Acrel-1000DP光伏監(jiān)控系統(tǒng)

在尚雷仕（湖北）健康科技有限公司5.98MW分布式光伏10KV并網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用

吳柯霓

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘 要：分布式光伏發(fā)電特指在用戶場地附近建設(shè)，運(yùn)行方式多為自發(fā)自用，余電上網(wǎng)，部分項(xiàng)目采用全額上網(wǎng)模式。分布式光伏全額上網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是可以充分利用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量，提高分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的利用率。發(fā)展分布式光伏發(fā)電對優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)“雙碳目標(biāo)"、推動(dòng)節(jié)能減排、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞：分布式光伏；全額上網(wǎng)；“雙碳目標(biāo)"

1. 概述

作為全球能源消費(fèi)大國，我國積極推進(jìn)“雙碳"目標(biāo)發(fā)展，新能源裝機(jī)容量大規(guī)模、爆發(fā)式增長。^[1]傳統(tǒng)電力系統(tǒng)正向高比例新能源電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。分布式光伏的大規(guī)模接入，會(huì)使配電網(wǎng)面臨電能質(zhì)量下降，供電可靠性安全性不足，調(diào)節(jié)能力下降的挑戰(zhàn)。^[2]

光伏發(fā)電具有顯著的能源、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益，是優(yōu)質(zhì)的綠色能源之一，在我國平均日照條件下安裝1千瓦光伏發(fā)電系統(tǒng)，1年可發(fā)出1200度電，可減少煤炭(標(biāo)準(zhǔn)煤)使用量約400千克，減少二氧化碳排放約1噸。根據(jù)世界自然基金會(huì)研究結(jié)果：從減少二氧化碳效果而言，安裝1平米光伏發(fā)電系統(tǒng)相當(dāng)于植樹造林100平米，目前發(fā)展光伏發(fā)電等可再生能源是根本上解決霧霾、酸雨等環(huán)境問題的有效手段之一。

本次建設(shè)規(guī)模為5980千瓦分布式光伏發(fā)電，以10KV并入原供電系統(tǒng)。本項(xiàng)目電量結(jié)算原則為：全額上網(wǎng)。^[3]項(xiàng)目計(jì)劃2024年3月底建成投產(chǎn)。該企業(yè)光伏電站至公共連接點(diǎn)所有工程由投資建設(shè)；該企業(yè)光伏配電室1個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)處裝設(shè)*級電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置；企業(yè)配電室內(nèi)的計(jì)量表、企業(yè)光伏開關(guān)室的1個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)裝設(shè)供電公司提供的光伏發(fā)電計(jì)量表。

2. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)是指：通過執(zhí)行規(guī)定功能來實(shí)現(xiàn)某一給定目標(biāo)的一些相互關(guān)聯(lián)單元的組合，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信息處理技術(shù)等實(shí)現(xiàn)對變電站二次設(shè)備的功能進(jìn)行重新組合、優(yōu)化設(shè)計(jì)，對光伏電站全部設(shè)備的運(yùn)行情況執(zhí)行監(jiān)視、測量。

系統(tǒng)可分為三層結(jié)構(gòu)：即現(xiàn)場設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和平臺(tái)管理層。

現(xiàn)場設(shè)備層：包含AM5SE-K公用測控裝置、APView500電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、IPC200頻率電壓緊急控制裝置、AM5SSE-IS防孤島保護(hù)裝置、計(jì)量表等設(shè)備，用于采集站內(nèi)配電柜內(nèi)電氣運(yùn)行參數(shù)、開關(guān)狀態(tài)等數(shù)據(jù)，在10kV變電所配置直流電源，保障現(xiàn)場設(shè)備良好的運(yùn)行環(huán)境。

網(wǎng)絡(luò)通訊層：包含ANet-2E4SM智能網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)主動(dòng)采集現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，采集數(shù)據(jù)通過網(wǎng)口上傳至通信室分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)平臺(tái)；同時(shí)網(wǎng)關(guān)充當(dāng)遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置，將現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)采集后通過交換機(jī)經(jīng)縱向加密數(shù)據(jù)加密后上傳調(diào)度網(wǎng)。

平臺(tái)管理層：分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)、國網(wǎng)荊州供電公司調(diào)度控制中心平臺(tái)。

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

3. 解決方案

本項(xiàng)目園區(qū)采用10kV供電，有一處電源接入點(diǎn)。

該項(xiàng)目為一般廠房用電，按四級負(fù)荷要求供電，10kV采用單母線接線方式。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)圖

3.1. 方案綜述

本次工程為5.98MWp的分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，項(xiàng)目采用“全額上網(wǎng)"模式。根據(jù)用戶配電系統(tǒng)管理需求，需要對10kV開關(guān)柜、光伏逆變器、交直流系統(tǒng)等進(jìn)行全方面監(jiān)控與保護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障故障，保證配電系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

在光伏配電室配置一套Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)，通過通信管理機(jī)及網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)實(shí)時(shí)采集各個(gè)光伏配電間的繼電保護(hù)裝置、電能質(zhì)量、安全自動(dòng)裝置、光伏逆變器等二次設(shè)備數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)廠區(qū)供配電系統(tǒng)的全面電力監(jiān)控與自動(dòng)化管理。

在各個(gè)配電室配置一套直流電源系統(tǒng)(帶蓄電池)和UPS電源，為整個(gè)光伏電站的斷路器執(zhí)行機(jī)構(gòu)、二次設(shè)備及監(jiān)控主機(jī)等重要設(shè)備運(yùn)行提供穩(wěn)定可靠的電源。

在每間光伏配電室光伏計(jì)量柜配置關(guān)口計(jì)量電能表、并網(wǎng)電能表，用于光伏發(fā)電計(jì)費(fèi)補(bǔ)償。

本項(xiàng)目采用有線的方式，通過光伏縱向加密上傳到荊州供電公司通信機(jī)房，并接入配網(wǎng)主站。一面遠(yuǎn)動(dòng)通訊屏，遠(yuǎn)動(dòng)通訊屏配置數(shù)據(jù)1臺(tái)綜自網(wǎng)關(guān)、1臺(tái)交換機(jī)、1臺(tái)GPS時(shí)鐘、1臺(tái)正向隔離裝置，一臺(tái)模塊化智能網(wǎng)關(guān)和三個(gè)485拓展模塊。1臺(tái)頻率電壓緊急控制裝置。

3.2. 技術(shù)方案

3.2.1. 繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置需求

分布式電源繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置配置符合相關(guān)繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)程、運(yùn)行規(guī)程和反事故措施的規(guī)定，裝置定值應(yīng)與電網(wǎng)繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置配合整定，防止發(fā)生繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置誤動(dòng)、拒動(dòng)，確保人身、設(shè)備和電網(wǎng)安全。10kV接入的分布式電源，保護(hù)和安全自動(dòng)裝置配置還應(yīng)滿足《分布式電源涉網(wǎng)保護(hù)技術(shù)規(guī)范》(Q/GDW11198)的要求。

1.線路保護(hù)測控裝置：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。為保障供電可靠性，減少停電范圍，在高壓配電室光伏并網(wǎng)出線柜、高壓配電室1#光伏集電線路柜、高壓配電室2#光伏集電線路柜各配置1套帶方向過流保護(hù)。

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(jìn)線、大容量主變壓器出線回路，實(shí)現(xiàn)電參量遙測、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、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)確級宜采用5P、10P級，電壓互感器準(zhǔn)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(hù)裝置、測控裝置、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置等設(shè)備使用。

3.2.2. 調(diào)度自動(dòng)化需求

光伏電站投運(yùn)后，由市調(diào)調(diào)度，并由市級供電公司對運(yùn)行進(jìn)行管理。因此，需建立光伏電站至市調(diào)的調(diào)度通信以及遠(yuǎn)動(dòng)等信息和數(shù)據(jù)傳輸通道。

10kV光伏電站本體需配置配電自動(dòng)化終端監(jiān)控系統(tǒng)，具備與電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)進(jìn)行雙向通信的能力，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制功能，應(yīng)能接收、執(zhí)行調(diào)度端遠(yuǎn)方控制解/并列、啟停和發(fā)電功率的指令，具備群調(diào)群控及遠(yuǎn)動(dòng)功能，有關(guān)光伏電站本體信息的采集、處理采用監(jiān)控系統(tǒng)來完成，具備符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議的遠(yuǎn)傳功能。光伏電站配電自動(dòng)化終端監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集并網(wǎng)運(yùn)行信息，主要包括主斷路器狀態(tài)、并網(wǎng)點(diǎn)開關(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(tǒng)有功功率和無功功率、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(tǒng)主站,當(dāng)調(diào)度端對分布式電源有功功率和無功電壓有控制要求時(shí)，就地監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能夠接收和執(zhí)行上級調(diào)度主站系統(tǒng)的控制命令。

站內(nèi)對時(shí)方式：分布式電源10kV接入時(shí)，應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對時(shí)功能，可采用北斗對時(shí)方式、GPS對時(shí)方式或網(wǎng)絡(luò)對時(shí)方式。

3.2.3. 電能計(jì)量需求

根據(jù)Q/GDW10347-2016《電能計(jì)量裝置通用設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，本項(xiàng)目需設(shè)置關(guān)口計(jì)量電能表、并網(wǎng)電能表，用于光伏發(fā)電計(jì)費(fèi)補(bǔ)償。

3.2.4. 電能質(zhì)量在線監(jiān)測需求

根據(jù)Q/GDW10651—2015《電能質(zhì)量評估技術(shù)導(dǎo)則》的相關(guān)要求；通過10(6)kV～35kV電壓等級并網(wǎng)的變流器類型電源應(yīng)在公共連接點(diǎn)裝設(shè)滿足GB/T19862要求的*級電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置，以滿足接入福建電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測子站通信機(jī)的接入規(guī)范，對電壓、頻率、諧 波、功率因數(shù)等電能質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，電能質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)至少保存一年。

光伏電站應(yīng)滿足《國網(wǎng)湖北電力做好中低壓分布式電源接入系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)服務(wù)指導(dǎo)意見》有關(guān)電能質(zhì)量要求的規(guī)定，當(dāng)接入配電網(wǎng)的分布式電源導(dǎo)致公共連接點(diǎn) 電能質(zhì)量不滿足相關(guān)要求時(shí)，運(yùn)營管理方應(yīng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)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)量仍無法滿足要求時(shí)，電網(wǎng)運(yùn)營管理部門采取斷開該分布式電源管控措施，直至電能質(zhì)量滿足要求時(shí)方可重新并網(wǎng)。

通過10KV電壓等級并網(wǎng)的分布式電源，應(yīng)具備低電壓穿越能力和高電壓穿越能力，高低 電壓穿越的考核曲線應(yīng)滿足現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范要求。

通過10(6)kV～35kV電壓等級并網(wǎng)的分布式電源，應(yīng)在并網(wǎng)運(yùn)行后6個(gè)月內(nèi)向市供電公司提供運(yùn)行特性檢測報(bào)告，檢測結(jié)果應(yīng)符合Q/GDW10651—2015《電能質(zhì)量評估技術(shù)導(dǎo)則》的相關(guān)要求。分布式電源接入電網(wǎng)的檢測點(diǎn)為電源并網(wǎng)點(diǎn)，應(yīng)由具有相應(yīng)資質(zhì)的單位或部門進(jìn)行檢測，并在檢測前將檢測方案報(bào)市供電公司調(diào)控中心備案。

在新(擴(kuò))建諧波源用戶投運(yùn)后，市供電公司營銷部組織對用戶諧波進(jìn)行測試。如發(fā)現(xiàn)評估不超標(biāo)而實(shí)測超標(biāo)的用戶，市供電公司營銷部應(yīng)對該用戶下發(fā)諧波整改通知，及時(shí)落實(shí)用戶諧波治理措施。

3.3. 配置設(shè)備清單

表1我司提供方案設(shè)備列表

續(xù)表1我司提供方案設(shè)備列表

3.4. 現(xiàn)場應(yīng)用圖

圖3 光伏電站屏柜布置圖

圖4 光伏電站監(jiān)控主機(jī)臺(tái)布置圖

圖5 安全自動(dòng)裝置屏柜布置圖

4. 系統(tǒng)功能

4.1. 實(shí)時(shí)監(jiān)測

Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號(hào)。同時(shí)可以設(shè)計(jì)整體界面，供用戶選擇對應(yīng)配電房對應(yīng)光伏組件或高壓部分進(jìn)行查看。

圖6 實(shí)時(shí)監(jiān)測主界面圖

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

圖7 電能質(zhì)量監(jiān)視界面圖

4.3. 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8站內(nèi)設(shè)備系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

4.4. 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9曲線查詢界面圖

4.5. 直流屏光字牌

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10光字牌界面圖

5. 結(jié)語

在“雙碳"背景下，隨著分布式新能源的廣泛建設(shè)，高滲透率分布式光伏接入配電網(wǎng)后勢必產(chǎn)生的電壓問題，因此在促進(jìn)分布式光伏并網(wǎng)過程中需要一套安全可靠的分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)解決方案，為用戶、電網(wǎng)助力分布式光伏高比例有序并網(wǎng)，強(qiáng)化分布式光伏的統(tǒng)一管控，推動(dòng)分布式光伏和大電網(wǎng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行，搭建數(shù)據(jù)透明、調(diào)控便捷、能源互動(dòng)的新型分布式新能源調(diào)度管理體系。

參考文獻(xiàn)

[1]韓肖清，李廷鈞，張東霞，等.雙碳目標(biāo)下的新型電力系統(tǒng)規(guī)劃問題及關(guān)鍵技術(shù)[J].高電壓技術(shù)，2021，47（9）：3036-3046.

[2]陳國平，李明節(jié)，魯宗相，等.關(guān)于新能源發(fā)展的技術(shù)瓶頸研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2018，38（7）：1893-1904+2205

[3] 田由甲，戴彬，郭剛，等.分布式光伏并網(wǎng)方式及數(shù)據(jù)采集與控制的方式綜述[J].2023,4(3)

作者介紹：

吳柯霓，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究變電站綜合自動(dòng)化解決方案、分布式光伏監(jiān)控解決方案。