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(xiàng)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(gè)總?cè)萘繛?.98WM的分布式光伏10kV并網(wǎng)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)太陽能的有效利用和并網(wǎng)發(fā)電。該項(xiàng)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(diǎn)，能夠有效地減少二氧化碳等溫室氣體的排放，同時(shí)還能夠?yàn)橛脩魩硪欢ǖ慕?jīng)濟(jì)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(dá)地球表面的太陽能總量折合標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)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(yùn)行方式，本項(xiàng)目采用全額上網(wǎng)的運(yùn)行方式，此運(yùn)行方式將所發(fā)電量全部用于上網(wǎng)。

本項(xiàng)目采用高效光伏組件，總?cè)萘繛?.98WM，本項(xiàng)目電量結(jié)算原則為：全額上網(wǎng)。項(xiàng)目計(jì)劃2024年3月底建成投產(chǎn)。選用Acrel光伏二次設(shè)計(jì)方案，利用光伏監(jiān)控系統(tǒng)具備智能監(jiān)控、保護(hù)裝置具有穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。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(xiàng)目的實(shí)施將為當(dāng)?shù)靥峁┣鍧?、可再生的電力能源，有助于減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴，降低碳排放。

2. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本項(xiàng)目modbus485和IEC60303-3-103相結(jié)合的方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集傳輸?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的四套并網(wǎng)逆變器、匯流箱、箱變測(cè)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(jìn)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(jī)、公用測(cè)控及電能質(zhì)量柜中的測(cè)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(jī)，10kv就地分散保護(hù)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(jī)，再由以太網(wǎng)交換機(jī)傳輸?shù)秸究貙咏粨Q機(jī)由此完成數(shù)據(jù)從間隔層到站控層的傳輸。

項(xiàng)目對(duì)時(shí)：本項(xiàng)目采用GPS與北斗兩種衛(wèi)星進(jìn)行對(duì)時(shí)，保證了項(xiàng)目設(shè)備對(duì)時(shí)的準(zhǔn)確性。對(duì)時(shí)裝置分別利用以太網(wǎng)連接入站控層交換機(jī)從而完成對(duì)站控層監(jiān)控室裝置與遠(yuǎn)動(dòng)上傳裝置的對(duì)時(shí)，利用IRIG-B通過接線的方式對(duì)一次艙二次艙的保護(hù)裝置進(jìn)行對(duì)時(shí)，保證設(shè)備時(shí)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(dòng)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(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)設(shè)備和儀表設(shè)備的數(shù)據(jù)監(jiān)視與管理，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(yuǎn)程控制：可以通過監(jiān)控中心對(duì)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，如逆變器開關(guān)機(jī)、調(diào)節(jié)功率等。數(shù)據(jù)分析：可以對(duì)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如發(fā)電量、能耗等，為用戶提供決策支持。報(bào)警功能：可以設(shè)置報(bào)警閾值，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，會(huì)及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒用戶進(jìn)行處理。兼容性強(qiáng)：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(jìn)行系統(tǒng)集成等特點(diǎn)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(shí)電氣誤操作確保變電站的安全運(yùn)行。包括防止誤分、合斷路器防止帶負(fù)荷分、合隔離開關(guān)等確保了操作的安全性。項(xiàng)目還配備了光功率預(yù)測(cè)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(xiàng)目概況

該項(xiàng)目采用“全額上網(wǎng)"模式，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(shè)置集電線路柜，站用變柜，SVG柜，PT柜，計(jì)量柜，并網(wǎng)出線柜。新增的光伏系統(tǒng)配置自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)時(shí)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)

3.1. 客戶需求

3.1.1. 繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置需求

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

1.可靠性：繼電保護(hù)及安全自動(dòng)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(shí)及時(shí)、準(zhǔn)確地動(dòng)作，以保護(hù)電力設(shè)備和電力系統(tǒng)的安全。

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

3.靈敏性：繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置應(yīng)具有靈敏性，能夠在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)動(dòng)作，以保護(hù)電力設(shè)備和電力系統(tǒng)的安全。

4.速動(dòng)性：繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置應(yīng)具有速動(dòng)性，能夠在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)快速動(dòng)作，以縮短故障時(shí)間，減少故障損失。

5.適應(yīng)性：繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置應(yīng)具有適應(yīng)性，能夠適應(yīng)不同的電力系統(tǒng)運(yùn)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(hù)性：繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置應(yīng)具有可維護(hù)性，能夠方便地進(jìn)行維護(hù)和檢修，以保證其長期穩(wěn)定運(yùn)行。

3.1.2. 電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)需求

光伏項(xiàng)目電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)的需求包括實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析和報(bào)警、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和查詢、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制、兼容性和擴(kuò)展性以及安全性和可靠性等方面。以下是光伏項(xiàng)目電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)的需求：

1.實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光伏項(xiàng)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(biāo)如諧波、閃變、電壓暫降等。

2.數(shù)據(jù)分析和報(bào)警：需要對(duì)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電能質(zhì)量問題，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，以便及時(shí)采取措施解決問題。

3.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和查詢：需要對(duì)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，以便后續(xù)查詢和分析。

4.遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制：需要支持遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制，方便管理人員隨時(shí)隨地了解光伏項(xiàng)目的電能質(zhì)量情況，并進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和調(diào)整。

5.兼容性和擴(kuò)展性：需要具備良好的兼容性和擴(kuò)展性，能夠適應(yīng)不同類型和規(guī)模的光伏項(xiàng)目，并能夠與其他監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行集成和聯(lián)動(dòng)。

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(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性，防止數(shù)據(jù)泄露和丟失。

3.2. 技術(shù)方案

3.2.1繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置解決方案

針對(duì)繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置的需求，我司使用以下保護(hù)設(shè)備以滿足電力安全的需求。

1.線路保護(hù)測(cè)控裝置：光伏電站線路發(fā)生短路故障時(shí)，線路保護(hù)能快速動(dòng)作，瞬時(shí)跳開相應(yīng)并網(wǎng)點(diǎn)斷路器，滿足全線故障時(shí)快速可靠切除故障的要求。

2.電容器保護(hù)裝置：在高壓配電室10kVSVG柜，裝設(shè)1套電容器保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)欠電壓，過電壓，零序電壓，不平衡電壓保護(hù)，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(shí)現(xiàn)變電站低周低壓減載控制,具有測(cè)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(cè)控裝置：適用于中壓配電系統(tǒng)的進(jìn)線、大容量主變壓器出線回路，實(shí)現(xiàn)電參量遙測(cè)、開關(guān)狀態(tài)與告警信號(hào)遙信功能。

5.防孤島保護(hù)裝置:針對(duì)電網(wǎng)失壓后分布式電源可能繼續(xù)運(yùn)行、且向電網(wǎng)線路送電的情況提出。孤島運(yùn)行一方面危及電網(wǎng)線路維護(hù)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(yùn)行電網(wǎng)中的電壓和頻率不受控制，將對(duì)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(shí)，確保電源能及時(shí)斷開與電網(wǎng)連接，確保重合閘能正確動(dòng)作。

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

7.光伏電站應(yīng)支持調(diào)度機(jī)構(gòu)開展"四遙"(遙測(cè)、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(dòng)脫網(wǎng)后，在電網(wǎng)電壓和頻率恢復(fù)到正常運(yùn)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(jí)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(jī)構(gòu)的允許。

9.系統(tǒng)繼電保護(hù)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(zhǔn)確級(jí)宜采用5P、10P級(jí)，電壓互感器準(zhǔn)確級(jí)宜采用0.5、3P級(jí)。

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(hù)裝置、測(cè)控裝置、電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置等設(shè)備使用。

3.3.2電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)解決方案

對(duì)于電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)的需求，使用我司APView500電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置。APView500電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置采用了高性能多平臺(tái)和嵌入式操作系統(tǒng)，遵照IEC61000-4-30《測(cè)試和測(cè)量技術(shù)-電能質(zhì)量測(cè)量方法》中歸定的各電能質(zhì)量指標(biāo)的測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量，集諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監(jiān)測(cè)、電壓不平衡度監(jiān)測(cè)、事件記錄、測(cè)量控制等功能為一體。裝置在電能質(zhì)量指標(biāo)參數(shù)測(cè)量方法的標(biāo)準(zhǔn)化和指標(biāo)參數(shù)的測(cè)量精度以及時(shí)鐘同步、事件標(biāo)記功能等各個(gè)方面均達(dá)到IEC61000-4-30標(biāo)準(zhǔn)，能夠滿足110KV及以下供電系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)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(yùn)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(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、分析，ARM2用來數(shù)據(jù)采樣、電能質(zhì)量數(shù)據(jù)計(jì)算。裝置每周波采樣高達(dá)1024點(diǎn)，具備高測(cè)量精度能準(zhǔn)確記錄故障波形。采用eMMC進(jìn)口高速存儲(chǔ)芯片容量達(dá)到32GB，可以長期存儲(chǔ)事件記錄與故障波形等數(shù)據(jù)。具備友好的人機(jī)界面，800*480像素點(diǎn)陣彩色大尺寸液晶可就地查看實(shí)時(shí)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(gè)支持IEC60303-3-103以及IEC61850MMS的以太網(wǎng)接口，支持IRIG-B方式對(duì)時(shí)，具有專屬的以太網(wǎng)調(diào)試接口，以及USB調(diào)試接口。

3.3. 配置方案

表1我司提供方案設(shè)備列表

3.4. 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用圖

圖3 光伏電站屏柜布置圖

圖4 安全自動(dòng)裝置屏柜布置圖

圖5 光伏電站監(jiān)控主機(jī)臺(tái)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(yùn)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、無功功率等電能質(zhì)量信息?？梢愿鶕?jù)這些信息監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)電能的質(zhì)量，及時(shí)的做出應(yīng)對(duì)方案。

圖6 電能質(zhì)量監(jiān)視界面圖

4.2. 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)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(gè)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(shí)能自動(dòng)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?fù)鋱D

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(xiàng)目是推動(dòng)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(huì)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(xiàng)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(duì)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(shí)現(xiàn)了太陽能的利用，為社會(huì)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(dòng)可再生能源的發(fā)展和應(yīng)用做出更大的貢獻(xiàn)。同時(shí)，我們也將不斷提高技術(shù)水平和管理水平，確保項(xiàng)目的順利實(shí)施和運(yùn)行，為社會(huì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[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(jì)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(shí)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(xiàng)目后評(píng)價(jià)研究.[D].工程碩士論文，2015.