淺析Acrel-1000DP光伏監(jiān)控系統(tǒng)的設計與應用-安科瑞 蔣靜

摘 要：分布式光伏發(fā)電特指在用戶場地附近建設，運行方式多為自發(fā)自用，余電上網(wǎng)，部分項目采用全額上網(wǎng)模式。分布式光伏全額上網(wǎng)的優(yōu)點是可以充分利用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量，提高分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的利用率。發(fā)展分布式光伏發(fā)電對優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)“雙碳目標”、推動節(jié)能減排、實現(xiàn)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞：分布式光伏；全額上網(wǎng)；“雙碳目標”

1. 概述

作為全球能源消費大國，我國積極推進“雙碳”目標發(fā)展，新能源裝機容量大規(guī)模、爆發(fā)式增長。[1]傳統(tǒng)電力系統(tǒng)正向高比例新能源電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。分布式光伏的大規(guī)模接入，會使配電網(wǎng)面臨電能質(zhì)量下降，供電可靠性安全性不足，調(diào)節(jié)能力下降的挑戰(zhàn)。[2]

光伏發(fā)電具有顯著的能源、環(huán)保和經(jīng)濟效益，是綠色能源之一，在我國平均日照條件下安裝1千瓦光伏發(fā)電系統(tǒng)，1年可發(fā)出1200度電，可減少煤炭(標準煤)使用量約400千克，減少二氧化碳排放約1噸。根據(jù)世界自然基金會研究結(jié)果：從減少二氧化碳效果而言，安裝1平米光伏發(fā)電系統(tǒng)相當于植樹造林100平米，目前發(fā)展光伏發(fā)電等可再生能源是根本上解決霧霾、酸雨等環(huán)境問題的有效手段之一。

本次建設規(guī)模為5980千瓦分布式光伏發(fā)電，以10KV并入原供電系統(tǒng)。本項目電量結(jié)算原則為：全額上網(wǎng)。[3]項目計劃2024年3月底建成投產(chǎn)。該企業(yè)光伏電站至公共連接點所有工程由投資建設；該企業(yè)光伏配電室1個并網(wǎng)點處裝設電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置；企業(yè)配電室內(nèi)的計量表、企業(yè)光伏開關(guān)室的1個并網(wǎng)點裝設供電公司提供的光伏發(fā)電計量表。

2. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)是指：通過執(zhí)行規(guī)定功能來實現(xiàn)某一給定目標的一些相互關(guān)聯(lián)單元的組合，利用計算機技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信息處理技術(shù)等實現(xiàn)對變電站二次設備的功能進行重新組合、優(yōu)化設計，對光伏電站全部設備的運行情況執(zhí)行監(jiān)視、測量。

系統(tǒng)可分為三層結(jié)構(gòu)：即現(xiàn)場設備層、網(wǎng)絡通訊層和平臺管理層。

現(xiàn)場設備層：包含AM5SE-K公用測控裝置、APView500電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、IPC200頻率電壓緊急控制裝置、AM5SSE-IS防孤島保護裝置、計量表等設備，用于采集站內(nèi)配電柜內(nèi)電氣運行參數(shù)、開關(guān)狀態(tài)等數(shù)據(jù)，在10kV變電所配置直流電源，保障現(xiàn)場設備良好的運行環(huán)境。

網(wǎng)絡通訊層：包含ANet-2E4SM智能網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)主動采集現(xiàn)場設備層設備的數(shù)據(jù)，并可進行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲，采集數(shù)據(jù)通過網(wǎng)口上傳至通信室分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)平臺；同時網(wǎng)關(guān)充當遠動通信裝置，將現(xiàn)場設備數(shù)據(jù)采集后通過交換機經(jīng)縱向加密數(shù)據(jù)加密后上傳調(diào)度網(wǎng)。

平臺管理層：分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)平臺、國網(wǎng)荊州供電公司調(diào)度控制中心平臺。

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖

3. 解決方案

本項目園區(qū)采用10kV供電，有一處電源接入點。

該項目為一般廠房用電，按四級負荷要求供電，10kV采用單母線接線方式。該項目采用“全額上網(wǎng)”模式，利用原有的電源點作為光伏高壓并網(wǎng)點并入電網(wǎng)端，并網(wǎng)點設置集電線路柜，站用變柜，SVG柜，PT柜，計量柜，并網(wǎng)出線柜。新增的光伏系統(tǒng)配置自動化系統(tǒng)，實時采集并網(wǎng)信息，信息上傳至當?shù)卣{(diào)控中心DMS系統(tǒng)。光伏發(fā)電逆變器電源電壓，經(jīng)室內(nèi)升壓變升壓至10kV后,通過高壓電纜接入新增的10kV光伏高壓柜,并入原10kV市電高壓柜。

圖2 光伏電站一次系統(tǒng)圖

3.1. 方案綜述

本次工程為5.98MWp的分布式光伏發(fā)電項目，項目采用“全額上網(wǎng)”模式。根據(jù)用戶配電系統(tǒng)管理需求，需要對10kV開關(guān)柜、光伏逆變器、交直流系統(tǒng)等進行全方面監(jiān)控與保護，及時發(fā)現(xiàn)故障故障，保證配電系統(tǒng)可靠運行。

在光伏配電室配置一套Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)，通過通信管理機及網(wǎng)絡交換機實時采集各個光伏配電間的繼電保護裝置、電能質(zhì)量、安全自動裝置、光伏逆變器等二次設備數(shù)據(jù)，實現(xiàn)整個廠區(qū)供配電系統(tǒng)的電力監(jiān)控與自動化管理。

在各個配電室配置一套直流電源系統(tǒng)(帶蓄電池)和UPS電源，為整個光伏電站的斷路器執(zhí)行機構(gòu)、二次設備及監(jiān)控主機等重要設備運行提供穩(wěn)定可靠的電源。

在每間光伏配電室光伏計量柜配置關(guān)口計量電能表、并網(wǎng)電能表，用于光伏發(fā)電計費補償。

本項目采用有線的方式，通過光伏縱向加密上傳到荊州供電公司通信機房，并接入配網(wǎng)主站。一面遠動通訊屏，遠動通訊屏配置數(shù)據(jù)1臺綜自網(wǎng)關(guān)、1臺交換機、1臺GPS時鐘、1臺正向隔離裝置，一臺模塊化智能網(wǎng)關(guān)和三個485拓展模塊。1臺頻率電壓緊急控制裝置。

3.2. 技術(shù)方案

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符合相關(guān)繼電保護技術(shù)規(guī)程、運行規(guī)程和反事故措施的規(guī)定，裝置定值應與電網(wǎng)繼電保護和安全自動裝置配合整定，防止發(fā)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(wǎng)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《分布式電源涉網(wǎng)保護技術(shù)規(guī)范》(Q/GDW11198)的要求。

1.線路保護測控裝置：光伏電站線路發(fā)生短路故障時，線路保護能快速動作，瞬時跳開相應并網(wǎng)點斷路器，滿足全線故障時快速可靠切除故障的要求。為保障供電可靠性，減少停電范圍，在高壓配電室光伏并網(wǎng)出線柜、高壓配電室1#光伏集電線路柜、高壓配電室2#光伏集電線路柜各配置1套帶方向過流保護。

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，實現(xiàn)欠電壓，過電壓，零序電壓，不平衡電壓保護，異常緊急控制功能，跳開電容器斷路器。

3.頻率電壓緊急控制裝置：實現(xiàn)變電站低周低壓減載控制,具有測量兩段母線或兩條聯(lián)絡線的電壓、頻率，作為判別依據(jù)。

4.公共測控裝置：適用于中壓配電系統(tǒng)的進線、大容量主變壓器出線回路，實現(xiàn)電參量遙測、開關(guān)狀態(tài)與告警信號遙信功能。

5.防孤島保護裝置:針對電網(wǎng)失壓后分布式電源可能繼續(xù)運行、且向電網(wǎng)線路送電的情況提出。孤島運行一方面危及電網(wǎng)線路維護人員和用戶的生命安全，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(wǎng)連接，確保重合閘能正確動作。

6.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。

7.光伏電站應支持調(diào)度機構(gòu)開展"四遙"(遙測、遙信、遙控、遙調(diào))應用功能。

8.恢復并網(wǎng)：當光伏發(fā)電系統(tǒng)因電網(wǎng)擾動脫網(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(tǒng)不允許并網(wǎng)；在電網(wǎng)電壓和頻率恢復正常后，通過10kV電壓等級并網(wǎng)的分布式電源恢復并網(wǎng)應經(jīng)過電網(wǎng)調(diào)度機構(gòu)的允許。

9.系統(tǒng)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5P、10P級，電壓互感器準確級宜采用0.5、3P級。

10.光伏電站內(nèi)需配置直流電源屏(帶蓄電池)和UPS電源，供新配置的保護裝置、測控裝置、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置等設備使用。

3.2.2. 調(diào)度自動化需求

光伏電站投運后，由市調(diào)調(diào)度，并由市級供電公司對運行進行管理。因此，需建立光伏電站至市調(diào)的調(diào)度通信以及遠動等信息和數(shù)據(jù)傳輸通道。

10kV光伏電站本體需配置配電自動化終端監(jiān)控系統(tǒng)，具備與電網(wǎng)調(diào)度機構(gòu)進行雙向通信的能力，能夠?qū)崿F(xiàn)遠程監(jiān)測和控制功能，應能接收、執(zhí)行調(diào)度端遠方控制解/并列、啟停和發(fā)電功率的指令，具備群調(diào)群控及遠動功能，有關(guān)光伏電站本體信息的采集、處理采用監(jiān)控系統(tǒng)來完成，具備符合相關(guān)標準通信協(xié)議的遠傳功能。光伏電站配電自動化終端監(jiān)控系統(tǒng)實時采集并網(wǎng)運行信息，主要包括主斷路器狀態(tài)、并網(wǎng)點開關(guān)狀態(tài)(具備遙控功能)、并網(wǎng)點電壓和電流、光伏發(fā)電系統(tǒng)有功功率和無功功率、光伏發(fā)電量、頻率等，上傳至市供電公司配網(wǎng)自動化系統(tǒng)主站,當調(diào)度端對分布式電源有功功率和無功電壓有控制要求時，就地監(jiān)控系統(tǒng)應能夠接收和執(zhí)行上級調(diào)度主站系統(tǒng)的控制命令。

站內(nèi)對時方式：分布式電源10kV接入時，應能夠?qū)崿F(xiàn)對時功能，可采用北斗對時方式、GPS對時方式或網(wǎng)絡對時方式。

3.2.3. 電能計量需求

根據(jù)Q/GDW10347-2016《電能計量裝置通用設計規(guī)范》的規(guī)定，本項目需設置關(guān)口計量電能表、并網(wǎng)電能表，用于光伏發(fā)電計費補償。

3.2.4. 電能質(zhì)量在線監(jiān)測需求

根據(jù)Q/GDW10651—2015《電能質(zhì)量評估技術(shù)導則》的相關(guān)要求；通過10(6)kV～35kV電壓等級并網(wǎng)的變流器類型電源應在公共連接點裝設滿足GB/T19862要求的電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置，以滿足接入福建電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測子站通信機的接入規(guī)范，對電壓、頻率、諧 波、功率因數(shù)等電能質(zhì)量參數(shù)進行監(jiān)測，電能質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)應至少保存一年。

光伏電站應滿足《國網(wǎng)湖北電力做好中低壓分布式電源接入系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)服務指導意見》有關(guān)電能質(zhì)量要求的規(guī)定，當接入配電網(wǎng)的分布式電源導致公共連接點 電能質(zhì)量不滿足相關(guān)要求時，運營管理方應在規(guī)定時間內(nèi)采取改善電能質(zhì)量措施，未采取治理措施或采取改善措施后電能質(zhì)量仍無法滿足要求時，電網(wǎng)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(zhì)量滿足要求時方可重新并網(wǎng)。

通過10KV電壓等級并網(wǎng)的分布式電源，應具備低電壓穿越能力和高電壓穿越能力，高低 電壓穿越的考核曲線應滿足現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范要求。

通過10(6)kV～35kV電壓等級并網(wǎng)的分布式電源，應在并網(wǎng)運行后6個月內(nèi)向市供電公司提供運行特性檢測報告，檢測結(jié)果應符合Q/GDW10651—2015《電能質(zhì)量評估技術(shù)導則》的相關(guān)要求。分布式電源接入電網(wǎng)的檢測點為電源并網(wǎng)點，應由具有相應資質(zhì)的單位或部門進行檢測，并在檢測前將檢測方案報市供電公司調(diào)控中心備案。

在新(擴)建諧波源用戶投運后，市供電公司營銷部組織對用戶諧波進行測試。如發(fā)現(xiàn)評估不超標而實測超標的用戶，市供電公司營銷部應對該用戶下發(fā)諧波整改通知，及時落實用戶諧波治理措施。3.3. 配置設備清單

表1我司提供方案設備列表

表1我司提供方案設備列表

3.4 現(xiàn)場圖

圖3 光伏電站屏柜布置圖

圖4 光伏電站監(jiān)控主機臺布置圖

圖5 安全自動裝置屏柜布置圖

4. 系統(tǒng)功能

4.1. 實時監(jiān)測

Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)人機界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。同時可以設計整體界面，供用戶選擇對應配電房對應光伏組件或高壓部分進行查看。

圖6 實時監(jiān)測主界面圖

4.2. 電能質(zhì)量監(jiān)視

在電能質(zhì)量監(jiān)控圖中，可以直接查看電流電壓總有效值、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(zhì)量信息?？梢愿鶕?jù)這些信息監(jiān)測現(xiàn)場電能的質(zhì)量，及時的做出應對方案。

圖7 電能質(zhì)量監(jiān)視界面圖

4.3. 網(wǎng)絡拓撲圖

系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)；可在線診斷設備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

圖8站內(nèi)設備系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖

4.4. 曲線查詢

在曲線查詢界面可以直接查看各電參量曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等曲線。

圖9曲線查詢界面圖

4.5. 直流屏光字牌

在曲線查詢界面可以直接查看各電參量曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等曲線。

圖10光字牌界面圖

5. 結(jié)語

在“雙碳”背景下，隨著分布式新能源的廣泛建設，高滲透率分布式光伏接入配電網(wǎng)后勢必產(chǎn)生的電壓問題，因此在促進分布式光伏并網(wǎng)過程中需要一套安全可靠的分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)解決方案，為用戶、電網(wǎng)助力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。

審核編輯 黃宇