摘要：為實(shí)現“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(dòng)節能減排、實(shí)現經(jīng)濟可持續發(fā)展，我國采取了一系列方案和行動(dòng)。其中就包括能源綠色低碳轉型行動(dòng)：大力發(fā)展新能源，?推動(dòng)煤電節能降碳，?優(yōu)化油氣管線(xiàn)和儲備設施，?加快新型電力系統建設，?逐步減少傳統化石能源消費。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(jìn)綠色低碳轉型以及推動(dòng)經(jīng)濟發(fā)展和社會(huì )進(jìn)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(shí)現自發(fā)自用、余電上網(wǎng)，提高能源利用效率，降低能源成本，同時(shí)減少對傳統能源的依賴(lài)，促進(jìn)可持續發(fā)展。
關(guān)鍵詞：雙碳目標；新型能源；分布式光伏;
1.項目概述
近十幾年來(lái),隨著(zhù)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(wèn)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(lái)緩解煤炭資源所帶來(lái)的緊張壓力勢在必行。而隨著(zhù)人們對太陽(yáng)能資源的不斷探索與研究發(fā)現,可以利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)來(lái)達到清潔的發(fā)電目的[1]。人類(lèi)對太陽(yáng)能的有效利用已使得現代生活變得舒適環(huán)保,尤其在應對當今全球能源短缺問(wèn)題方面,太陽(yáng)能在其能源轉化領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)突出貢獻,促進(jìn)了人類(lèi)社會(huì )的綠色可持續發(fā)展[2]。
分布式光伏一般分為三種類(lèi)型：屋頂光伏、基于公共設施的光伏、以及基于農村能源供給的光伏。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構的作用。屋頂光伏發(fā)電系統通常與電網(wǎng)相連，發(fā)電并向電網(wǎng)饋送電力，居民和企業(yè)可以根據自己的用電需求進(jìn)行選擇。該項目采用屋頂發(fā)電的方式進(jìn)行發(fā)電，使用“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)"（將光伏所發(fā)電量先用于廠(chǎng)站內使用，電量有多余的可以并入電網(wǎng)）的模式進(jìn)行電力傳輸。
本項目具有東區、西區兩個(gè)集中并網(wǎng)點(diǎn)，多個(gè)分散并網(wǎng)點(diǎn)，總容量為21.35WM。選用安科瑞光伏二次設計方案，使用光纖差動(dòng)、故障解列、防孤島等保護裝置具有穩定可靠的特點(diǎn)，使用光伏監控軟件可監控廠(chǎng)站實(shí)時(shí)數據。本項目的實(shí)施將為當地提供清潔、可再生的電力能源，有助于減少對傳統能源的依賴(lài)，降低碳排放。
圖1 項目現場(chǎng)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(diǎn)作為光伏高壓并網(wǎng)點(diǎn)并入電網(wǎng)端，在東區和西區設置一次預制艙，預制艙內安裝有光伏出線(xiàn)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(guò)10個(gè)低壓并網(wǎng)柜并入0.4kv母線(xiàn)通過(guò)變壓器升壓后并入10kv電網(wǎng)，東區、西區集中并網(wǎng)點(diǎn)經(jīng)過(guò)箱變升壓后并入10kv電網(wǎng)。光伏系統配置自動(dòng)化系統，實(shí)時(shí)采集并網(wǎng)信息，信息上傳至當地調控中心DMS系統。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(guò)高壓電纜接入新增的10kV光伏集電柜,通過(guò)并網(wǎng)柜并入原10kV市電高壓柜。項目采用Acrel-1000DP光伏監控平臺。監控平臺具有對全站數據的實(shí)時(shí)監測、事故告警提示等功能。
圖3 光伏電站一次系統圖
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(xiàn)并入電網(wǎng)。東區并網(wǎng)點(diǎn)卓冉111并入1#10kv母線(xiàn)6#并網(wǎng)點(diǎn)；卓冉06并入0.4kv經(jīng)過(guò)變壓器升壓后并入1#10kv母線(xiàn)，1#10kv母線(xiàn)通過(guò)23號并網(wǎng)點(diǎn)并入復特變10kv#3母線(xiàn)；7#并網(wǎng)點(diǎn)卓冉07經(jīng)升壓后并入3#10kv母線(xiàn)I段通過(guò)20號并網(wǎng)點(diǎn)并入復特變10kv#3母線(xiàn)；3#并網(wǎng)點(diǎn)卓冉03和1#并網(wǎng)點(diǎn)卓冉01經(jīng)升壓后通過(guò)并入4#10kv母線(xiàn)I段，4#10kv母線(xiàn)I段通過(guò)19號并網(wǎng)點(diǎn)并入復特變10kv#3母線(xiàn)；4#并網(wǎng)點(diǎn)卓冉04經(jīng)升壓后并入4#10kv母線(xiàn)III段通過(guò)18號并網(wǎng)點(diǎn)并入復特變10kv#3母線(xiàn)；5#并網(wǎng)點(diǎn)卓冉05經(jīng)升壓后并入2#10kv母線(xiàn)通過(guò)25號并網(wǎng)點(diǎn)并入復特變10kv#4母線(xiàn)；9#并網(wǎng)點(diǎn)卓冉09和10#并網(wǎng)點(diǎn)卓冉10經(jīng)升壓后并入東區配電室10kv母線(xiàn)通過(guò)30號并網(wǎng)點(diǎn)并入復特變10kv#4母線(xiàn)；8#并網(wǎng)點(diǎn)卓冉08經(jīng)升壓后并入3#10kv母線(xiàn)II段通過(guò)29號并網(wǎng)點(diǎn)并入復特變10kv#4母線(xiàn)；西區并網(wǎng)點(diǎn)卓冉506并入5#10kv母線(xiàn)，5#母線(xiàn)并入4#10kv母線(xiàn)II段，2#并網(wǎng)點(diǎn)卓冉02經(jīng)升壓后并入4#10kvII段母線(xiàn)；4#10kvII段母線(xiàn)通過(guò)25t鍋爐配電室10kv母線(xiàn)并入復特變10kv#4母線(xiàn)。
圖4 光伏電站并網(wǎng)圖
3.系統結構
3.1.方案綜述
項目主要有東區、西區兩個(gè)集中并網(wǎng)點(diǎn)以及分散安裝的十個(gè)低壓并網(wǎng)點(diǎn)。東區和西區預制艙內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的低電壓升壓為10kv進(jìn)行傳輸。項目西區、西區各安裝一套監控系統，可以監視廠(chǎng)區的光伏系統的運行狀態(tài)。
每個(gè)低壓并網(wǎng)柜配備有一臺光纖收發(fā)裝置通過(guò)光纖連接到西區通訊屏，西區與西區通過(guò)光纖進(jìn)行數據傳輸，每個(gè)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、西區集中并網(wǎng)點(diǎn)各配置有一套光纖差動(dòng)保護裝置，用于與主站之間，具有縱聯(lián)電流差動(dòng)保護、負壓閉鎖過(guò)流保護、過(guò)流保護等功能；配置電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置，監測頻率偏差、電壓偏差、電壓波動(dòng)和閃變，監測電能質(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、西區配置有通訊裝置用于采集東區、西區預制艙內高壓柜、二次保護裝置柜、箱變的數據。
監控平臺：東區和西區各配備了一套套變電站綜合自動(dòng)化系統軟件（Acrel-1000DP光伏監控系統）實(shí)現了對現場(chǎng)保護設備和儀表設備的數據監視與管理，可以實(shí)時(shí)監測分布式光伏發(fā)電系統的電壓、電流、功率等參數，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )將數據傳輸到監控中心。遠程控制：可以通過(guò)監控中心對分布式光伏發(fā)電系統進(jìn)行遠程控制，如斷路器的分合等。數據分析：可以對監測到的數據進(jìn)行分析，如發(fā)電量、能耗等，為用戶(hù)提供決策支持。報警功能：可以設置報警閾值，當系統出現異常情況時(shí)，會(huì )及時(shí)發(fā)出報警信號，提醒用戶(hù)進(jìn)行處理。
圖2 監控系統網(wǎng)絡(luò )結構圖
3.2.功能需求
3.2.1.繼電保護及安全自動(dòng)裝置需求
分布式電源繼電保護和安全自動(dòng)裝置配置應符合相關(guān)繼電保護技術(shù)規程、運行規程和反事故措施的規定，裝置定值應與電網(wǎng)繼電保護和安全自動(dòng)裝置配合整定，防止發(fā)生繼電保護和安全自動(dòng)裝置誤動(dòng)、拒動(dòng)，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(dòng)裝置配置還應滿(mǎn)足《電力裝置的繼電保護和自動(dòng)裝置設計規范》GB/T50062-2008，《繼電保護和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規程》GB/T 14285-2006。
1.光纖縱差保護測控裝置：具有縱聯(lián)電流差動(dòng)保護、復壓閉鎖過(guò)流保護、過(guò)流加速保護、PT斷線(xiàn)相過(guò)流保護、零序過(guò)流保護等保護功能
2.PT監測并列裝置：具有PT并列、低電壓告警、PT斷線(xiàn)告警、過(guò)電壓告警、零序過(guò)壓告警等功能。
3.防孤島保護裝置：防孤島檢測需滿(mǎn)足GB/T19964-2012《光伏發(fā)電站接入電力系統技術(shù)規定》、Q/GDW617-2011《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規定》等規范文件的要求。分布式電源應具備快速監測孤島且立即斷開(kāi)與電網(wǎng)連接的能力，防孤島保護動(dòng)作時(shí)間不大于2S,其防孤島保護應與配電網(wǎng)側線(xiàn)路重合閘和安全自動(dòng)裝置動(dòng)作時(shí)間相配合。針對電網(wǎng)失壓后分布式電源可能繼續運行、且向電網(wǎng)線(xiàn)路送電的情況提出。孤島運行一方面危及電網(wǎng)線(xiàn)路維護人員和用戶(hù)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(hù)設備造成損壞。防孤島裝置應具備線(xiàn)路故障時(shí)，確保電源能及時(shí)斷開(kāi)與電網(wǎng)連接，確保重合閘能正確動(dòng)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(luò )線(xiàn)低頻低壓解列控制等功能。
5.線(xiàn)路保護裝置：光伏電站線(xiàn)路發(fā)生短路故障時(shí)，線(xiàn)路保護能快速動(dòng)作，瞬時(shí)跳開(kāi)相應并網(wǎng)點(diǎn)斷路器，滿(mǎn)足全線(xiàn)故障時(shí)快速可靠切除故障的要求。
6.光伏電站內需具備直流電源，供10kV保護及測控裝置，電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置等設備使用。光伏電站內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、交換機等設備使用。系統繼電保護應使用專(zhuān)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)電系統因電網(wǎng)擾動(dòng)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)電系統不允許并網(wǎng)；在電網(wǎng)電壓和頻率恢復正常后，通過(guò)10kV電壓等級并網(wǎng)的分布式電源恢復并網(wǎng)應經(jīng)過(guò)電網(wǎng)調度機構的允許。
3.2.2.電能質(zhì)量在線(xiàn)監測需求
根據“國家電網(wǎng)公司Q/GDW617-2011《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規定》"要求，光伏電站需配置電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置，要求電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置應能監測電壓偏差、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(dòng)等電能指標，并能將電能質(zhì)量數據遠傳至調度部門(mén)，暫考慮將光伏電站10kV送出線(xiàn)路作為電能質(zhì)量監測點(diǎn)。
要求該裝置應為滿(mǎn)足IEC61000-4-30-2003標準要求的A類(lèi)電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置。
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(shí)，≤±0.2%；在0.01IN＜I＜0.05IN時(shí)，精度≤±1%，裝置具有電壓暫升、電壓暫降、短時(shí)中斷監測功能：測量精度≤0.1%等參數，具有暫態(tài)數據監測、瞬態(tài)數據監測、故障錄波等功能。滿(mǎn)足電能質(zhì)量的設計要求。
光伏電站應滿(mǎn)足有關(guān)電能質(zhì)量要求的規定，當接入配電網(wǎng)的分布式電源導致公共連接點(diǎn)電能質(zhì)量不滿(mǎn)足相關(guān)要求時(shí)，運營(yíng)管理方應在規定時(shí)間內采取改善電能質(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(wú)法滿(mǎn)足要求時(shí)，電網(wǎng)運營(yíng)管理部門(mén)采取斷開(kāi)該分布式電源管控措施，直至電能質(zhì)量滿(mǎn)足要求時(shí)方可重新并網(wǎng)。
3.2.3.計量需求
10kV出線(xiàn)關(guān)口表（主副表）應選用通過(guò)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(guān)口表為有功0.5S級，無(wú)功2.0級；考核表為有功0.5s級，無(wú)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、需量周期結束等識別符號；自檢報警信號顯示；需要時(shí)，能自動(dòng)循環(huán)顯示預置數值。
3.3.配置設備清單
根據3.2所述的光伏監控系統需求，安科瑞電氣配置1套完整的分布式光伏監控系統，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(dòng)保護、復壓閉鎖過(guò)流保護、過(guò)流加速保護、PT斷線(xiàn)相過(guò)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(diǎn)有快速、靈敏的縱聯(lián)差動(dòng)保護盤(pán)踞，動(dòng)作事件小于35ms、同步識別和波形識別等綜合判據實(shí)現CT飽和判斷，確保在系統發(fā)送故障、CT飽和或故障轉換、發(fā)展時(shí)，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(gè)，故障報告128條，可記錄的事件多達4096、具有與COMTRADE兼容的故障錄波功能。統通訊支持DL/T667-1999（IEC60870-5-103）和IEC61850等國際標準通訊規約，通訊介質(zhì)可選用雙絞線(xiàn)或光纖；可選擇B碼對時(shí)、SNTP或通訊對時(shí)。
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。具有三段式過(guò)流保護、反時(shí)限保護、兩段式零序IO過(guò)流/IO反時(shí)限過(guò)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)或光伏側失電時(shí)，防孤島裝置能迅速動(dòng)作，切斷并網(wǎng)點(diǎn)，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(guò)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：提高系統可靠性：通過(guò)實(shí)時(shí)監測和快速響應，防孤島裝置有助于維持光伏并網(wǎng)系統的穩定性，從而提高其與大電網(wǎng)的功率平衡，增強系統的整體可靠性。
APView500PV電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置采用了高性能多核平臺和嵌入式操作系統，遵照IEC61000-4-30《測試和測量技術(shù)-電能質(zhì)量測量方法》中規定的各電能質(zhì)量指標的測量方法進(jìn)行測量，集諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監測、電壓不平衡度監測、事件記錄、測量控制等功能為一體。裝置在電能質(zhì)量指標參數測量方法的標準化和指標參數的測量精度以及時(shí)鐘同步、事件告警功能等各個(gè)方面均達到了國家標準要求，能夠滿(mǎn)足通過(guò)0.4-35kV電壓等級并網(wǎng)的分布式光伏發(fā)電系統要求，廣泛適用于工業(yè)廠(chǎng)房、商業(yè)屋頂、物流基地、機場(chǎng)交通、高速服務(wù)區等行業(yè)的分布式光伏并網(wǎng)點(diǎn)電能質(zhì)量監測。電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置的作用主要包括實(shí)時(shí)監測電能質(zhì)量參數、?分析電能質(zhì)量問(wèn)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(hù)滿(mǎn)意度等。實(shí)時(shí)監測電能質(zhì)量參數：?通過(guò)監測電網(wǎng)中的電壓、?電流等參數，?及時(shí)發(fā)現電能質(zhì)量問(wèn)題，?如電壓波動(dòng)、?電流諧波、?電能失真等。分析電能質(zhì)量問(wèn)題：?通過(guò)對監測數據的分析，?可以深入了解電能質(zhì)量問(wèn)題的性質(zhì)、?原因和影響，?為后續的處理提供依據。提高電能利用效率：?通過(guò)監測和分析電能質(zhì)量問(wèn)題，?可以采取相應的措施來(lái)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(hù)滿(mǎn)意度：?通過(guò)監測和分析電力系統的運行狀況，?幫助電力系統管理人員了解電力系統的運行狀況，?及時(shí)調整電力系統的負載和運行模式，?提高電力系統的效率，?減少能源浪費，?降低能源成本，?從而提高用戶(hù)滿(mǎn)意度。
3.5.現場(chǎng)應用圖
圖5 光伏電站西區屏柜布置圖
圖6 光伏電站東區屏柜布置圖
圖7 光伏電站監控主機屏與監控臺布置圖
4.系統功能
4.1.主接線(xiàn)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，監視斷路器和手車(chē)的狀態(tài)。裝置在遠方狀態(tài)時(shí)可以遙控斷路器的分合，實(shí)時(shí)監測廠(chǎng)站數據，能夠及時(shí)的發(fā)現異常告警，便于及時(shí)做出相應的處理。
圖8 主接線(xiàn)界面圖
4.2.電能報表
在監控軟件中可以點(diǎn)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.直流屏監視界面
此界面可實(shí)時(shí)監視直流屏的電參量、通訊狀態(tài)以及開(kāi)關(guān)量狀態(tài)。用于監視直流屏的狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現異常狀態(tài)，發(fā)出報警信息。
圖10 直流屏監視界面圖
4.4.電能質(zhì)量在線(xiàn)監視界面
在電能質(zhì)量監控圖中，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(dòng)、電壓總畸變、正反向有功電能、有功、無(wú)功功率等電能質(zhì)量信息?？梢愿鶕@些信息監測現場(chǎng)電能的質(zhì)量，及時(shí)的做出應對方案
圖11 電能質(zhì)量在線(xiàn)監視界面圖
4.5.并網(wǎng)柜監視界面
以三號并網(wǎng)柜為例。在并網(wǎng)柜監控圖中，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(shí)時(shí)數據，可以清晰的查看到電流的流向。
圖12 并網(wǎng)柜監視界面圖
5.結語(yǔ)
由于太陽(yáng)能是一種可再生的資源，光伏發(fā)電是一種可持續的能源形式，可以在限制資源和環(huán)保的前提下，滿(mǎn)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(jìn)我國經(jīng)濟建設的進(jìn)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(jìn)我國社會(huì )各行各業(yè)的健康可持續發(fā)展[3]。在未來(lái)的發(fā)展中，我們將繼續努力，為推動(dòng)可再生能源的發(fā)展和應用做出更大的貢獻。同時(shí)，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(shí)施和運行，為社會(huì )和環(huán)境的可持續發(fā)展做出貢獻。
參考文獻
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