安科瑞 耿敏花
摘要：隨著(zhù)我國社會(huì )的不斷進(jìn)步,經(jīng)濟得到迅速的發(fā)展,城市化進(jìn)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)展現狀。傳統發(fā)電技術(shù)電力轉化的效率比較低,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(lái)越廣泛的應用。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。
1.概述
我國擁有豐富的清潔可再生能源資源儲量，開(kāi)發(fā)利用可再生能源，為解決當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(kāi)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(méi)有達到理想的水平。大力開(kāi)發(fā)太陽(yáng)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(lèi)。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、建設周期長(cháng)、占地面積大;而分布式光伏電站的投資小、建設周期短、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(chǎng)區的屋頂進(jìn)行安裝光伏發(fā)電設備進(jìn)行發(fā)電。
本項目采用光伏組件，總容量為4.03WM，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6月底建成投產(chǎn)。本項目二次設計選用安科瑞Acrel-1000DP分布式光伏監控系統解決方案，光伏監控平臺采用在國產(chǎn)麒麟操作系統下運行，使得本地保護、監控方案更為穩定可靠。通過(guò)本次分布式光伏的投建與實(shí)施，為用戶(hù)提供了清潔、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
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(diǎn)作為光伏高壓并網(wǎng)點(diǎn)并入電網(wǎng)端，并網(wǎng)點(diǎn)設置光伏進(jìn)線(xiàn)柜柜，站用變柜，SVG柜，PT柜，計量柜，出線(xiàn)總柜，并網(wǎng)柜。新增的光伏系統配置自動(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1000V，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光伏進(jìn)線(xiàn)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，操作使用了國產(chǎn)麒麟系統。監控平臺具有對全站數據的實(shí)時(shí)觀(guān)測、事故告警提示等功能。
圖2 光伏電站一次系統圖
3.系統結構
現場(chǎng)設備主要分為三部分，就地高壓柜、二次保護裝置柜、箱變。就地高壓保護裝置根據不同功能安裝在對應的高壓柜對電力進(jìn)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(shí)裝置以及采集上傳設備，二次保護裝置主要對一次設備進(jìn)行保護、廠(chǎng)站內的數據采集與調度上傳。箱變安裝有數采儀對逆變器的數據進(jìn)行采集。
系統可分為三層結構：即現場(chǎng)設備層、網(wǎng)絡(luò )通訊層、和平臺管理層。
現場(chǎng)設備層：箱變微機保護、電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置、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配電柜內電氣運行參數、開(kāi)關(guān)狀態(tài)等數據，同時(shí)在10kv變電所配置直流電源，保障現場(chǎng)設備良好的運行環(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(dòng)采集現場(chǎng)設備層設備的數據，并可進(jìn)行規約轉換，數據存儲，分散10kV變電站通過(guò)數據采集箱（內置智能網(wǎng)關(guān)）采集數據通過(guò)光纖上傳至通信室分布式光伏監控系統統平臺；同時(shí)網(wǎng)關(guān)充當遠動(dòng)通信裝置，將現場(chǎng)設備數據采集后通過(guò)交換機經(jīng)縱向加密數據加密后上傳調度網(wǎng)。
平臺管理層：分布式光伏監控系統平臺、國網(wǎng)宿遷供電公司調度控制中心平臺。
圖3 監控系統網(wǎng)絡(luò )結構圖
3.1.功能需求
3.1.1.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《繼電保護和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規程》（GB/T14285-2006）。
1.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。
2.電容器保護裝置：在高壓配電室10kVSVG柜，裝設1套電容器保護裝置，實(shí)現欠電壓，過(guò)電壓，零序電壓，不平衡電壓保護，異常緊急控制功能，跳開(kāi)電容器斷路器。
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.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。
5.光伏電站本體應具備故障和異常工作狀態(tài)報警和保護的功能。
6.光伏電站應支持調度機構開(kāi)展"四遙"(遙測、遙信、遙控、遙調)應用功能。
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。
3.1.2.調度自動(dòng)化需求
光伏電站應滿(mǎn)足江蘇電力調度控制中心關(guān)于印發(fā)《發(fā)電企業(yè)自動(dòng)化系統接入配置指導意見(jiàn)》的通知（電調〔2018〕40號）有關(guān)自動(dòng)化規定：10kv接入的分布式電源，信息采集、控制調節等應滿(mǎn)足江蘇電力調度控制中心關(guān)于印發(fā)《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規定》（Q/GDW617-2011）、《光伏發(fā)電站接入電力系統技術(shù)規定》（GB/T19964-2012）要求。光伏電站投運后，由區調調度，并由區級供電公司對運行進(jìn)行管理。因此，需建立光伏電站至區調的調度通信以及運動(dòng)等信息和數據傳輸通道。
10kv光伏電站本體需配置配電自動(dòng)化終端監控系統，具備與電網(wǎng)調度機構進(jìn)行雙向通信的能力，能夠實(shí)現遠程監測和控制功能，應能接收、執行調度端遠方控制解/并列、啟停和發(fā)電功率的指令，具備群調群控及遠動(dòng)功能，有關(guān)光伏電站本體信息的采集、處理采用監控系統來(lái)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(dòng)化終端監控系統實(shí)時(shí)采集并網(wǎng)運行信息，主要包括主斷路器狀態(tài)、并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)狀態(tài)(具備遙控功能)、并網(wǎng)點(diǎn)電壓和電流、光伏發(fā)電系統有功功率和無(wú)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(dòng)化系統主站，再由市供電公司調度中心將數據下發(fā)至縣調，當調度端對分布式電源有功功率和無(wú)功電壓有控制要求時(shí)，就地監控系統應能夠接收和執行上級調度主站系統的控制命令。
根據上述調度自動(dòng)化需求，本項目采用104有線(xiàn)、101無(wú)線(xiàn)兩路通道進(jìn)行數據數據調度上傳。利用安科瑞遠動(dòng)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數據的調度上傳，通過(guò)方天裝置與調度之間建立的無(wú)線(xiàn)101通道進(jìn)行數據101上傳；通過(guò)ONU裝置與調度之間建立的有線(xiàn)104通道進(jìn)行數據104上傳。本項目具有AGC控制，通過(guò)AGC控制裝置采集數采儀數據，匯總數采儀數據，利用內部邏輯進(jìn)行處理后輸出群調群控信號，群調群控信號利用網(wǎng)關(guān)采集后上傳到調度，調度可以設置發(fā)電功率命令通過(guò)網(wǎng)關(guān)下發(fā)到AGC控制裝置，調節逆變器的發(fā)電功率。
3.1.3.電能質(zhì)量在線(xiàn)監測需求
太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統通過(guò)光伏組件將太陽(yáng)能轉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)逆變轉換為交流電能的過(guò)程中，可能會(huì )產(chǎn)生大量諧波及直流分量。
根據《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規定》（Q/GDW617-2011）、江蘇省電力公司《光伏電站接入系統導則（2010年版）》及《分布式電源接入系統典型設計》（國家電網(wǎng)公司）規定，為保證對電能質(zhì)量的有效監控，光伏電站側、宿遷市城區開(kāi)發(fā)投資有限公司10kV配電房側配置1套滿(mǎn)足GB/T19862《電能質(zhì)量監測設備通用要求》的A類(lèi)電能質(zhì)量監測裝置，用于分布式光伏項目的電能質(zhì)量指標的監測。
電能質(zhì)量在線(xiàn)監測數據需上傳至相關(guān)主管機構。
3.2.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
3.3.典型設備介紹
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。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。
3.4.現場(chǎng)應用圖
圖4 光伏電站屏柜布置圖
圖5 直流屏柜布置圖
圖6 光伏電站監控主機臺布置圖
4.系統功能
4.1.主接線(xiàn)界面圖
在此界面可以查看配電室內高壓保護柜的電量參數，監視斷路器和手車(chē)的狀態(tài)，在遠方狀態(tài)時(shí)可以遙控斷路器的分合，監視高壓柜保護裝置的參數，能夠及時(shí)的發(fā)現異常，及時(shí)做出相應的處理。
圖7 主接線(xiàn)界面圖
4.2.電能質(zhì)量監視界面圖
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8 電能質(zhì)量監視界面圖
4.3.網(wǎng)絡(luò )拓撲界面圖
系統支持實(shí)時(shí)監視接入系統的各設備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統網(wǎng)絡(luò )結構；可在線(xiàn)診斷設備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò )異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。
圖9 站內設備網(wǎng)絡(luò )拓撲圖
4.4.逆變器監視界面圖
此界面可以監視逆變器的電流電壓等電參量數據，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(guò)友好的用戶(hù)界面和強大的分析功能，?能夠及時(shí)發(fā)現并解決潛在問(wèn)題，?確保光伏發(fā)電系統的可靠和穩定運行。?
圖10 逆變器監視界面圖
4.5.實(shí)時(shí)曲線(xiàn)監視界面圖
此界面選擇所要設備的電量，查看電量的實(shí)時(shí)曲線(xiàn)，便于現場(chǎng)人員查看電參量的變化情況，利用曲線(xiàn)的變化情況更加直觀(guān)的展示出現場(chǎng)電量的變化方便分析現場(chǎng)運行狀態(tài)。?
圖11 實(shí)時(shí)曲線(xiàn)監視界面圖
5.結語(yǔ)
光伏發(fā)電是我國重要的戰略性新興產(chǎn)業(yè)，大力推進(jìn)光伏發(fā)電應用對優(yōu)化能源結構、保障能源安全、改善生態(tài)環(huán)境、轉變城鄉用能方式具有重大戰略意義[4]。分布式光伏發(fā)電應用范圍廣，在城鄉建筑、工業(yè)、農業(yè)、交通、公共設施等領(lǐng)域都有廣闊應用前景，既是推動(dòng)能源生產(chǎn)和消費革命的重要力量，也是促進(jìn)穩增長(cháng)調結構促改革惠民生的重要舉措。該項目的實(shí)施可以有效地推動(dòng)可再生能源的發(fā)展，減少對傳統能源的依賴(lài)，降低能源消耗和環(huán)境污染。通過(guò)分布式光伏的應用，我們成功實(shí)現了對太陽(yáng)能的有效利用，為社會(huì )提供了清潔、可持續的電力供應。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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