光伏監控系統在江蘇盛佳德新材料有限公司分布式光伏10KV并網(wǎng)系統的應用

摘要：隨著(zhù)我國社會(huì )的不斷進(jìn)步,經(jīng)濟得到迅速的發(fā)展,城市化進(jìn)程也逐漸加快。城市電力配電網(wǎng)絡(luò )的供電壓力逐漸增加,傳統的發(fā)電技術(shù)已經(jīng)不再適用于目前城市電力配電的發(fā)展現狀。傳統發(fā)電技術(shù)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(huán)境的保護以及經(jīng)濟的持續發(fā)展。分布式光伏發(fā)電作為一種可再生能源技術(shù)，得到了越來(lái)越廣泛的應用。本項目旨在利用分布式光伏發(fā)電技術(shù)，實(shí)現自發(fā)自用、余電上網(wǎng)，提高能源利用效率，降低能源成本，同時(shí)減少對傳統能源的依賴(lài)，促進(jìn)可持續發(fā)展。

關(guān)鍵詞：分布式光伏；自發(fā)自用，余電上網(wǎng)；可持續發(fā)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(kāi)發(fā)利用可再生能源，為解決當前化石能源短缺與環(huán)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(kāi)發(fā)，可再生能源技術(shù)的發(fā)展和推廣以及可再生能源資源對環(huán)境保護的正向影響，卻遠遠沒(méi)有達到理想的水平。大力開(kāi)發(fā)太陽(yáng)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]。

光伏發(fā)電主要包括集中式光伏發(fā)電和分布式光伏發(fā)電兩類(lèi)。集中式光伏發(fā)電一般為大型地面光伏電站;分布式光伏發(fā)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(fā)電[3]。集中式光伏電站的投資大、建設周期長(cháng)、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(fā)電的運行方式，在廠(chǎng)區的屋頂進(jìn)行安裝光伏發(fā)電設備進(jìn)行發(fā)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(fā)自用，余電上網(wǎng)。項目計劃2024年6月底建成投產(chǎn)。選用Acrel光伏二次設計方案，國產(chǎn)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(diǎn)。配置適配的逆變器，將光伏組件產(chǎn)生的直流電轉換為交流電，以滿(mǎn)足并網(wǎng)要求。本項目的實(shí)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(lài)，降低碳排放。

圖1 項目現場(chǎng)圖

2. 系統結構

現場(chǎng)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(jìn)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(zhì)量裝置，對時(shí)裝置以及采集上傳設備，二次保護裝置主要對一次設備進(jìn)行保護、廠(chǎng)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(jìn)行采集。

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

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

監控平臺：配備了一套變電站綜合自動(dòng)化系統軟件（Acrel-1000DP光伏監控系統）在國產(chǎn)麒麟操作系統的環(huán)境下實(shí)現了對現場(chǎng)保護設備和儀表設備的數據監視與管理，可以實(shí)時(shí)監測分布式光伏發(fā)電系統的電壓、電流、功率等參數，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )將數據傳輸到監控中心。遠程控制：可以通過(guò)監控中心對分布式光伏發(fā)電系統進(jìn)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(jìn)行分析，如發(fā)電量、能耗等，為用戶(hù)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(shí)，會(huì )及時(shí)發(fā)出報警信號，提醒用戶(hù)進(jìn)行處理。

圖2 監控系統網(wǎng)絡(luò )結構圖

3. 解決方案

3.1.1. 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(fā)自用余電上網(wǎng)的消納方式。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)設置光伏進(jìn)線(xiàn)柜柜，站用變柜，SVG柜，PT柜，計量柜，出線(xiàn)總柜，并網(wǎng)柜。新增的光伏系統配置自動(dòng)化系統，實(shí)時(shí)采集并網(wǎng)信息，信息上傳至當地調控中心DMS系統。光伏發(fā)電逆變器電源電壓為1000V，經(jīng)箱變升壓變升壓至10kV后,通過(guò)高壓電纜接入新增的10kV光伏進(jìn)線(xiàn)柜,通過(guò)并網(wǎng)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(chǎn)麒麟系統。監控平臺具有對全站數據的實(shí)時(shí)觀(guān)測、事故告警提示等功能。

圖3 光伏電站一次系統圖

3.2. 功能需求

3.2.1 繼電保護及安全自動(dòng)裝置需求

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

1.線(xiàn)路保護裝置：光伏電站線(xiàn)路發(fā)生短路故障時(shí)，線(xiàn)路保護能快速動(dòng)作，瞬時(shí)跳開(kāi)相應并網(wǎng)點(diǎn)斷路器，滿(mǎn)足全線(xiàn)故障時(shí)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(shí)現欠電壓，過(guò)電壓，零序電壓，不平衡電壓保護，異常緊急控制功能，跳開(kāi)電容器斷路器。

3.防孤島保護裝置：防孤島檢測需滿(mǎn)足GB/T19964-2012《光伏發(fā)電站接入電力系統技術(shù)規定》、Q/GDW617-2011《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)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(kāi)與電網(wǎng)連接的能力，防孤島保護動(dòng)作時(shí)間不大于2S,其防孤島保護應與配電網(wǎng)側線(xiàn)路重合閘和安全自動(dòng)裝置動(dòng)作時(shí)間相配合。針對電網(wǎng)失壓后分布式電源可能繼續運行、且向電網(wǎng)線(xiàn)路送電的情況提出。孤島運行一方面危及電網(wǎng)線(xiàn)路維護人員和用戶(hù)的生命安全，干擾電網(wǎng)的正常合閘；另一方面孤島運行電網(wǎng)中的電壓和頻率不受控制，將對配電設備和用戶(hù)設備造成損壞。防孤島裝置應具備線(xiàn)路故障時(shí)，確保電源能及時(shí)斷開(kāi)與電網(wǎng)連接，確保重合閘能正確動(dòng)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(zhì)量在線(xiàn)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(guān)口電能表、電能量終端服務(wù)器、交換機等設備使用。系統繼電保護應使用專(zhuān)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(tài)報警和保護的功能。

6.光伏電站應支持調度機構開(kāi)展"四遙"(遙測、遙信、遙控、遙調)應用功能。

7.恢復并網(wǎng)：當光伏發(fā)電系統因電網(wǎng)擾動(dòng)脫網(wǎng)后，在電網(wǎng)電壓和頻率恢復到正常運行范圍之前，光伏發(fā)電系統不允許并網(wǎng)；在電網(wǎng)電壓和頻率恢復正常后，通過(guò)10kV電壓等級并網(wǎng)的分布式電源恢復并網(wǎng)應經(jīng)過(guò)電網(wǎng)調度機構的允許。

3.2.2 調度自動(dòng)化需求

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

10kv光伏電站本體需配置配電自動(dòng)化終端監控系統，具備與電網(wǎng)調度機構進(jìn)行雙向通信的能力，能夠實(shí)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(fā)電功率的指令，具備群調群控及遠動(dòng)功能，有關(guān)光伏電站本體信息的采集、處理采用監控系統來(lái)完成，具備符合相關(guān)標準通信協(xié)議的遠傳功能。光伏電站配電自動(dòng)化終端監控系統實(shí)時(shí)采集并網(wǎng)運行信息，主要包括主斷路器狀態(tài)、并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)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)電系統有功功率和無(wú)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)化系統主站，再由市供電公司調度中心將數據下發(fā)至縣調，當調度端對分布式電源有功功率和無(wú)功電壓有控制要求時(shí)，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(zhì)量在線(xiàn)監測需求

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統通過(guò)光伏組件將太陽(yáng)能轉化為直流電位的正弦波電流，并入電網(wǎng)，在將直流電能經(jīng)逆變轉換為交流電能的過(guò)程中，可能會(huì )產(chǎn)生大量諧波及直流分量。

根據《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)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(wǎng)公司）規定，為保證對電能質(zhì)量的有效監控，光伏電站側、宿遷市城區開(kāi)發(fā)投資有限公司10kV配電房側配置1套滿(mǎn)足GB/T19862《電能質(zhì)量監測設備通用要求》的A類(lèi)電能質(zhì)量監測裝置，用于分布式光伏項目的電能質(zhì)量指標的監測。

電能質(zhì)量在線(xiàn)監測數據需上傳至相關(guān)主管機構。

3.3. 配置設備清單

表1我司提供方案設備列表

3.4. 現場(chǎng)應用圖

圖4 光伏電站屏柜布置圖

圖5 直流屏柜布置圖

圖6 光伏電站監控主機臺布置圖

4. 系統功能

4.1.1. 電能質(zhì)量監視

在電能質(zhì)量監控圖中，可以直接查看電能質(zhì)量裝置的運行狀態(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(wú)功功率等電能質(zhì)量信息?？梢愿鶕@些信息監測現場(chǎng)電能的質(zhì)量，及時(shí)的做出應對方案。

圖7 電能質(zhì)量監視界面圖

4.2. 網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

系統支持實(shí)時(shí)監視接入系統的各設備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統網(wǎng)絡(luò )結構；可在線(xiàn)診斷設備通信狀態(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備或元件及其故障部位。

圖8 站內設備系統網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

4.3. 主接線(xiàn)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(chē)的狀態(tài)，在遠方狀態(tài)時(shí)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(shí)的發(fā)現異常，及時(shí)做出相應的處理。

圖8 主接線(xiàn)界面圖

5.結語(yǔ)

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

參考文獻

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

[2]劉鑒民，太陽(yáng)能利用原理，技術(shù)工程[M].北京：化學(xué)工業(yè)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(fā)電的發(fā)展和展望[J].2023.第五期.

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