胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

摘要：隨著全球?qū)稍偕茉吹男枨蟛粩嘣鲩L，太陽能作為一種清潔、可持續(xù)的能源技術(shù)，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。本項目通過在屋頂安裝光伏組件，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，然后通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，最終將電能全部并入電網(wǎng)，構(gòu)建了一個總?cè)萘繛?.98WM的分布式光伏10kV并網(wǎng)系統(tǒng)，以實現(xiàn)太陽能的有效利用和并網(wǎng)發(fā)電。該項目采用全額上網(wǎng)的方式，分布式光伏發(fā)電具有環(huán)保、節(jié)能、可再生等優(yōu)點，能夠有效地減少二氧化碳等溫室氣體的排放，同時還能夠為用戶帶來一定的經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：分布式光伏；全額上網(wǎng)；節(jié)能、環(huán)保;

1. 概述

太陽能可利用量巨大，據(jù)估算一年內(nèi)到達地球表面的太陽能總量折合標準煤共約1.892*1013千億噸，是目前世界已探明主要能源的一萬倍[1]。大力開發(fā)太陽能、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]。

分布式光伏發(fā)電特指采用光伏組件，將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能的分布式發(fā)電系統(tǒng)。[3]分布式光伏運行方式分為全額上網(wǎng)、自發(fā)自用、自發(fā)自用余電上網(wǎng)三種運行方式，本項目采用全額上網(wǎng)的運行方式，此運行方式將所發(fā)電量全部用于上網(wǎng)。

本項目采用高效光伏組件，總?cè)萘繛?.98WM，本項目電量結(jié)算原則為：全額上網(wǎng)。項目計劃2024年3月底建成投產(chǎn)。選用Acrel光伏二次設(shè)計方案，利用光伏監(jiān)控系統(tǒng)具備智能監(jiān)控、保護裝置具有穩(wěn)定可靠等特點。配置適配的逆變器，將光伏組件產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，以滿足并網(wǎng)要求。本項目的實施將為當(dāng)?shù)靥峁┣鍧崱⒖稍偕碾娏δ茉矗兄跍p少對傳統(tǒng)能源的依賴，降低碳排放。

2. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本項目modbus485和IEC60303-3-103相結(jié)合的方式對數(shù)據(jù)進行采集傳輸。現(xiàn)場設(shè)備層的四套并網(wǎng)逆變器、匯流箱、箱變測控裝置分別利用modbus485將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦夥l(fā)電單監(jiān)控裝置，通過光纖將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)通訊層的縱向加密裝置進行是數(shù)據(jù)的傳輸，放置在二次艙的網(wǎng)絡(luò)通信柜中的通訊管理機、公用測控及電能質(zhì)量柜中的測控裝置、電能質(zhì)量裝置、頻率電壓緊急控制柜的頻率電壓緊急控制裝置利用網(wǎng)線連接到交換機，10kv就地分散保護裝置主要布置在一次艙利用裝置自身攜帶的網(wǎng)口全部連接到間隔層以太網(wǎng)交換機，再由以太網(wǎng)交換機傳輸?shù)秸究貙咏粨Q機由此完成數(shù)據(jù)從間隔層到站控層的傳輸。

項目對時：本項目采用GPS與北斗兩種衛(wèi)星進行對時，保證了項目設(shè)備對時的準確性。對時裝置分別利用以太網(wǎng)連接入站控層交換機從而完成對站控層監(jiān)控室裝置與遠動上傳裝置的對時，利用IRIG-B通過接線的方式對一次艙二次艙的保護裝置進行對時，保證設(shè)備時間的一致。

操作員兼五防工作站：配備了一套變電站綜合自動化系統(tǒng)軟件（Acrel-1000DP光伏監(jiān)控系統(tǒng)）在windows操作系統(tǒng)的環(huán)境下實現(xiàn)了對現(xiàn)場保護設(shè)備和儀表設(shè)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(luò)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，如逆變器開關(guān)機、調(diào)節(jié)功率等。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(shè)置報警閾值，當(dāng)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。兼容性強：可以與多種品牌的逆變器和數(shù)據(jù)采集器兼容，方便用戶進行系統(tǒng)集成等特點配置五防工作站保證操作人員的人身的安全防止在操作時電氣誤操作確保變電站的安全運行。包括防止誤分、合斷路器防止帶負荷分、合隔離開關(guān)等確保了操作的安全性。項目還配備了光功率預(yù)測服務(wù)器，在數(shù)據(jù)的傳輸中加入防火墻確保數(shù)據(jù)的安全。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3. 項目概況

該項目采用“全額上網(wǎng)"模式，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(shè)置集電線路柜，站用變柜，SVG柜，PT柜，計量柜，并網(wǎng)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(dāng)?shù)卣{(diào)控中心DMS系統(tǒng)。光伏發(fā)電逆變器電源電壓，經(jīng)室內(nèi)升壓變升壓至10kV后,通過高壓電纜接入新增的10kV光伏高壓柜,并入原10kV市電高壓柜。

圖2 光伏電站一次系統(tǒng)圖

3.1. 客戶需求

3.1.1. 繼電保護及安全自動裝置需求

繼電保護及安全自動裝置是電力系統(tǒng)中的重要組成部分，其主要作用是保護電力設(shè)備和電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。需要滿足以下要求：

1.可靠性：繼電保護及安全自動裝置應(yīng)具有高度的可靠性，能夠在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時及時、準確地動作，以保護電力設(shè)備和電力系統(tǒng)的安全。

2.選擇性：繼電保護及安全自動裝置應(yīng)具有選擇性，能夠準確地判斷故障點，并僅對故障點附近的電力設(shè)備進行保護，避免不必要的停電范圍。

3.靈敏性：繼電保護及安全自動裝置應(yīng)具有靈敏性，能夠在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時及時動作，以保護電力設(shè)備和電力系統(tǒng)的安全。

4.速動性：繼電保護及安全自動裝置應(yīng)具有速動性，能夠在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時快速動作，以縮短故障時間，減少故障損失。

5.適應(yīng)性：繼電保護及安全自動裝置應(yīng)具有適應(yīng)性，能夠適應(yīng)不同的電力系統(tǒng)運行方式和故障類型，以保證其在各種情況下的可靠性和有效性。

6.可維護性：繼電保護及安全自動裝置應(yīng)具有可維護性，能夠方便地進行維護和檢修，以保證其長期穩(wěn)定運行。

3.1.2. 電能質(zhì)量在線監(jiān)測需求

光伏項目電能質(zhì)量在線監(jiān)測的需求包括實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析和報警、數(shù)據(jù)存儲和查詢、遠程監(jiān)測和控制、兼容性和擴展性以及安全性和可靠性等方面。以下是光伏項目電能質(zhì)量在線監(jiān)測的需求：

1.實時監(jiān)測：需要實時監(jiān)測光伏項目的電能質(zhì)量，包括電壓、電流、頻率、功率因數(shù)等參數(shù)，以及電能質(zhì)量指標如諧波、閃變、電壓暫降等。

2.數(shù)據(jù)分析和報警：需要對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行分析和處理，及時發(fā)現(xiàn)電能質(zhì)量問題，并發(fā)出報警信號，以便及時采取措施解決問題。

3.數(shù)據(jù)存儲和查詢：需要對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行存儲和管理，以便后續(xù)查詢和分析。

4.遠程監(jiān)測和控制：需要支持遠程監(jiān)測和控制，方便管理人員隨時隨地了解光伏項目的電能質(zhì)量情況，并進行遠程控制和調(diào)整。

5.兼容性和擴展性：需要具備良好的兼容性和擴展性，能夠適應(yīng)不同類型和規(guī)模的光伏項目，并能夠與其他監(jiān)測系統(tǒng)進行集成和聯(lián)動。

6.安全性和可靠性：需要具備良好的安全性和可靠性，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性和完整性，防止數(shù)據(jù)泄露和丟失。

3.2. 技術(shù)方案

3.3.1繼電保護及安全自動裝置解決方案

針對繼電保護及安全自動裝置的需求，我司使用以下保護設(shè)備以滿足電力安全的需求。

1.線路保護測控裝置：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(yīng)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。

2.電容器保護裝置：在高壓配電室10kVSVG柜，裝設(shè)1套電容器保護裝置，實現(xiàn)欠電壓，過電壓，零序電壓，不平衡電壓保護，異常緊急控制功能，跳開電容器斷路器。

3.頻率電壓緊急控制裝置：實現(xiàn)變電站低周低壓減載控制,具有測量兩段母線或兩條聯(lián)絡(luò)線的電壓、頻率，作為判別依據(jù)。

4.公共測控裝置：適用于中壓配電系統(tǒng)的進線、大容量主變壓器出線回路，實現(xiàn)電參量遙測、開關(guān)狀態(tài)與告警信號遙信功能。

5.防孤島保護裝置: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(shè)備和用戶設(shè)備造成損壞。防孤島裝置應(yīng)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。

6.光伏電站本體應(yīng)具備故障和異常工作狀態(tài)報警和保護的功能。

7.光伏電站應(yīng)支持調(diào)度機構(gòu)開展"四遙"(遙測、遙信、遙控、遙調(diào))應(yīng)用功能。

8.恢復(fù)并網(wǎng)：當(dāng)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(fù)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(fù)正常后，通過10kV電壓等級并網(wǎng)的分布式電源恢復(fù)并網(wǎng)應(yīng)經(jīng)過電網(wǎng)調(diào)度機構(gòu)的允許。

9.系統(tǒng)繼電保護應(yīng)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5P、10P級，電壓互感器準確級宜采用0.5、3P級。

10.光伏電站內(nèi)需配置直流電源屏(帶蓄電池)和UPS電源，供新配置的保護裝置、測控裝置、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置等設(shè)備使用。

3.3.2電能質(zhì)量在線監(jiān)測解決方案

對于電能質(zhì)量在線監(jiān)測的需求，使用我司APView500電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置。APView500電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置采用了高性能多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》中歸定的各電能質(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、事件標記功能等各個方面均達到IEC61000-4-30 標準，能夠滿足110KV及以下供電系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測的要求。

裝置采用基于Xilinx SoC構(gòu)架的雙ARM內(nèi)核處理器，ARM1運行嵌入式Linux、TCP/IP協(xié)議、Http協(xié)議、Web服務(wù)器、電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的存儲、統(tǒng)計、分析，ARM2用來數(shù)據(jù)采樣、電能質(zhì)量數(shù)據(jù)計算。裝置每周波采樣高達1024點，具備高測量精度能準確記錄故障波形。采用eMMC進口高速存儲芯片容量達到32GB，可以長期存儲事件記錄與故障波形等數(shù)據(jù)。具備友好的人機界面，800*480像素點陣彩色大尺寸液晶可就地查看實時波形與故障波形，方便用戶故障分析。

裝置具有豐富的接口資源，具有四路交流電壓，四路交流電流，十六路可編程無源繼電器出口，二十二路有緣開關(guān)量輸入，兩路支持Modbus485的通訊接口，具有三個支持IEC60303-3-103以及IEC61850MMS的以太網(wǎng)接口，支持IRIG-B方式對時，具有專屬的以太網(wǎng)調(diào)試接口，以及USB調(diào)試接口。

3.3. 配置設(shè)備清單

3.4現(xiàn)場應(yīng)用圖

圖3 光伏電站屏柜布置圖

圖4 安全自動裝置屏柜布置圖

圖5 光伏電站監(jiān)控主機臺布置圖

4. 系統(tǒng)功能

4.1. 電能質(zhì)量監(jiān)視

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。可以根據(jù)這些信息監(jiān)測現(xiàn)場電能的質(zhì)量，及時的做出應(yīng)對方案。

圖6 電能質(zhì)量監(jiān)視界面圖

4.2. 網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線診斷設(shè)備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時能自動在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。

圖7 站內(nèi)設(shè)備系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

4.3. 曲線查詢

在曲線查詢界面可以直接查看各電參量曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等曲線。

圖8 曲線查詢界面圖

5. 結(jié)語

分布式光伏全額上網(wǎng)項目是推動可再生能源發(fā)展的重要舉措，通過充分利用太陽能資源，為社會提供清潔、可持續(xù)的電力供應(yīng)。光伏發(fā)電是全球能源科技和產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向，是具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ某柈a(chǎn)業(yè)[4]。該項目的實施可以有效地推動可再生能源的發(fā)展，減少對傳統(tǒng)能源的依賴，降低能源消耗和環(huán)境污染。通過分布式光伏的應(yīng)用，我們成功實現(xiàn)了太陽能的利用，為社會提供了清潔、可持續(xù)的電力供應(yīng)。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(yīng)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

[1]王繹，葉楊，張曉梅，等.分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)電氣設(shè)計與分析[J].云南電力技術(shù)論壇論文集，2014：308

[2]劉鑒民.太陽能利用原理.技術(shù)工程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[3]網(wǎng)長貴，王斯成主編，太陽能光伏發(fā)電實用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社2009.

[4]張國輝.分布式光伏發(fā)電項目后評價研究.[D].工程碩士論文，2015.