摘 要：隨著“雙碳"目標的提出,開發(fā)利用可再生能源已成為必然趨勢,。新能源發(fā)電作為能源利用的一種重要形式,已經(jīng)受到越來越多的關(guān)注。相對于大容量,、高電壓,、遠距離輸送的集中發(fā)電方式,分布式光伏具有容量小、電壓低,、就地消納等優(yōu)勢而被廣泛應用,近年來呈現(xiàn)跨越式發(fā)展趨勢,研究分布式光伏接入對配電網(wǎng)的影響,對于提升電網(wǎng)及人身安全具有重要意義,。本文以分布式光伏為研究對象,結(jié)合工程實例,研究了分布式光伏接入配電網(wǎng)的電氣二次配置以及通信管理。

概述

上海寶鋼阿賽洛激光拼焊有限公司屋頂光伏發(fā)電項目（二期）（以下簡稱“本項目"）是響應“優(yōu)化能源結(jié)構(gòu),，提供更加清潔,、可靠的能源"的號召，投資建設(shè)的分布式光伏發(fā)電應用示范項目,。

本項目位于上海寶鋼阿賽洛激光拼焊有限公司廠區(qū)內(nèi),，利用現(xiàn)有廠房屋頂建設(shè)分布式光伏發(fā)電項目，總建設(shè)規(guī)模約為712.8kWp,。本項目投資方為上海寶鋼節(jié)能環(huán)保技術(shù)有限公司,，光伏發(fā)電組件位于上海市嘉定區(qū)安亭鎮(zhèn)百安公路1369號,，通過用戶配電站接入公共電網(wǎng),，屬于上海市電力公司嘉定供電公司管理范圍。

本文介紹光伏電站接入系統(tǒng)方案的論證,，系統(tǒng)繼電保護及安全自動裝置,、系統(tǒng)通信,、系統(tǒng)調(diào)度自動化方案研究等。

圖 項目現(xiàn)場驗收圖

現(xiàn)有電網(wǎng)情況

現(xiàn)有用戶配電站為10kV用戶變,，站內(nèi)3臺10kV變壓器,，變壓器容量為1250+1250+1600kVA。用戶變壓器通過10kV“31本4阿賽洛"線接入10kV本特開關(guān)站二段母線，再接入110kV百安10kV四段母線?，F(xiàn)已投運光伏1200kWp,。

現(xiàn)有供電示意圖如下：

圖 用戶配電站現(xiàn)供電示意圖

新增分布式光伏設(shè)計

本項目光伏組件、支架及相關(guān)設(shè)備等安裝在一二期屋面的低跨區(qū)域,，鄰接已安裝一期光伏設(shè)備的高跨屋面,。一二期產(chǎn)線屋面（低跨）為彩鋼瓦結(jié)構(gòu)，屋面板為角馳Ⅲ型結(jié)構(gòu),。整個屋面跨度為55米,，長189米，總面積約10000平方米,。除去采光帶及排氣通風等設(shè)施，屋面可利用率約75%,，而光伏設(shè)備的占用面積約5000平方米,。

寶鋼阿賽洛一二期廠房屋面原設(shè)計恒荷載標準值為0.3kN/m2，在本光伏項目中,，安裝光伏組件和光伏支架增加恒荷載0.13 kN/m2,，經(jīng)計算，屋面檁條及剛架梁柱的部分區(qū)域不滿足強度及穩(wěn)定性要求,，需要對屋面檁條以及剛架梁柱的局部區(qū)域進行加固處理,。對于屋面檁條，可通過在下方增加隅撐的方式進行加固,；對于梁和柱,，在不滿足的區(qū)域進行兩側(cè)貼鋼板加固。

圖 光伏組件示意圖

在廠房東側(cè)鄰接的電氣室的外側(cè)綠化帶內(nèi),，將安裝本項目的升壓變壓器及并網(wǎng)設(shè)備,，采用箱式變電站的形式。箱式變電站占用面積約40平方米,。逆變器輸出的交流電升壓至10kV后接入高壓開關(guān)柜,，再通過1回出線接入位于1期電氣室的廠區(qū)進線10KV母排，在母排處拼裝高壓并網(wǎng)進線柜,，實現(xiàn)并網(wǎng)。設(shè)備位置見以下示意圖,，布置以詳細設(shè)計完成后出具的施工圖紙為準,。

另外在此區(qū)域內(nèi)已安裝有一期光伏電站的組件沖洗水箱，因此將共用沖洗水站,，二期將在屋面上擴展安裝沖洗管網(wǎng),。

圖 平面關(guān)系示意圖

技術(shù)方案

本項目規(guī)模約為712.8kWp，利用廠房屋頂建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)，關(guān)鍵設(shè)備光伏組件,、逆變器,、變壓器等采用國內(nèi)產(chǎn)品。分布式光伏系統(tǒng)所發(fā)電量采用就地消納,，自發(fā)自用,，余電上網(wǎng)。本項目光伏發(fā)電系統(tǒng)所輸出的直流電經(jīng)組串式逆變器轉(zhuǎn)換成交流電后,，就地升壓至10KV,，經(jīng)開關(guān)柜通過1回出線接入至廠區(qū)10KV進線母線的用戶側(cè)，實現(xiàn)并網(wǎng),，供廠區(qū)負荷使用,。結(jié)合用戶的總廠用變壓器容量（4100KVA）及一期已經(jīng)并網(wǎng)運行的光伏系統(tǒng)總量（1200kW）分析，光伏并網(wǎng)容量不超過廠變?nèi)萘?/span>的80%,，再根據(jù)屋面的勘查情況考慮,，確定本光伏項目的建造容量為712.8kWp為宜。

升壓變壓器及高低壓配電設(shè)備

本項目配備1臺三相交流800KVA的干式變壓器,。額定電壓10.5±2×2.5%/0.38kV,，接線組別為 Dy11。交流頻率為50Hz,可以戶外使用,，能效等級滿足規(guī)范要求,。

變壓器一次側(cè)接入自交流匯流柜或低壓接入柜輸出的線路，交流匯流柜負荷開關(guān)兼具通斷保護功能,，變壓器二次側(cè)輸出接至10KV進回線,，配備開關(guān)柜、PT柜及計量柜,，采用預制艙設(shè)計安裝,。開關(guān)柜輸出后經(jīng)1回10KV高壓交流電纜直接接至光伏并網(wǎng)進線柜，進線柜與廠區(qū)10KV進線母線拼接,，利用母排連接,，具體接入方式以實際設(shè)計為準。

繼電保護及安全自動裝置

本光伏電站內(nèi)主要電氣設(shè)備采用微機保護,，以滿足信息上送,。元件保護按照《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》（GB14285－2006）配置。

1）并網(wǎng)線路繼電保護及安全自動裝置

分布式光伏項目線路發(fā)生短路故障時,，線路保護應快速動作,，瞬時跳開相應并網(wǎng)點斷路器，滿足全線故障快速可靠切除故障的要求,。安裝光伏發(fā)電項目的用戶變電站10kV母線應配置故障解列裝置,，實現(xiàn)頻率電壓異常緊急控制功能,，跳開相應斷路器（開關(guān)）。

2）防孤島檢測

分布式光伏項目逆變器需要具備快速檢測孤島且監(jiān)測到孤島后立即斷開與電網(wǎng)連接的能力,，其防孤島方案應與繼電保護配置,、安全自動裝置和低電壓檢測裝置等相配合，時間上相匹配,。該逆變器防孤島檢測策略應符合電網(wǎng)的相應規(guī)定

逆變器具備極性反接保護,、短路保護、低電壓穿越,、孤島效應保護,、過熱保護、過載保護,、接地保護等,。高壓開關(guān)柜上裝設(shè)測控保護裝置，設(shè)置過電流保護,、零序過電流保護,。測控保護裝置以通訊方式將所有信息上傳至光伏本地監(jiān)控系統(tǒng)。

本項目光伏電站在故障或異常運行狀態(tài)時能夠迅速斷開與系統(tǒng)的并網(wǎng)連接,停止向電網(wǎng)送電,，不會對現(xiàn)有系統(tǒng)的正常運行產(chǎn)生影響。

圖 新建光伏一次圖

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本項目光伏電站配置一套綜合自動化系統(tǒng),，采用安科瑞電氣股份有限公司所提供的Acrel-Cloud1200分布式光伏電力監(jiān)控系統(tǒng)具有保護,、控制、通信,、測量等功能,，可實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)、開關(guān)站的全功能綜合自動化管理,。本項目逆變器,、高低壓設(shè)備等狀態(tài)信號都要接入本監(jiān)控系統(tǒng)。

本項目光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)包括兩部分：站控層和就地層,，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為開放式分層,、分布式結(jié)構(gòu)。

監(jiān)控系統(tǒng)通過以太網(wǎng)與就地層相連,就地層按照不同的功能,、系統(tǒng)劃分,，以相對獨立的方式分散在逆變器區(qū)域或箱變中，在站控層及網(wǎng)絡(luò)失效的情況下,，就地層仍能獨立完成就地各電氣設(shè)備的監(jiān)測,。計算機監(jiān)控系統(tǒng)通過遠動工作站GPRS公網(wǎng)與上海市電力公司實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。

站控層由計算機網(wǎng)絡(luò)連接的服務器,、操作員站,、遠動站等組成,，提供站內(nèi)運行的人機界面，實現(xiàn)管理控制就地層設(shè)備等功能,，形成全站監(jiān)控,、管理，并具備與遠方控制通信的接口,。

就地層設(shè)備由智能測控單元,、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通訊單元、逆變器數(shù)據(jù)采集單元,、多功能電能表等構(gòu)成,，主要電氣設(shè)備包括微機保護、防孤島保護,、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置,、故障解列裝置、多功能儀表,、逆變器,、箱變測控等設(shè)備。它直接采集處理現(xiàn)場的原始數(shù)據(jù),，通過網(wǎng)絡(luò)傳送給站控層監(jiān)控主站,，同時接收站控層發(fā)來的控制操作命令，經(jīng)過有效性判斷,、閉鎖檢測,、同步檢測等，對設(shè)備進行操作控制,。

每個光伏發(fā)電單元配帶無線發(fā)射功能的數(shù)據(jù)采集裝置,，采集每組光伏組件數(shù)據(jù)，逆變器參數(shù),，測控裝置,、智能計量表計的數(shù)據(jù)，打包后通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)視,。

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

項目配置設(shè)備清單如下表所示：

表 方案設(shè)備列表

系統(tǒng)功能

光伏發(fā)電效率監(jiān)測

通過現(xiàn)場測控單元,、數(shù)據(jù)采集器采集有關(guān)信息，進行包括對數(shù)據(jù)合理性校驗在內(nèi)的各種預處理,，實時更新數(shù)據(jù)庫,，其范圍包括模擬量，數(shù)字量和脈沖量等,。

（1）模擬量

模擬量包括電流,、電壓,、有功、無功,、頻率,、功率因數(shù)等電量數(shù)據(jù)和日照強度、風速,、風向,、溫度、濕度,、氣壓等非電量數(shù)據(jù),。

（2）數(shù)字量

數(shù)字量采集含逆變器運行狀態(tài)、故障信號,，開關(guān),、隔離開關(guān)以及接地刀閘的位置信號，保護動作信號,、運行監(jiān)視信號等,。

圖9 實時監(jiān)測主界面圖

分布式光伏電站運維管理

Acrel-Cloud1200分布式光伏電力監(jiān)控系統(tǒng)報警處理分事故報警和預告報警。前者包括非操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動作信號,，后者包括一般設(shè)備變位,、狀態(tài)異常信息、模擬量越限/復限,、計算機站控系統(tǒng)的各個部件,、就地單元的狀態(tài)異常等等。

（1）事故報警

事故報警發(fā)生時,，公用事故報警器將立即發(fā)出音響報警,，監(jiān)控畫面上用顏色改變和閃爍表示該設(shè)備變位，同時顯示紅色報警條文,，打印機打印報警條文,，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)裝置向遠方控制發(fā)送報警信息。事故報警通過手動或自動方式確認,。

（2）預告報警

預告報警發(fā)生時,，其處理方式除與事故報警處理相同外，音響和提供信息顏色可區(qū)別于事故報警,。能有選擇地向遠方發(fā)送信息,。

圖 報警界面圖

人機界面

能通過顯示器對主要電氣設(shè)備運行參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)進行監(jiān)視，畫面支持雙屏顯示,，畫面操作支持無級縮放,，可以平滑漫游，具有導游圖功能,。具有網(wǎng)絡(luò)拓撲分析功能,，能對設(shè)備進行動態(tài)著色,，確定帶電設(shè)備的顏色。主要顯示畫面包括：

（1）運行監(jiān)視圖,，包括顯示設(shè)備運行狀態(tài),、各主要電氣量(電流、電壓,、頻率,、有功、無功),、環(huán)境數(shù)據(jù)(氣溫,、濕度、氣壓,、風速,、風向、日照強度等)等的實時值,；

（2）網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視圖,，用圖形方式及顏色變化顯示出計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備配置、連接狀態(tài),；

（3）發(fā)電量實時監(jiān)視圖,，通過柱狀圖及數(shù)據(jù)表直觀的查看和對比每臺逆變器實時發(fā)電量信息，同時可以通過鏈接查看和對比發(fā)電量曲線,；

（4）發(fā)電單元監(jiān)控圖,，顯示每個發(fā)電單元詳細信息，允許手動控制,、和調(diào)節(jié)每個發(fā)電單元運行工況,；

（5）各種保護信息及報表

（6）二次保護配置圖，反映各套保護投切情況,、整定值等

（7）控制操作過程記錄及報表

（8）事故追憶記錄報告或曲線,、事故順序記錄報表

（9）趨勢曲線圖、棒狀圖

（10）各種統(tǒng)計及功能報表等,。

圖 人機界面一次圖

結(jié)語

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)依靠清潔、可再生的特點廣泛應用,，但發(fā)電量呈顯著的非穩(wěn)定特性,，這對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和經(jīng)濟效益構(gòu)成了調(diào)成，因此分布式光伏項目并網(wǎng)時需要接受調(diào)度主站系統(tǒng)的調(diào)控,，助力用戶,、電網(wǎng)分布式光伏高比例有序并網(wǎng)，強化分布式光伏的統(tǒng)一管控,，推動分布式光伏和大電網(wǎng)的協(xié)調(diào)運行,，搭建數(shù)據(jù)透明,、調(diào)控便捷、能源互動的新型分布式新能源調(diào)度管理體系,。

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