光伏監控系統在江蘇某新材料公司4.03MW分布式光伏10KV并網系統的應用

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：隨著我國社會的不斷進步,經濟得到迅速的發展,城市化進程也逐漸加快。城市電力配電網絡的供電壓力逐漸增加,傳統的發電技術已經不再適用于目前城市電力配電的發展現狀。傳統發電技術電力轉化的效率比較低,對空氣的污染也比較大,不利于城市環境的保護以及經濟的持續發展。分布式光伏發電作為一種可再生能源技術，得到了越來越廣泛的應用。本項目旨在利用分布式光伏發電技術，實現自發自用、余電上網，提高能源利用效率，降低能源成本，同時減少對傳統能源的依賴，促進可持續發展。

關鍵詞：分布式光伏；自發自用，余電上網；可持續發展;

1. 概述

我國擁有豐富的清潔可再生能源資源儲量，積極開發利用可再生能源，為解決當前化石能源短缺與環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發，可再生能源技術的發展和推廣以及可再生能源資源對環境保護的正向影響，卻遠遠沒有達到理想的水平。大力開發太陽能、風能等新能源和可再生能源利用技術將成為減少環境污染的重要措施[2]。

光伏發電主要包括集中式光伏發電和分布式光伏發電兩類。集中式光伏發電一般為大型地面光伏電站;分布式光伏發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電[3]。集中式光伏電站的投資大、建設周期長、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電的運行方式，在廠區的屋頂進行安裝光伏發電設備進行發電。

本項目采用高效光伏組件，總容量為4.03WM，本項目電量結算原則為：自發自用，余電上網。項目計劃2024年6月底建成投產。選用Acrel光伏二次設計方案，國產麒麟操作系統下的光伏監控平臺具備智能監控、保護裝置具有穩定可靠等特點。配置適配的逆變器，將光伏組件產生的直流電轉換為交流電，以滿足并網要求。本項目的實施將為當地提供清潔、可再生的電力能源，有助于減少對傳統能源的依賴，降低碳排放。

2. 系統結構

現場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、電能質量裝置，對時裝置以及采集上傳設備，二次保護裝置主要對一次設備進行保護、廠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行采集。

本項目modbus、IEC60303-3-103、IEC60870-5-104相結合的方式對數據進行采集傳輸。就地高壓柜保護通過modbus-TCP協議進行數據傳輸，二次保護柜使用了modbus-485、IEC60303-3-103、modbus-TCP三種協議進行數據傳輸，箱變數采儀使用了IEC60870-5-104協議采集逆變器數據。

項目對時：本項目采用GPS與北斗兩種衛星進行對時，保證了項目設備對時的準確性。對時裝置利用以太網連接入站控層交換機從而完成對監控主機與遠動上傳裝置的對時，利用IRIG-B通過接線的方式對就地保護、二次保護柜裝置、支流屏等裝置進行對時，保證設備時間的一致。

監控平臺：配備了一套變電站綜合自動化系統軟件（Acrel-1000DP光伏監控系統）在國產麒麟操作系統的環境下實現了對現場保護設備和儀表設備的數據監視與管理，可以實時監測分布式光伏發電系統的電壓、電流、功率等參數，可以通過網絡將數據傳輸到監控中心。遠程控制：可以通過監控中心對分布式光伏發電系統進行遠程控制，如斷路器的分合等。數據分析：可以對監測到的數據進行分析，如發電量、能耗等，為用戶提供決策支持。報警功能：可以設置報警閾值，當系統出現異常情況時，會及時發出報警信號，提醒用戶進行處理。

3. 解決方案

3.1. 方案綜述

項目為屋頂分布式光伏項目，該項目的容量為4.03MW，項目采用自發自用余電上網的消納方式。利用原有的電源點作為光伏高壓并網點并入電網端，并網點設置光伏進線柜柜，站用變柜，SVG柜，PT柜，計量柜，出線總柜，并網柜。新增的光伏系統配置自動化系統，實時采集并網信息，信息上傳至當地調控中心DMS系統。光伏發電逆變器電源電壓為1000V，經箱變升壓變升壓至10kV后,通過高壓電纜接入新增的10kV光伏進線柜,通過并網柜并入原10kV市電高壓柜。項目采用Acrel-1000DP光伏監控平臺，操作使用了國產麒麟系統。監控平臺具有對全站數據的實時觀測、事故告警提示等功能。

3.2. 功能需求

3.2.1. 繼電保護及安全自動裝置需求

分布式電源繼電保護和安全自動裝置配置應符合相關繼電保護技術規程、運行規程和反事故措施的規定，裝置定值應與電網繼電保護和安全自動裝置配合整定，防止發生繼電保護和安全自動裝置誤動、拒動，確保人身、設備和電網安全。10kV接入的分布式電源，保護和安全自動裝置配置還應滿足《繼電保護和安全自動裝置技術規程》（GB/T14285-2006）。

1.線路保護裝置：光伏電站線路發生短路故障時，線路保護能快速動作，瞬時跳開相應并網點斷路器，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1套電容器保護裝置，實現欠電壓，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.防孤島保護裝置：防孤島檢測需滿足GB/T19964-2012《光伏發電站接入電力系統技術規定》、Q/GDW617-2011《光伏電站接入電網技術規定》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與電網連接的能力，防孤島保護動作時間不大于2S,其防孤島保護應與配電網側線路重合閘和安全自動裝置動作時間相配合。針對電網失壓后分布式電源可能繼續運行、且向電網線路送電的情況提出。孤島運行一方面危及電網線路維護人員和用戶的生命安全，干擾電網的正常合閘；另一方面孤島運行電網中的電壓和頻率不受控制，將對配電設備和用戶設備造成損壞。防孤島裝置應具備線路故障時，確保電源能及時斷開與電網連接，確保重合閘能正確動作。

4.光伏電站內需具備直流電源，供10kV保護及測控裝置，電能質量在線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，供關口電能表、電能量終端服務器、交換機等設備使用。系統繼電保護應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報警和保護的功能。

6.光伏電站應支持調度機構開展"四遙"(遙測、遙信、遙控、遙調)應用功能。

7.恢復并網：當光伏發電系統因電網擾動脫網后，在電網電壓和頻率恢復到正常運行范圍之前，光伏發電系統不允許并網；在電網電壓和頻率恢復正常后，通過10kV電壓等級并網的分布式電源恢復并網應經過電網調度機構的允許。

3.2.2. 調度自動化需求

光伏電站應滿足江蘇電力調度控制中心關于印發《發電企業自動化系統接入配置指導意見》的通知（電調〔2018〕40號）有關自動化規定：10kv接入的分布式電源，信息采集、控制調節等應滿足江蘇電力調度控制中心關于印發《光伏電站接入電網技術規定》（Q/GDW617-2011）、《光伏發電站接入電力系統技術規定》（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行管理。因此，需建立光伏電站至區調的調度通信以及運動等信息和數據傳輸通道。

10kv光伏電站本體需配置配電自動化終端監控系統，具備與電網調度機構進行雙向通信的能力，能夠實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、啟停和發電功率的指令，具備群調群控及遠動功能，有關光伏電站本體信息的采集、處理采用監控系統來完成，具備符合相關標準通信協議的遠傳功能。光伏電站配電自動化終端監控系統實時采集并網運行信息，主要包括主斷路器狀態、并網點開關狀態(具備遙控功能)、并網點電壓和電流、光伏發電系統有功功率和無功功率、光伏發電量、頻率等，上傳至市供電公司配網自動化系統主站，再由市供電公司調度中心將數據下發至縣調，當調度端對分布式電源有功功率和無功電壓有控制要求時，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。

3.2.3. 電能質量在線監測需求

太陽能光伏發電系統通過光伏組件將太陽能轉化為直流電位的正弦波電流，并入電網，在將直流電能經逆變轉換為交流電能的過程中，可能會產生大量諧波及直流分量。

根據《光伏電站接入電網技術規定》（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》（國家電網公司）規定，為保證對電能質量的有效監控，光伏電站側、宿遷市城區開發投資有限公司10kV配電房側配置1套滿足GB/T19862《電能質量監測設備通用要求》的A類電能質量監測裝置，用于分布式光伏項目的電能質量指標的監測。

電能質量在線監測數據需上傳至相關主管機構。

1.2. 配置設備清單

表1我司提供方案設備列表

3.4. 現場應用圖

4. 系統功能

4.1. 電能質量監視

在電能質量監控圖中，可以直接查看電能質量裝置的運行狀態、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、無功功率等電能質量信息。可以根據這些信息監測現場電能的質量，及時的做出應對方案。

4.2. 網絡拓撲圖

系統支持實時監視接入系統的各設備的通信狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構；可在線診斷設備通信狀態，發生網絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

4.3. 主接線圖

在此界面可以查看高壓保護柜的電量參數，監視斷路器和手車的狀態，在遠方狀態時可以遙控斷路器的分合，監視高壓柜保護裝置的參數，能夠及時的發現異常，及時做出相應的處理。

5. 結語

光伏發電是我國重要的戰略性新興產業，大力推進光伏發電應用對優化能源結構、保障能源安全、改善生態環境、轉變城鄉用能方式具有重大戰略意義[4]。分布式光伏發電應用范圍廣，在城鄉建筑、工業、農業、交通、公共設施等領域都有廣闊應用前景，既是推動能源生產和消費革命的重要力量，也是促進穩增長調結構促改革惠民生的重要舉措。該項目的實施可以有效地推動可再生能源的發展，減少對傳統能源的依賴，降低能源消耗和環境污染。通過分布式光伏的應用，我們成功實現了太陽能的*大化利用，為社會提供了清潔、可持續的電力供應。在未來的發展中，我們將繼續努力，為推動可再生能源的發展和應用做出更大的貢獻。同時，我們也將不斷提高技術水平和管理水平，確保項目的順利實施和運行，為社會和環境的可持續發展做出積極貢獻。

參考文獻

[1]張欣，分布式光伏發電項目綜合效益評價研究[D].工程碩士論文，2014.

[2]劉鑒民，太陽能利用原理，技術工程[M].北京：化學工業出版社，2009.

[3]李明東，李婧雯主編，“雙碳”目標下中國分布式光伏發電的發展和展望[J].2023.第五期.

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

作者介紹：

安躍強，男，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為為智能電網供配電。