胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

摘 要：2024年期間，國(guó)家能源局有關(guān)負(fù)責(zé)人表示，在能源領(lǐng)域，發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的新動(dòng)能關(guān)鍵在于持續(xù)推動(dòng)新能源和可再生能源高質(zhì)量躍升發(fā)展，其中以積極發(fā)展分布式新能源就是工作之一。分布式光伏以其靈活且環(huán)保的發(fā)電特性，正逐步成為推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型的重要力量。在現(xiàn)代畜牧業(yè)中，利用養(yǎng)殖場(chǎng)屋頂及空地部署光伏板，能夠有效利用閑置空間，直接為養(yǎng)殖場(chǎng)提供清潔、可持續(xù)的電力供應(yīng)，顯著降低運(yùn)營(yíng)成本。本文探討了分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)具備的功能，以及為確保養(yǎng)殖場(chǎng)分布式光伏發(fā)電站穩(wěn)定運(yùn)行的電氣二次配置。

關(guān)鍵詞：分布式光伏；養(yǎng)殖場(chǎng)；電氣二次配置

1. 概述

海南農(nóng)墾集團(tuán)其前身是與海南省農(nóng)墾總局實(shí)行政企合一的海南省農(nóng)墾總公司，屬中央直屬三大墾區(qū)之一。該集團(tuán)在海南有多個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)，本次工程涉及到紅華養(yǎng)豬場(chǎng)、紅華肉牛繁育場(chǎng)、白沙縣邦溪鎮(zhèn)和牛產(chǎn)業(yè)扶貧養(yǎng)殖場(chǎng)等多個(gè)項(xiàng)目，通過(guò)在廠房屋頂鋪設(shè)分布式光伏，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。

紅華養(yǎng)豬場(chǎng)、紅華肉牛繁育場(chǎng)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目均處于海南省臨高縣，實(shí)際裝機(jī)容量分別為5.5MW和1.39MW；白沙縣邦溪鎮(zhèn)和牛產(chǎn)業(yè)扶貧養(yǎng)殖場(chǎng)位于海南省白沙黎族自治縣，總建設(shè)規(guī)模為1.45MW。養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)光伏組件安裝在廠房屋頂，經(jīng)逆變后接入箱變升壓至10kV，再接入廠區(qū)內(nèi)原有用戶(hù)10kV母線；

本文主要針對(duì)紅華養(yǎng)豬場(chǎng)和紅華肉牛繁育場(chǎng)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目介紹光伏電站的電氣二次配置方案，包括保護(hù)站內(nèi)發(fā)電運(yùn)行安全的安全自動(dòng)裝置屏、完成調(diào)度上傳的遠(yuǎn)動(dòng)通訊屏，以及就地部署的Acrel-1000DP分布式光伏系統(tǒng)。

2. 分布式光伏設(shè)計(jì)

紅華養(yǎng)豬場(chǎng)在養(yǎng)殖棚屋面建設(shè)分布式光伏電站，組件采用平鋪設(shè)計(jì)，共使用單晶硅單面單玻545Wp組件10108片，每28片組件為一串，采用16臺(tái)250kW逆變器，根據(jù)屋頂情況布置太陽(yáng)能電池板，所發(fā)直流電由逆變器逆變流800V，接入箱變升壓至10kV并入電網(wǎng)，并網(wǎng)形式為自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。

圖2.1 紅華養(yǎng)豬場(chǎng)光伏接入系統(tǒng)示意圖

紅華肉牛繁育場(chǎng)區(qū)采用550W單晶硅組件，安裝50kW組串逆變器1臺(tái),70kW組串逆變器13臺(tái)，100kW組串逆變器3臺(tái)，110kW組串逆變器1臺(tái),整體光伏發(fā)電量1.39MW。項(xiàng)目不設(shè)置匯流箱，所有逆變器出線回路均接入升壓變，設(shè)置1座10kV箱式變壓器1600kVA，采用10kV電壓等級(jí)并網(wǎng)。

圖2.3 紅華肉牛繁育場(chǎng)光伏接入系統(tǒng)示意圖

圖2.4 紅華肉牛繁育場(chǎng)光伏組件布置圖

3. 技術(shù)方案

以紅華養(yǎng)豬場(chǎng)分布式光伏項(xiàng)目為例（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“本項(xiàng)目"），本項(xiàng)目利用屋頂建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)，所發(fā)電量采用就地消納，自發(fā)自用、余電上網(wǎng)的模式，光伏發(fā)電經(jīng)逆變器、箱變升壓至10kV，并網(wǎng)接入10kV電網(wǎng)原有線路。

為確保光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定、安全地運(yùn)行，并順利并入電網(wǎng)，我們配置了繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置、遠(yuǎn)動(dòng)通訊屏和就地部署的Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)與AcrelCloud-1200光伏運(yùn)維云平臺(tái)。

3.1.1. 箱變內(nèi)主要電氣設(shè)備

本項(xiàng)目箱變均配備干式三相雙繞組低損耗無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓變壓器，容量為2500kVA，電壓等級(jí)為10±5%/0.4kV，接線組別為“D，yn11"，交流頻率為50Hz，可以戶(hù)外使用，能效等級(jí)滿(mǎn)足國(guó)家規(guī)范要求。

高壓側(cè)包含進(jìn)線柜、PT柜，計(jì)量柜，出線柜，高壓配電室要求門(mén)加裝電磁鎖，當(dāng)10kV側(cè)帶電時(shí)高壓室內(nèi)門(mén)不能打開(kāi)；低壓側(cè)與逆變器連接。箱變內(nèi)采用專(zhuān)用溫濕度監(jiān)控器，能測(cè)量箱變內(nèi)部環(huán)境溫度，輸出環(huán)境溫度測(cè)控接點(diǎn)，以滿(mǎn)足變壓器溫度合理運(yùn)行故障報(bào)警跳閘要求及箱變內(nèi)部正常運(yùn)行要求。

3.1.2. 繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置

1）并網(wǎng)線路繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置

當(dāng)分布式光伏項(xiàng)目的并網(wǎng)線路發(fā)生短路故障時(shí)，線路保護(hù)應(yīng)立即啟動(dòng)，判斷故障并觸發(fā)動(dòng)作，瞬時(shí)斷開(kāi)與故障點(diǎn)相連的并網(wǎng)點(diǎn)斷路器，故障對(duì)電網(wǎng)的影響范圍，確保故障能夠被快速且可靠地切除，從而保護(hù)其他非故障部分的正常運(yùn)行。

10kV母線作為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)配備先進(jìn)的故障解列裝置，裝置可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)母線頻率和電壓的功能，一旦檢測(cè)到異常（如頻率偏離正常范圍、電壓波動(dòng)過(guò)大等），將立即執(zhí)行緊急控制措施，自動(dòng)跳開(kāi)的斷路器（通常是連接光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)的專(zhuān)用開(kāi)關(guān)），通過(guò)這樣的方式，可以有效防止故障或異常狀況的進(jìn)一步擴(kuò)大，保障電網(wǎng)和用戶(hù)設(shè)備的安全。

2）防孤島檢測(cè)

在分布式光伏項(xiàng)目中，為防止孤島現(xiàn)象對(duì)電網(wǎng)和人員安全造成威脅，需要配有完善的防孤島方案，需要逆變器的孤島檢測(cè)機(jī)制、防孤島保護(hù)裝置、低壓檢測(cè)裝置共同配合，一旦監(jiān)測(cè)到孤島狀態(tài)，能夠迅速并自動(dòng)地與電網(wǎng)斷開(kāi)連接，此外，該方案還需嚴(yán)格遵守國(guó)家電網(wǎng)所制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，以確保其有效性和合規(guī)性。

3.1.3. 運(yùn)動(dòng)通訊設(shè)備

光伏電站內(nèi)采用本地監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)具備自動(dòng)接收并執(zhí)行調(diào)度部門(mén)發(fā)送的有功功率及無(wú)功功率變化的控制指令的能力。同時(shí)站內(nèi)配置智能邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)，接入省級(jí)配網(wǎng)自動(dòng)化主站，上傳臨高縣調(diào)，采集上傳的信息量應(yīng)滿(mǎn)足調(diào)度機(jī)構(gòu)的運(yùn)行需求，包括并網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)、并網(wǎng)點(diǎn)電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率和發(fā)電量等，調(diào)控應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)視運(yùn)行情況。

4. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本項(xiàng)目致力于構(gòu)建一個(gè)智能的光伏電站管理體系，集成了一套先進(jìn)的分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)Acrel-1000DP與光伏運(yùn)維云平臺(tái)AcrelCloud-1200，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)光伏發(fā)電站的掌控與優(yōu)化，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為分層、分布式，整體可分為三層：

第一層：站控層。在值班室設(shè)置操作員站，采用C/S架構(gòu)分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)，配置工控機(jī)和管理軟件，工控機(jī)主要完成對(duì)光伏電站的數(shù)據(jù)集抄和界面顯示功能；同時(shí)配置光伏運(yùn)維云平臺(tái)，采用B/S架構(gòu)，支持多平臺(tái)、多終端網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)，形成了全站監(jiān)控、管理，并具備與遠(yuǎn)方控制中心通信的接口。

第二層：通信層。通訊管理機(jī)以相對(duì)獨(dú)立的方式分散在逆變器區(qū)域或箱變中，將整理分析采集到的數(shù)據(jù)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或者4G上傳至光伏服務(wù)器和系統(tǒng)，確保在站控層網(wǎng)絡(luò)失效的情況下，仍能獨(dú)立完成就地各電氣設(shè)備的監(jiān)測(cè)。

第三層：設(shè)備層。主要包括微機(jī)保護(hù)、防孤島保護(hù)、電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置、故障解列裝置、多功能儀表、逆變器、箱變測(cè)控等設(shè)備。可以直接采集處理現(xiàn)場(chǎng)的原始數(shù)據(jù)，通過(guò)通信層傳送給站控層，同時(shí)接收站控層發(fā)來(lái)的控制操作命令，經(jīng)過(guò)有效性判斷、閉鎖檢測(cè)、同步檢測(cè)等，對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作控制。

圖4.1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)示意圖

項(xiàng)目配置設(shè)備清單如下表所示：

表4.1 方案設(shè)備列表

5. 系統(tǒng)功能

5.1.1. 綜合看板

在分布式光伏電站的管理與運(yùn)營(yíng)中，需要一個(gè)高效、直觀的綜合看板，該看板集成了發(fā)電功率監(jiān)測(cè)、裝機(jī)容量記錄、發(fā)電量統(tǒng)計(jì)以及光伏收益計(jì)算等核心功能，同時(shí)特別突出了對(duì)環(huán)保貢獻(xiàn)的量化評(píng)估，包括計(jì)算二氧化碳減排量和節(jié)約的噸標(biāo)煤量。

5.1.2. 分布式光伏電站運(yùn)維管理

分布式光伏運(yùn)維平臺(tái)的報(bào)警處理分事故報(bào)警和預(yù)告報(bào)警。前者包括非操作引起的斷路器跳閘和保護(hù)裝置動(dòng)作信號(hào)，后者包括一般設(shè)備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量越限/復(fù)限、計(jì)算機(jī)站控系統(tǒng)的各個(gè)部件、就地單元的狀態(tài)異常等，針對(duì)不同等級(jí)的報(bào)警，處理方式有所區(qū)別，預(yù)告報(bào)警會(huì)有選擇地向遠(yuǎn)方發(fā)送。

平臺(tái)提供設(shè)備管理模塊，允許運(yùn)維人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程配置、參數(shù)調(diào)整、軟件升級(jí)等操作，這些功能可以大幅提高運(yùn)維效率，降低現(xiàn)場(chǎng)操作成本。平臺(tái)靈活的配置選項(xiàng)，允許用戶(hù)根據(jù)自己的需求對(duì)平臺(tái)進(jìn)行定制和擴(kuò)展。

圖5.2 設(shè)備管理界面

5.1.3. 光伏發(fā)電效率監(jiān)測(cè)

平臺(tái)集成了多項(xiàng)關(guān)鍵功能，來(lái)保障和提升電站的運(yùn)營(yíng)效能與經(jīng)濟(jì)效益。基于其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)能力，可以計(jì)算電站的年利用小時(shí)數(shù)，能夠客觀評(píng)估電站的發(fā)電效率和使用效率，為運(yùn)維團(tuán)隊(duì)提供改進(jìn)方向。同時(shí)，電站收益統(tǒng)計(jì)功能則根據(jù)發(fā)電數(shù)據(jù)和電價(jià)政策等因素，自動(dòng)計(jì)算出電站的年度、季度或月度收益情況，為投資者和管理層提供直觀、準(zhǔn)確的財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)支持，助力決策制定與優(yōu)化。

逆變器負(fù)責(zé)將光伏電池產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電并送入電網(wǎng)，其工作狀態(tài)直接影響到電站的發(fā)電效率和穩(wěn)定性。所以平臺(tái)提供逆變器狀態(tài)查詢(xún)功能，通過(guò)實(shí)時(shí)查詢(xún)逆變器的工作狀態(tài)、轉(zhuǎn)換效率及故障信息，運(yùn)維團(tuán)隊(duì)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決逆變器的問(wèn)題，確保電站的發(fā)電效率和穩(wěn)定性得到保障。

圖5.3 發(fā)電站監(jiān)測(cè)界面

6. 結(jié)語(yǔ)

分布式光伏發(fā)電作為分布式能源之一，在我國(guó)實(shí)踐中通常包括戶(hù)用光伏、工商業(yè)分布式光伏，而在畜牧業(yè)中應(yīng)用分布式光伏發(fā)電，可以做到生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益“雙豐收"，同時(shí)也可以促進(jìn)碳減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，為構(gòu)建綠色、智能、可持續(xù)的現(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)提供了強(qiáng)有力的支持。本文介紹了畜牧業(yè)中分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)與光伏運(yùn)維平臺(tái)相結(jié)合的方案，通過(guò)集成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理分析以及遠(yuǎn)程監(jiān)控、設(shè)備管理等功能，顯著提高了光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行效率和可靠性，降低了運(yùn)維成本。