟光伏發(fā)電項目整體運行模式的創(chuàng)新研究，深入挖掘高速公路陸域經(jīng)濟發(fā)展的潛力。[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?。因此分布式光伏并網(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。
