分布式光伏監控系統在湖北生物制藥有限公司21.35MW光伏10KV并網系統應用

關鍵詞：雙碳目標；新型能源；分布式光伏;

1.項目概述

近十幾年來,隨著工業化的不斷發展,我國能源資源不斷減少,各種環境問題隨之不斷增加。因而在火力發電產業尋找新能源來緩解煤炭資源所帶來的緊張壓力勢在必行。而隨著人們對太陽能資源的不斷探索與研究發現,可以利用太陽能光伏發電技術來達到清潔的發電目的[1]。人類對太陽能的有效利用已使得現代生活變得舒適環保,尤其在應對當今全球能源短缺問題方面,太陽能在其能源轉化領域發揮著突出貢獻,促進了人類社會的綠色可持續發展[2]。

分布式光伏一般分為三種類型：屋頂光伏、基于公共設施的光伏、以及基于農村能源供給的光伏。其中屋頂光伏被廣泛應用與家庭、商業和工業建筑物。它可以將光伏板安裝在建筑物的屋頂上，使得該建筑物既可以用于發電，又可以提供防水和保護建筑結構的作用。屋頂光伏發電系統通常與電網相連，發電并向電網饋送電力，居民和企業可以根據自己的用電需求進行選擇。該項目采用屋頂發電的方式進行發電，使用“自發自用，余電上網”（將光伏所發電量先用于廠站內使用，電量有多余的可以并入電網）的模式進行電力傳輸。

本項目具有東區、西區兩個集中并網點，多個分散并網點，總容量為21.35WM。選用安科瑞光伏二次設計方案，使用光纖差動、故障解列、防孤島等保護裝置具有穩定可靠的特點，使用光伏監控軟件可監控廠站實時數據。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。

圖1 項目現場圖

2. 解決方案

項目為屋頂分布式光伏項目，該項目的容量為21.35MW，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，在東區和西區設置一次預制艙，預制艙內安裝有光伏出線柜，計量柜，光伏集電柜，PT柜，站用變柜，光伏并網柜。逆變器發的電通過10個低壓并網柜并入0.4kv母線通過變壓器升壓后并入10kv電網，東區、西區集中并網點經過箱變升壓后并入10kv電網。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800V，經箱變升壓變升壓至10kV后,通過高壓電纜接入新增的10kV光伏集電柜,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。監控平臺具有對全站數據的實時監測、事故告警提示等功能

圖3 光伏電站一次系統圖

項目光伏發電并入復特變10kv#3和復特變10kv#4兩段10kv母線并入電網。東區并網點卓冉111并入1#10kv母線6#并網點；卓冉06并入0.4kv經過變壓器升壓后并入1#10kv母線，1#10kv母線通過23號并網點并入復特變10kv#3母線；7#并網點卓冉07經升壓后并入3#10kv母線I段通過20號并網點并入復特變10kv#3母線；3#并網點卓冉03和1#并網點卓冉01經升壓后通過并入4#10kv母線I段，4#10kv母線I段通過19號并網點并入復特變10kv#3母線；4#并網點卓冉04經升壓后并入4#10kv母線III段通過18號并網點并入復特變10kv#3母線；5#并網點卓冉05經升壓后并入2#10kv母線通過25號并網點并入復特變10kv#4母線；9#并網點卓冉09和10#并網點卓冉10經升壓后并入東區配電室10kv母線通過30號并網點并入復特變10kv#4母線；8#并網點卓冉08經升壓后并入3#10kv母線II段通過29號并網點并入復特變10kv#4母線；西區并網點卓冉506并入5#10kv母線，5#母線并入4#10kv母線II段，2#并網點卓冉02經升壓后并入4#10kvII段母線；4#10kvII段母線通過25t鍋爐配電室10kv母線并入復特變10kv#4母線。

圖4 光伏電站并網圖

3.系統結構

3.1. 方案綜述

項目主要有東區、西區兩個集中并網點以及分散安裝的十個低壓并網點。東區和西區預制艙內都配備有就地高壓柜、二次保護裝置柜，預制艙附近安裝有箱式變壓器可將逆變器傳輸的低電壓升壓為10kv進行傳輸。項目西區、西區各安裝一套監控系統，可以監視廠區的光伏系統的運行狀態。

每個低壓并網柜配備有一臺光纖收發裝置通過光纖連接到西區通訊屏，西區與西區通過光纖進行數據傳輸，每個低壓并網柜裝有一臺防孤島保護裝置，可以防止產生非計劃性孤島。

東區、西區集中并網點各配置有一套光纖差動保護裝置，用于與主站之間，具有縱聯電流差動保護、負壓閉鎖過流保護、過流保護等功能；配置電能質量在線監測裝置，監測頻率偏差、電壓偏差、電壓波動和閃變，監測電能質量的好壞；配置防孤島保護裝置，可以防止產生非計劃性孤島。

東區、西區配置有通訊裝置用于采集東區、西區預制艙內高壓柜、二次保護裝置柜、箱變的數據。

監控平臺：東區和西區各配備了一套套變電站綜合自動化系統軟件（Acrel-1000DP光伏監控系統）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。

圖2 監控系統網絡結構圖

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《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規范》GB/T50062-2008，《繼電保護和安全自動裝置技術規程》GB/T 14285-2006。

1.光纖縱差保護測控裝置：具有縱聯電流差動保護、復壓閉鎖過流保護、過流加速保護、PT斷線相過流保護、零序過流保護等保護功能

2.PT監測并列裝置：具有PT并列、低電壓告警、PT斷線告警、過電壓告警、零序過壓告警等功能。

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.頻率電壓緊急控制裝置：具有低周低壓減載控制、聯絡線低頻低壓解列控制等功能。

5.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。

6.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。

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. 電能質量在線監測需求

根據“國家電網公司Q/GDW617-2011《光伏電站接入電網技術規定》”要求，光伏電站需配置電能質量在線監測裝置，要求電能質量在線監測裝置應能監測電壓偏差、頻率偏差、三相電壓幅值相位不平衡度、三相電流幅值相應不平衡度、負序電流、諧波、電壓波動等電能指標，并能將電能質量數據遠傳至調度部門，暫考慮將光伏電站10kV送出線路作為電能質量監測點。

要求該裝置應為滿足IEC61000-4-30-2003標準要求的A類電能質量在線監測裝置。

電能質量裝置具有電壓測量范圍為0～1.2Un，測量精度≤±0.2%，裝置電流測量范圍為0～1.2In，測量精度在I≥0.05IN時，≤±0.2%；在0.01IN＜I＜0.05IN時，精度≤±1%，裝置具有電壓暫升、電壓暫降、短時中斷監測功能：測量精度≤0.1%等參數，具有暫態數據監測、瞬態數據監測、故障錄波等功能。滿足電能質量的設計要求。

光伏電站應滿足有關電能質量要求的規定，當接入配電網的分布式電源導致公共連接點電能質量不滿足相關要求時，運營管理方應在規定時間內采取改善電能質量措施，未采取治理措施或采取改善措施后電能質量仍無法滿足要求時，電網運營管理部門采取斷開該分布式電源管控措施，直至電能質量滿足要求時方可重新并網。

3.2.3.計量需求

10kV出線關口表（主副表）應選用通過荊州市電力公司計量認證的裝置。電能表應符合IEC687標準、IEC1036標準、中國國家標準和行業標準；關口表為有功0.5S級，無功2.0級；考核表為有功0.5s級，無功2.0級；電能表具有窗口顯示功能，顯示不少于8位。顯示的信號包括測量值；各種費率、需量及方向、脈沖輸出、需量周期結束等識別符號；自檢報警信號顯示；需要時，能自動循環顯示預置數值。

3.3. 配置設備清單

根據3.2所述的光伏監控系統需求，安科瑞電氣配置1套完整的分布式光伏監控系統，詳細設備清單如表1。

表1我司提供方案設備列表

AM6-LD光纖縱差保護測控裝置具有縱聯電流差動保護、復壓閉鎖過流保護、過流加速保護、PT斷線相過流保護等功能，具有手合同期、有效值/功率/電度計算/、遙信、遙控等測控功能。裝置的主要特點有快速、靈敏的縱聯差動保護盤踞，動作事件小于35ms、同步識別和波形識別等綜合判據實現CT飽和判斷，確保在系統發送故障、CT飽和或故障轉換、發展時，保護裝置始終正確并快速反應、記錄信息量大、記錄信息完整、安全、可靠，記錄的錄波為10個，故障報告128條，可記錄的事件多達4096、具有與COMTRADE兼容的故障錄波功能。統通訊支持DL/T667-1999（IEC60870-5-103）和IEC61850等國際標準通訊規約，通訊介質可選用雙絞線或光纖；可選擇B碼對時、SNTP或通訊對時。

AMSSE-IS防孤島裝置主要用于35KV、10KV以及低壓380V光伏發電、燃氣發電等新能源并網供電系統。具有三段式過流保護、反時限保護、兩段式零序IO過流/IO反時限過流保護等保護功能。防孤島裝置具有以下作用1：保護人員安全：在電網或光伏側失電時，防孤島裝置能迅速動作，切斷并網點，避免維修人員在不知情的情況下接觸帶電部分，從而保障其生命安全。2：防止電網沖擊和設備損壞：通過快速切斷連接，防孤島裝置防止了孤島效應可能導致的電壓和頻率異常，從而避免了這些異常對電網和光伏設備造成的沖擊和損壞。3：提高系統可靠性：通過實時監測和快速響應，防孤島裝置有助于維持光伏并網系統的穩定性，從而提高其與大電網的功率平衡，增強系統的整體可靠性。

APView500PV電能質量在線監測裝置采用了高性能多核平臺和嵌入式操作系統，遵照IEC61000-4-30《測試和測量技術-電能質量測量方法》中規定的各電能質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、閃變監測、電壓不平衡度監測、事件記錄、測量控制等功能為一體。裝置在電能質量指標參數測量方法的標準化和指標參數的測量精度以及時鐘同步、事件告警功能等各個方面均達到了國家標準要求，能夠滿足通過0.4-35kV電壓等級并網的分布式光伏發電系統要求，廣泛適用于工業廠房、商業屋頂、物流基地、機場交通、高速服務區等行業的分布式光伏并網點電能質量監測。電能質量在線監測裝置的作用主要包括實時監測電能質量參數、?分析電能質量問題、?提高電能利用效率、?保障電氣設備安全運行、?降低電能損耗、?預防電力事故、?提高用戶滿意度等。實時監測電能質量參數：?通過監測電網中的電壓、?電流等參數，?及時發現電能質量問題，?如電壓波動、?電流諧波、?電能失真等。分析電能質量問題：?通過對監測數據的分析，?可以深入了解電能質量問題的性質、?原因和影響，?為后續的處理提供依據。提高電能利用效率：?通過監測和分析電能質量問題，?可以采取相應的措施來改善電能質量，?從而提高電能利用效率，?減少能源浪費。提高用戶滿意度：?通過監測和分析電力系統的運行狀況，?幫助電力系統管理人員了解電力系統的運行狀況，?及時調整電力系統的負載和運行模式，?提高電力系統的效率，?減少能源浪費，?降低能源成本，?從而提高用戶滿意度。

3.5.現場應用圖

圖5 光伏電站西區屏柜布置圖

圖6 光伏電站東區屏柜布置圖

圖7 光伏電站監控主機屏與監控臺布置圖

4.系統功能

4.1.主接線圖

在此界面為項目一次設計圖，可以查看直接保護裝置的電量參數，監視斷路器和手車的狀態。裝置在遠方狀態時可以遙控斷路器的分合，實時監測廠站數據，能夠及時的發現異常告警，便于及時做出相應的處理。

圖8 主接線界面圖

4.2.電能報表

在監控軟件中可以點擊查看光伏發電項目的電能報表，報表可以使用打印機打印出，可清晰的查看歷史發電量。

圖9 電能報表界面圖

4.3.直流屏監視界面

此界面可實時監視直流屏的電參量、通訊狀態以及開關量狀態。用于監視直流屏的狀態，及時發現異常狀態，發出報警信息。

圖10 直流屏監視界面圖

4.4.                      電能質量在線監視界面

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

圖11 電能質量在線監視界面圖

4.5.                      并網柜監視界面

以三號并網柜為例。在并網柜監控圖中，可以直接查看并網柜的運行狀態、電流、電壓、發電功率、有功電能等電參量實時數據，可以清晰的查看到電流的流向。

圖12 并網柜監視界面圖

5.結語

由于太陽能是一種可再生的資源，光伏發電是一種可持續的能源形式，可以在限制資源和環保的前提下，滿足人們對于能源的需求。提高光伏發電項目的效益能夠在一定程度上提升資源的利用率，以緩解我國人口眾多卻能源不足的窘境，從而促進我國經濟建設的進一步發展。光伏發電項目能夠增加企業的盈利，不斷積累財富，促進我國社會各行各業的健康可持續發展[3]。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貢獻。

參考文獻

[1]鄭有民，光伏發電技術應用與推廣[J].科技創新與應用，2016.第23期.

[2]藺阿琳，城市太陽能可利用空間評估與規劃研究——以哈爾濱為例，工程博士論文[D].博士電子期刊，2021.第01期.

[3]馮倫，丁官元，光伏發電項目的效益分析.[J].光源與照明，2023.第178期.

作者介紹：

潘麗，女，現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化解決方案、分布式光伏監控解決方案。