安科瑞分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)在德天建材3.79mw光伏項目中應用

摘 要：為實現(xiàn)我國提出的雙碳目標，推動能源結構轉型，分布式光伏作為新能源的重要組成部分，發(fā)揮著至關重要的作用。分布式光伏作為一種清潔、高效的新能源形式，不僅有助于實現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展，還能通過“自發(fā)自用余電上網(wǎng)”的方式，提高能源利用效率，降低碳排放。通過對分布式光伏項目的推廣，可以有效促進我國能源結構的優(yōu)化，實現(xiàn)環(huán)境保護與經(jīng)濟發(fā)展的雙贏，為構建綠色、低碳的可持續(xù)發(fā)展社會貢獻力量。

關鍵詞：新能源；分布式光伏；“自發(fā)自用余電上網(wǎng)”；綠色、低碳

1.                      概述

自20世紀后期以來，在社會快速發(fā)展，傳統(tǒng)的大電網(wǎng)供電雖然能夠滿足大部分用戶的用電需求，但由于電能資源分配存在不均衡性，而且不同地區(qū)、不同類型電能用戶對電能的需求存在差異性、階段性特點，大電網(wǎng)供電靈活性不足的問題[1]。分布式光伏不受地區(qū)的限制，具有靈活的特性，可以彌補大電網(wǎng)靈活性不足的問題。

分布式電源光伏發(fā)電系統(tǒng)，是一種借助(或主要借助)光伏發(fā)電系統(tǒng)進行作業(yè)的分布式電源，可以實現(xiàn)對大電網(wǎng)用電的調(diào)配、補充。光伏發(fā)電系統(tǒng)(PVsystem)是分布式電源系統(tǒng)的一種形式，可以借助太陽能電池、逆變器、控制器、蓄電池等設備進行光電轉換和存儲，具有無污染、使用壽命長(8萬小時)、可靠性高、可獨立工作、適用性廣等優(yōu)勢，且能夠實現(xiàn)并網(wǎng)運行[2]。

六安市德天建材有限公司屋頂光伏發(fā)電項目（以下簡稱“本項目”）是響應國家“優(yōu)化能源結構，提供更加清潔、可靠的能源”的號召，投資建設的分布式光伏發(fā)電應用示范項目。

本項目位于六安市德天建材有限公司廠區(qū)內(nèi)，利用現(xiàn)有廠房屋頂建設分布式光伏發(fā)電項目，總建設規(guī)模約為5.5MWp。光伏發(fā)電組件位于六安市裕安區(qū)高新技術產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)潤南路與工業(yè)路交叉口六安德天建材有限公司內(nèi)，通過用戶配電站接入公共電網(wǎng)，屬于六安市城郊供電公司管理范圍。

本期項目采用高效光伏組件，總容量為3.79WM，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10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)凝思操作系統(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3.79MW，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)點設置光伏出線柜柜，計量柜，PT柜，光伏集線柜1，光伏集線柜2，站用變柜，SVG出線柜。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)凝思系統(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 項目一次圖

3.                      技術方案

本項目一期規(guī)模約為3.79MWp，利用廠房屋頂建設光伏發(fā)電系統(tǒng)，關鍵設備光伏組件、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)電量采用就地消納，自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。本項目光伏發(fā)電系統(tǒng)所輸出的直流電經(jīng)組串式逆變器轉換成交流電后，就地升壓至10KV，經(jīng)開關柜通過1回出線接入至廠區(qū)10KV進線母線的用戶側，實現(xiàn)并網(wǎng)，供廠區(qū)負荷使用。結合上級變電站35KV電廠103線可接入容量為3799.12KW，本工程交流側并網(wǎng)上送容量不應超過3799.12KW。根據(jù)屋面的勘查情況考慮，確定本光伏項目的建造容量為3790kWp為宜。

4.1升壓變壓器及高低壓配電設備

本項目配備1臺三相交流1600KVA的干式變壓器、一臺三相交流2000KVA的干式變壓器。額定電壓10.5±2×2.5%/0.8kV。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。

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規(guī)程》（GB14285－2006）配置。

1）并網(wǎng)線路繼電保護及安全自動裝置

分布式光伏項目線路發(fā)生短路故障時，線路保護應快速動作，瞬時跳開相應并網(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，跳開相應斷路器（專用開關）。

2）       防孤島檢測

分布式光伏項目逆變器必須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。該逆變器防孤島檢測策略應符合國家電網(wǎng)的相應規(guī)定。

3）       電能質量監(jiān)測裝置

分布式光伏項目對接入國網(wǎng)的電能質量有著相應的要求。根據(jù)國家標準，光伏發(fā)電項目的電能質量應符合《GB/T 15543-2008 光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)技術規(guī)定》等相關標準。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)定運行和電能質量的可靠性。

電能質量在線監(jiān)測裝置遵照IEC61000-4-30《測試和測量技術-電能質量測量方法》中規(guī)定的各電能質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/終端、善變監(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。能夠實時的監(jiān)測匯入電網(wǎng)的電能的電參量數(shù)據(jù)，裝置在電能質量指標參數(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。

圖3 新建光伏一次圖

4.                      系統(tǒng)結構

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)、開關站的全功能綜合自動化管理。本項目逆變器、高低壓設備等狀態(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)絡結構為開放式分層、分布式結構。

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)絡失效的情況下，就地層仍能獨立完成就地各電氣設備的監(jiān)測。計算機監(jiān)控系統(tǒng)通過GPRS無線方式傳輸給遠動工作站進而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)絡連接的服務器、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。

就地層設備由智能測控單元、網(wǎng)絡系統(tǒng)通訊單元、逆變器數(shù)據(jù)采集單元、多功能電能表等構成，主要電氣設備包括匯流柜（根據(jù)實際設計確定是否需要）、逆變器、箱變、并網(wǎng)開關。直接采集處理現(xiàn)場的原始數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡傳送給站控層監(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，最后對設備進行操作控制。

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

每個光伏發(fā)電單元通過有線方式利用RS485協(xié)議與發(fā)電裝置進行通訊，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)絡傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)視。

圖4 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡結構圖

5.                      系統(tǒng)功能

5.1.                      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5 主接線界面圖

5.2.                      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6 電能報表界面圖

5.3.                      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7 直流屏監(jiān)視界面圖

5.4.                      電能質量在線監(jiān)視界面

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

圖8 電能質量在線監(jiān)視界面圖

5.5.                      實時曲線監(jiān)視界面

在實時曲線界面，可以為用戶顯示實時數(shù)據(jù)，用戶可以選擇想要查看的數(shù)據(jù)，用戶可以同時選擇最多四個數(shù)據(jù)進行實時對比。

圖9 并網(wǎng)柜監(jiān)視界面圖

6.                      結語

我國政府正積極推進“十二五”光伏發(fā)展規(guī)劃的實現(xiàn)。我國到“十二五”末，光伏國內(nèi)裝機總量目標將由先前的15GW提升到40GW，鼓勵超額完成規(guī)劃目標，并且國家將大力支持、推進各類型分布式電站建設。[3]助力用戶、電網(wǎng)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，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)度管理體系。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

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[2]       羅煜，吳杰康，簡俊威，等.基于機會約束規(guī)劃的多類型分布式電源容量與布點優(yōu)化方法[J]廣東電力，2018，31(04):34-42

[3]張欣，分布式光伏發(fā)電項目綜合效益評估研究.[D].河北：華北電力大學，2013.