安科瑞 劉邁

摘 要：分布式光伏發(fā)電能夠?qū)θ找鎳乐氐沫h(huán)境壓力起到有效緩解作用,在當前對環(huán)境保護需求越來越大情況下,發(fā)電行業(yè)在發(fā)展中不但要提升發(fā)電效率,同時也需要降低成本。分布式光伏發(fā)電主要是利用風能和太陽能等可再生清潔能源進行發(fā)電,對于空氣質(zhì)量具有改善效果,和傳統(tǒng)發(fā)電方式相比有污染小,、噪聲小等優(yōu)勢,。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的建構(gòu),主要是利用太陽能資源,能夠有效實現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化,減少煤炭消耗量,對于經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有有效促進作用。同時,分布式發(fā)電系統(tǒng)的建設,對電網(wǎng)系統(tǒng)運行中也能夠起到削峰填谷作用,進一步豐富供電方式,積極開展分布式光伏發(fā)電站及接入發(fā)電研究具有重要意義,。同時,，傳統(tǒng)配電網(wǎng)的通信架構(gòu)難以滿足海量光伏終端的實時監(jiān)測與控制需求，影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行,。如何配置并構(gòu)建通信管理系統(tǒng),。

關(guān)鍵詞：分布式光伏發(fā)電；通信管理

1.概述

湖北荊門一馬光彩大市場屋頂光伏發(fā)電項目（以下簡稱“本項目”）是響應國家“優(yōu)化能源結(jié)構(gòu),，提供更加清潔、可靠的能源”的號召,，投資建設的分布式光伏發(fā)電應用示范項目,。

本項目位于湖北荊門一馬光彩大市場旁，利用現(xiàn)有廠房屋頂建設分布式光伏發(fā)電項目,，總建設規(guī)模約為3280kW,。光伏發(fā)電組件位于荊門市東寶區(qū)東寶路1號，通過用戶配電站接入公共電網(wǎng),，屬于荊門市供電公司管理范圍,。

本研究圍繞光伏電站并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)展開，探討了以下核心內(nèi)容：
（1）并網(wǎng)系統(tǒng)接入方案的可行性分析與優(yōu)化設計,；
（2）符合電網(wǎng)調(diào)度要求的自動化系統(tǒng)解決方案,； 
（3）滿足電站運行需求的通信系統(tǒng)架構(gòu)設計。

項目現(xiàn)場

2.現(xiàn)有電網(wǎng)情況

220kV變電站10kV 630二回線線路型號為JKLYJ-240,，允許通過電流為 553A,，該線路近三年至小負荷平均值為 0.11MW，考慮線路負載率不超過80%,，則該線路理論可接入分布式電源容量為9.24MW,。目前該變電站已接入和在途分布式電源總?cè)萘?/span>為0.009MW，則剩余可接入分布式電源容量 9.23MW，目滿足本期接入需求

現(xiàn)有供電示意圖如下：

用戶配電站現(xiàn)供電示意

3.分布式光伏預制艙設計

預支艙尺寸為（長*寬*高）15000mm*4400mm*3500mm,，門檔高2600mm,，安全門檔高2200mm，底框采用20#H鋼,、14#,、10#槽鋼、5#角鋼焊接,，外板為2.0mm瓦楞波紋板+中間50mm防火巖棉+內(nèi)板1.0mm鍍鋅板制作,，一次室底板為3.0mm鋼板，二次室底板為靜電地板抬高200,。

艙體基礎應用良好的排水措施,，所有進出電纜需要做好防水。進出線電纜溝的位置現(xiàn)場根據(jù)實際確定,。電纜出線管的大小,、多少、位置由用戶根據(jù)情況而定,，預埋件需要用水平儀找平,，否則影響現(xiàn)場拼柜。外部樓梯正對應箱體朱門,，內(nèi)部爬梯正對箱體人井孔位置,。

4.技術(shù)方案

本項目直流側(cè)裝機容量4017kWp，交流側(cè)裝機容量3280kW,，共1個并網(wǎng)點,，由2個光伏發(fā)電單元構(gòu)成。該項目運營模式為全額上網(wǎng),。利用廠房屋頂建設光伏發(fā)電系統(tǒng),，關(guān)鍵設備光伏組件、逆變器,、變壓器等采用國內(nèi)產(chǎn)品,。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)。變電站近三年至小負荷平均-0.15MW,，考慮主變 N-1 情況下,，另一主變負載不超過 80%，則該變電站可接入的分布式光伏容量為 179.81MW,，目前該變電站已接入及在途分布式光伏容量共 115.48MW,，因此剩余可接入容量 64.33MW,。滿足本期接入需求，同時本項目采用安科瑞電氣Acrel-1000分布式光伏電力監(jiān)控系統(tǒng)作為電站綜合自動化平臺,，該系統(tǒng)集保護,、控制、通信,、測量等功能于一體,，實現(xiàn)對光伏發(fā)電系統(tǒng)及開關(guān)站的智能化綜合管控。系統(tǒng)接入逆變器,、高低壓設備等關(guān)鍵設備的狀態(tài)信號,，構(gòu)建完整的電站監(jiān)控網(wǎng)絡。系統(tǒng)采用分層分布式架構(gòu),，通過工業(yè)以太網(wǎng)與就地層設備互聯(lián),。就地層按功能分區(qū)獨立部署于逆變器區(qū)域及箱變內(nèi)，各子系統(tǒng)具備自治能力,，在站控層通信中斷時仍可持續(xù)完成所轄電氣設備的就地監(jiān)控功能,，確保系統(tǒng)可靠性。

4.1. 升壓變壓器及高低壓配電設備

本項目配備2臺三相交流2000KVA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,。 

4.2.繼電保護及安全自動裝置

本光伏電站內(nèi)主要電氣設備采用微機保護，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）線路保護

本項目為10kV并網(wǎng)，建議光伏開關(guān)站總出線開關(guān)建議光伏開關(guān)站總出線開關(guān)配置線路方向過流等保護,，包括三段可經(jīng)復壓和方向閉鎖的過流保護，三段零序過流保護,、過負荷并具備低周減載功能,，以便線路發(fā)生故障時快速切除，避免事故范圍擴大,。

2）頻率電壓異常緊急控制裝置

本項目光伏并網(wǎng)點斷路器要求具備失壓跳閘功能,，不設重合閘，可通過逆變器內(nèi)低壓保護與頻率保護實現(xiàn)解列,，不配置獨立的安全自動裝置,。

3）防孤島檢測及安全自動裝置

采用具備防孤島能力的逆變器，逆變器需要具備快速監(jiān)測孤島且監(jiān)測到孤島后立即斷開與電網(wǎng)連接能力,，其防孤島保護方案應與繼電保護配置,、頻率電壓異常緊急控制裝置配置和低電壓穿越相配合,。

4）電能質(zhì)量監(jiān)測

在公共連接點裝設滿足 GB/T 19862《電能質(zhì)量監(jiān)測設備通用要求》標準要求的 A 類電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置一套。監(jiān)測電能質(zhì)量參數(shù),，包括電壓,、頻率、諧波,、功率因數(shù)等,，電能質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)應至少保存一年。

4.3.  系統(tǒng)調(diào)度自動化

本項目為10kV電壓等級并網(wǎng),，需通過獨立信息傳輸設備將光伏電站有功,、無功、功率因數(shù),、逆變器數(shù)據(jù),、電量及開關(guān)、刀閘狀態(tài)量,、功率調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)和功率預測數(shù)據(jù)等信息上傳至調(diào)度端,，場站應配置AGC裝置，具備接收并自動執(zhí)行有功功率控制指令的能力,；需要具備一次調(diào)頻能力,；10kV發(fā)電系統(tǒng)應上報中期、短和超短期功率預測數(shù)據(jù),。通過通信管理機或協(xié)議轉(zhuǎn)換器對光伏發(fā)電系統(tǒng)設備層的各種設備（逆變器,、防孤島保護、故障解列裝置,、電能質(zhì)量監(jiān)測裝置,、直流屏等設備）信息進行采集和處理，將處理好的數(shù)據(jù)上傳至SCADA系統(tǒng)和遠動裝置,。遠動裝置數(shù)據(jù)經(jīng)縱向加密后通過4G/5G無線通信網(wǎng)將上傳至荊門供電公司地調(diào),。

 調(diào)度自動化圖

4.4.計量

本項目采用的運營模式為全額上網(wǎng)，并網(wǎng)點共1個,，關(guān)口點共1個,，均設置在光伏出線處。本項目計量配置原則如下,。

(1)在關(guān)口計量點配置1塊三相三線電能表,，具有雙向計量功能，用于計量用戶與電網(wǎng)間的上,、下網(wǎng)電量,。在關(guān)口計量點配置GPRS用電現(xiàn)場管理系統(tǒng)，用于采集數(shù)據(jù)及用戶用電結(jié)算,。 

(2)在并網(wǎng)點設置C級電能表和GPRS用電現(xiàn)場管理系統(tǒng),，用于發(fā)電量信息采集及營銷系統(tǒng)遠傳,。具體設備配置規(guī)模以現(xiàn)場實際為準。

 新建光伏一次圖

5.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-1000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)絡失效的情況下,，就地層仍能獨立完成就地各電氣設備的監(jiān)測,。

站控層由計算機網(wǎng)絡連接的服務器、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)管理控制就地層設備等功能,，形成全站監(jiān)控,、管理中心，并具備與遠方控制中心通信的接口,。

就地層設備由智能測控單元,、網(wǎng)絡系統(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、箱變測控等設備,。它直接采集處理現(xiàn)場的原始數(shù)據(jù),，通過網(wǎng)絡傳送給站控層監(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，最后對設備進行操作控制,。

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)絡傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)視,。

監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

項目配置設備清單如下表所示：

表 方案設備列表

6.系統(tǒng)功能

6.1.通信功能

（1）采集配置

本項目的監(jiān)控系統(tǒng)采用Modbus TCP協(xié)議作為數(shù)據(jù)通信的底層機制,，實現(xiàn)了對現(xiàn)場設備的遙測,、遙信、遙控及遙設功能,。具體而言,，系統(tǒng)通過Modbus TCP網(wǎng)絡，實時采集并監(jiān)控關(guān)鍵設備的模擬量（遙測）與狀態(tài)量（遙信）,，并根據(jù)預設邏輯或操作指令,，執(zhí)行遠程控制操作（遙控）以及參數(shù)整定（遙設），從而構(gòu)建了一個具備遠程監(jiān)測,、控制與參數(shù)配置能力的分布式自動化系統(tǒng),。

（2）報文解析

監(jiān)控系統(tǒng)可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設備通信情況進行報文監(jiān)視和數(shù)據(jù)實時監(jiān)測?？砂搭愋秃Y選報文顯示內(nèi)容,，對錯誤報文進行明顯提升，報文支持導出。

6.2. 人機界面

能通過顯示器對主要電氣設備運行參數(shù)和設備狀態(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)絡拓撲分析功能,，能對設備進行動態(tài)著色,，確定帶電設備的顏色。主要顯示畫面包括：

（1）運行監(jiān)視圖,，包括顯示設備運行狀態(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,。

人機界面一次圖

7.結(jié)語

綜上所述,，在開展智能變電站二次系統(tǒng)優(yōu)化設計時，需要兼顧當前技術(shù)發(fā)展趨勢與未來演進方向。具體而言,，應圍繞智能化技術(shù)應用,、大數(shù)據(jù)處理能力提升、系統(tǒng)架構(gòu)靈活性增強以及安全防護體系建設等關(guān)鍵維度展開深入研究,。特別是在新能源高比例并網(wǎng)和電力市場改革深化的新形勢下,，二次系統(tǒng)作為電力自動化領(lǐng)域的核心支撐，其戰(zhàn)略地位日益凸顯,。因此,，在制定優(yōu)化方案時，既要立足現(xiàn)有技術(shù)條件,，又要著眼長遠發(fā)展需求,，確保設計方案具備適度的技術(shù)前瞻性和可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Α?/span> 

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