安科瑞分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)

在上海寶鋼阿賽洛激光拼焊有限公司

屋頂光伏發(fā)電（二期）項(xiàng)目中應(yīng)用

安科瑞 劉邁

摘 要：隨著“雙碳”目標(biāo)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(yuǎn)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(yīng)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(shí)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,。

關(guān)鍵詞：新能源發(fā)電；分布式光伏,；電氣二次配置,；通信管理

1.                      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(xiàng)目（二期）（以下簡稱“本項(xiàng)目”）是響應(yīng)國家“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(yīng)用示范項(xiàng)目。

本項(xiàng)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(xiàng)目,，總建設(shè)規(guī)模約為712.8kWp。本項(xiàng)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(hù)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(xiàng)目現(xiàn)場驗(yàn)收圖

2.                      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(yùn)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

3.                      新增分布式光伏設(shè)計(jì)

本項(xiàng)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(gè)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(fēng)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(jì)恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.3kN/m2,，在本光伏項(xiàng)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(jì)算,，屋面檁條及剛架梁柱的部分區(qū)域不滿足強(qiáng)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(jìn)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(jìn)行加固,；對于梁和柱，在不滿足的區(qū)域進(jìn)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(xiàng)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(jìn)線10KV母排,，在母排處拼裝高壓并網(wǎng)進(jìn)線柜,，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。設(shè)備位置見以下示意圖,，布置以詳細(xì)設(shè)計(jì)完成后出具的施工圖紙為準(zhǔn),。

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(kuò)展安裝沖洗管網(wǎng)。

圖 平面關(guān)系示意圖

4.                      技術(shù)方案

本項(xiàng)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(xiàng)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(jìn)線母線的用戶側(cè),，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng),，供廠區(qū)負(fù)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(yùn)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(xiàng)目的建造容量為712.8kWp為宜,。

4.1.                      升壓變壓器及高低壓配電設(shè)備

本項(xiàng)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,，能效等級滿足國家規(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(fù)荷開關(guān)兼具通斷保護(hù)功能,，變壓器二次側(cè)輸出接至10KV進(jìn)回線，配備開關(guān)柜,、PT柜及計(jì)量柜,，采用預(yù)制艙設(shè)計(jì)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(jìn)線柜,，進(jìn)線柜與廠區(qū)10KV進(jìn)線母線拼接,，利用母排連接，具體接入方式以實(shí)際設(shè)計(jì)為準(zhǔn),。

4.2.                      繼電保護(hù)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(jī)保護(hù),，以滿足信息上送。元件保護(hù)按照《繼電保護(hù)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(hù)及安全自動裝置

分布式光伏項(xiàng)目線路發(fā)生短路故障時(shí),，線路保護(hù)應(yīng)快速動作，瞬時(shí)跳開相應(yīng)并網(wǎng)點(diǎn)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(xiàng)目的用戶變電站10kV母線應(yīng)配置故障解列裝置，實(shí)現(xiàn)頻率電壓異常緊急控制功能,，跳開相應(yīng)斷路器（專用開關(guān)）,。

2）防孤島檢測

分布式光伏項(xiàng)目逆變器需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(yīng)與繼電保護(hù)配置,、安全自動裝置和低電壓檢測裝置等相配合,，時(shí)間上相匹配。該逆變器防孤島檢測策略應(yīng)符合國家電網(wǎng)的相應(yīng)規(guī)定

逆變器具備反接保護(hù),、短路保護(hù),、低電壓穿越,、孤島效應(yīng)保護(hù)、過熱保護(hù),、過載保護(hù),、接地保護(hù)等。高壓開關(guān)柜上裝設(shè)測控保護(hù)裝置,，設(shè)置過電流保護(hù),、零序過電流保護(hù)。測控保護(hù)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(xiàng)目光伏電站在故障或異常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)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(yùn)行產(chǎn)生影響。

圖 新建光伏一次圖

5.                      系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本項(xiàng)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(hù),、控制、通信,、測量等功能,，可實(shí)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(xiàng)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(xiàng)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(dú)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(dú)立完成就地各電氣設(shè)備的監(jiān)測,。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過遠(yuǎn)動工作站GPRS公網(wǎng)與上海市電力公司實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。

站控層由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接的服務(wù)器,、操作員站,、遠(yuǎn)動站等組成，提供站內(nèi)運(yùn)行的人機(jī)界面,，實(shí)現(xiàn)管理控制就地層設(shè)備等功能,，形成全站監(jiān)控、管理中心,，并具備與遠(yuǎn)方控制中心通信的接口,。

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(jī)保護(hù),、防孤島保護(hù),、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(shí)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(jìn)行操作控制,。

每個(gè)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(jì)量表計(jì)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(shí)現(xiàn)監(jiān)視,。

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

項(xiàng)目配置設(shè)備清單如下表所示：

表 方案設(shè)備列表

6.                      系統(tǒng)功能

6.1.                      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(jìn)行包括對數(shù)據(jù)合理性校驗(yàn)在內(nèi)的各種預(yù)處理,，實(shí)時(shí)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(qiáng)度,、風(fēng)速,、風(fēng)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(yùn)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(hù)動作信號,、運(yùn)行監(jiān)視信號等。

圖9 實(shí)時(shí)監(jiān)測主界面圖

6.2.                      分布式光伏電站運(yùn)維管理

Acrel-Cloud1200分布式光伏電力監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警處理分事故報(bào)警和預(yù)告報(bào)警,。前者包括非操作引起的斷路器跳閘和保護(hù)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(fù)限,、計(jì)算機(jī)站控系統(tǒng)的各個(gè)部件、就地單元的狀態(tài)異常等等,。

（1）事故報(bào)警

事故報(bào)警發(fā)生時(shí),，公用事故報(bào)警器將立即發(fā)出音響報(bào)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(shí)顯示紅色報(bào)警條文,，打印機(jī)打印報(bào)警條文，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)裝置向遠(yuǎn)方控制中心發(fā)送報(bào)警信息,。事故報(bào)警通過手動或自動方式確認(rèn),。

（2）預(yù)告報(bào)警

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

圖 報(bào)警界面圖

6.3.                      人機(jī)界面

能通過顯示器對主要電氣設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)進(jìn)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(dǎo)游圖功能,。具有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龉δ埽軐υO(shè)備進(jìn)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(yùn)行監(jiān)視圖，包括顯示設(shè)備運(yùn)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(fēng)速、風(fēng)向,、日照強(qiáng)度等)等的實(shí)時(shí)值,；

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

（3）發(fā)電量實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)發(fā)電量信息,，同時(shí)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(gè)發(fā)電單元詳細(xì)信息,，允許手動控制,、和調(diào)節(jié)每個(gè)發(fā)電單元運(yùn)行工況；

（5）各種保護(hù)信息及報(bào)表

（6）二次保護(hù)配置圖,，反映各套保護(hù)投切情況,、整定值等

（7）控制操作過程記錄及報(bào)表

（8）事故追憶記錄報(bào)告或曲線、事故順序記錄報(bào)表

（9）趨勢曲線圖,、棒狀圖

（10）各種統(tǒng)計(jì)及功能報(bào)表等,。

圖 人機(jī)界面一次圖

7.                      結(jié)語

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)依靠清潔、可再生的特點(diǎn)廣泛應(yīng)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(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益構(gòu)成了調(diào)成，因此分布式光伏項(xiàng)目并網(wǎng)時(shí)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(qiáng)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(yùn)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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