安科瑞Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)在5MW分布式光伏中的應用

安科瑞徐赟杰18706165067

摘 要：分布式光伏發(fā)電就是將太陽能光伏板分散布置在各個區(qū)域，通過小規(guī)模、模塊化的方式實現(xiàn)電能的并網(wǎng)或獨立使用，這種發(fā)電方式具有就近發(fā)電、就近并網(wǎng)、就近轉換、就近使用的特點。近年來，技術進步和政策支持推動了光伏組件的成本持續(xù)下降，使得分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)在住宅、商業(yè)及工業(yè)等多個領域得到了廣泛應用。在當前全球能源轉型的背景下，提升能源利用效率和優(yōu)化管理流程是很多新能源科技公司面臨的迫切需求，而分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)的引入，正是滿足這一需求的重要手段，本文介紹了安科瑞分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)在鄂托克旗巴音烏蘇六保煤礦5MW分布式光伏項目中的應用，通過本文可以了解到針對分布式光伏發(fā)電站的整體方案。

關鍵詞：煤礦；分布式光伏；系統(tǒng)方案

項目概述

鄂托克旗巴音烏蘇六保煤礦5MW分布式光伏項目（以下簡稱“本項目”）場址位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市六保煤礦排土場，是接入客戶內(nèi)部電網(wǎng)，選擇自發(fā)自用、余電上網(wǎng)的分布式新能源發(fā)電項目。

本項目利用煤礦廠區(qū)內(nèi)閑置排土場安裝光伏組件，排土場總面積約4.6萬平方米，工程實際安裝容量4.9995MWp。光伏組件經(jīng)逆變器將直流電轉換成交流電后，分別接至1#、2#箱變低壓開關柜，經(jīng)箱變升壓后以2路集電線路匯入新增電纜分支箱，由電纜分支箱以1回集電線路送出至新增10KV升壓站，根據(jù)接入系統(tǒng)方案，開關站新出1回10kV電纜線路，接至10kV原配電室備用開關進行并網(wǎng)。

本項目致力于打造一套智能的分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)。通訊管理機實現(xiàn)設備間通信與數(shù)據(jù)遠程監(jiān)控，Acrel-1000DP軟件采集分析光伏數(shù)據(jù)，通過界面直觀展示設備運行狀態(tài)，繼電保護裝置確保設備安全，電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置監(jiān)測電網(wǎng)情況，遠動上傳設備完成數(shù)據(jù)無線安全上送。

分布式光伏設計

本項目光伏接入鄂托克旗東辰匯通礦業(yè)有限責任公司10kV配電室，進線電源為110kV盤山變913備用線。分布式光伏電站組件采用平鋪設計，使用單晶硅組件550Wp組件9090片，320kW組串式并網(wǎng)型逆變器13臺，2500kVA變壓器2臺，總容量為5000kVA。

1#箱變光伏發(fā)電子單元系統(tǒng)中，裝機容量為22688.4KWp，由4888塊光伏組件組成188個組串，每25/27/28路組串接至1臺光伏逆變器，共7臺逆變器；2#箱變光伏發(fā)電子單元系統(tǒng)中，裝機容量為2311.1KWp，由4202塊光伏組件組成159個組串，每26/27/28路組串接至1臺光伏逆變器，共6臺逆變器。

圖2.1 光伏接入系統(tǒng)示意圖

圖2.2 1#箱變光伏發(fā)電子系統(tǒng)圖

圖2.3 2#箱變光伏發(fā)電子系統(tǒng)圖

圖2.4 光伏組件布置圖

技術方案

本項目建設分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，所發(fā)電量為自發(fā)自用、余電上網(wǎng)的模式，光伏發(fā)電經(jīng)逆變器、箱變升壓至10kV，并網(wǎng)接入10kV電網(wǎng)原有線路。10kV配電部分新建10KV光伏進線柜1回，10kV光伏并網(wǎng)柜1回、10kV計量柜1回，10kVPT柜部分二次線。

本項目以Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)為核心，結合一系列設備和技術，搭配組屏、就地安裝的繼電保護裝置、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、通訊管理機以及遠動上傳調(diào)度的相關設備和煙霧傳感器，形成了一個集成化的綜合監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅能夠直觀地掌握光伏電站的運行狀態(tài)和發(fā)電效率，還能對發(fā)電線路進行實時監(jiān)測和故障保護，確保設備的安全運行，降低因故障帶來的經(jīng)濟損失；電能在線監(jiān)測裝置可以及時發(fā)現(xiàn)并記錄電壓波動、諧波等問題；此外項目還配備了煙霧傳感器，實時監(jiān)測配電房內(nèi)潛在的火災威脅，并在煙霧濃度觸發(fā)報警時上傳信息到后臺系統(tǒng)。

二次電氣設備

1）線路保護裝置

線路保護裝置主要功能是確保電氣設備的安全運行。裝置實時監(jiān)測電流、電壓等電氣參數(shù)，一旦檢測到異常，如過載、短路或接地故障，線路保護裝置會迅速切斷電源，從而防止設備損壞和火災風險。

2）防孤島裝置

防孤島裝置其主要功能是防止在電網(wǎng)故障或異常情況下，光伏發(fā)電站與主電網(wǎng)隔離而形成孤島現(xiàn)象，孤島現(xiàn)象會導致局部電力供應不穩(wěn)定，甚至引發(fā)安全隱患。防孤島裝置通過實時監(jiān)測電網(wǎng)的運行狀態(tài)，檢測電流、電壓、頻率等參數(shù)，當發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，能夠迅速切斷孤島區(qū)域與主電網(wǎng)的連接，確保電力系統(tǒng)的整體安全與穩(wěn)定。此外，防孤島裝置還具備自恢復功能，在故障排除后，可以自動恢復與主電網(wǎng)的連接，確保電力供應的連續(xù)性，此裝置為光伏并網(wǎng)提供了安全的環(huán)境。

3）電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置

電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置是一種用于實時監(jiān)測和分析電力系統(tǒng)中電能質(zhì)量的高科技設備。其主要功能包括對電壓、電流、頻率、諧波、閃變、波動等關鍵電能質(zhì)量參數(shù)進行準確測量和記錄。裝置能夠及時識別出電能質(zhì)量問題，如電壓波動、諧波污染及瞬態(tài)電壓等，從而為電力用戶提供有效的改進建議。

運動通訊設備

1）對時裝置

全球定位系統(tǒng)（GPS）和中國的北斗導航系統(tǒng)通過提供高精度的時間信號，幫助系統(tǒng)實現(xiàn)設備間的協(xié)調(diào)與同步，降低了因時間誤差引發(fā)的故障風險，方便分析問題時可以準確定位。

2）縱向加密裝置

縱向加密裝置提升了數(shù)據(jù)上傳的安全性。通過采用加密技術，縱向加密裝置能夠有效保護電力數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全，防止數(shù)據(jù)被惡意篡改或竊取。

3）遠動通訊管理機

遠動通訊管理機是一種用于監(jiān)控和控制遠程設備的專業(yè)設備，其主要功能包括數(shù)據(jù)采集、實時監(jiān)測、故障報警和遠程控制等。通過與各類傳感器和執(zhí)行器的連接，遠動通訊管理機能夠實時獲取設備的運行狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)，為用戶提供數(shù)據(jù)信息支持。該設備也具備強大的通訊功能，能夠通過多種通訊協(xié)議與系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)對設備的遠程管理和故障診斷。

系統(tǒng)結構

該系統(tǒng)結構采用分層分布式，整個系統(tǒng)分成站控層、通信管理層和間隔層，在站控層、通信管理層及網(wǎng)絡失效的情況下，間隔層仍能獨立完成間隔層的監(jiān)測和斷路器控制功能。

站控層設備負責整個系統(tǒng)的集中監(jiān)控，一般由主機、打印機以及其它網(wǎng)絡設備組成。

通訊管理層負責與間隔層設備通訊并進行數(shù)據(jù)采集，對數(shù)據(jù)進行接收、發(fā)送。通訊管理機是全系統(tǒng)信息的中心，通訊管理機采用與繼電保護裝置同一品牌的設備。

間隔層配置具備測控、保護及通訊功能的繼電保護裝置，可以直接安裝在開關柜或者組屏安裝，各繼電保護裝置和通訊管理層以開放型總線式標準通訊網(wǎng)絡進行信息交換和完成各項指令。

圖4.1系統(tǒng)網(wǎng)絡示意圖

項目配置設備清單如下表所示：

表4.1 方案設備列表

安裝位置	產(chǎn)品圖片	型號	數(shù)量	功能
光伏二次艙 雙聯(lián)操作臺 （1套）		Acrel-1000DP 分布式光伏監(jiān)控主機	1	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)、開關站的全功能綜合自動化管理
光伏二次艙 遠動通信屏 (1面)		ATS1200GB裝置	1	獲取GPS與BD雙時鐘數(shù)據(jù)，為站內(nèi)設備、系統(tǒng)提供對時功能。
		ANet-2E8S1	1	光伏電站內(nèi)數(shù)據(jù)采集及上傳本地平臺
		ANet-2E8S1	1	光伏電站內(nèi)數(shù)據(jù)匯總及上傳至無線路由器
		縱向加密認證裝置	1	用于電力控制系統(tǒng)安全區(qū)I/II的廣域網(wǎng)邊界保護，為網(wǎng)關機之間的廣域網(wǎng)通信提供具有認證、與加密功能的VPN，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C密性、完整性保護
		無線路由器	1	通過232接口接入數(shù)據(jù)轉為無線數(shù)據(jù)上傳調(diào)度主站
		國網(wǎng)認證二層交換機	1	站內(nèi)通信組網(wǎng)
光伏二次艙 公用測控屏 （1面）		APView500 電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置	1	采集監(jiān)測諧波分析、電壓暫升/暫降/中斷、閃變監(jiān)測、電壓不平衡度、事件記錄、測量控制
		AM5SE-IS防孤島保護	1	當發(fā)生孤島現(xiàn)象時，可以快速切除并網(wǎng)點， 使本地與電網(wǎng)側快速脫離，保證電站和相關因為人員安全
		AM5SE-K公用測控裝置	2	采集站內(nèi)二次設備的異常信號
就地分散安裝		AM5SE-F線路保護裝置	3	三段式過流保護、反時限過流保護、失壓跳閘、過電壓保護；當回路故障時，用于跳開本柜斷路器，切斷故障
		AM5SE-UB PT監(jiān)測并列裝置	1	具備PT自動并列解列，兩段母線過電壓、欠電壓、零序過壓告警，PT斷線告警等功能
		ANet-1E2S1	2	1#、2#計量點分別安裝，采集數(shù)據(jù)
配電房 環(huán)境監(jiān)測設備		三遙單元	1	接入開關量信號
		煙霧傳感器	1	檢測到煙霧濃度后發(fā)出報警信號至系統(tǒng)
		24V工業(yè)開關電源	1	為傳感器提供24V電源
		ANet-2E8S1	1	配電房數(shù)據(jù)采集

現(xiàn)場圖片

系統(tǒng)功能

光伏監(jiān)測

系統(tǒng)通過實時采集光伏發(fā)電系統(tǒng)的關鍵運行數(shù)據(jù)，包括光伏組件的輸出電壓、電流、功率、發(fā)電量以及環(huán)境參數(shù)如溫度、濕度、光照強度等，實現(xiàn)對光伏電站的監(jiān)控。能夠通過分析處理，提供實時的性能評估和故障診斷，確保光伏系統(tǒng)的運行狀態(tài)，同時支持遠程調(diào)度與維護，大大提升了光伏電站的管理效率和安全性能。

圖5.1 光伏監(jiān)控界面

電能質(zhì)量在線監(jiān)測

系統(tǒng)可以對整個供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量包括穩(wěn)態(tài)狀態(tài)和暫態(tài)狀態(tài)進行持續(xù)監(jiān)測，使管理人員實時掌握供電系統(tǒng)電能質(zhì)量情況，以便及時發(fā)現(xiàn)和消除供電不穩(wěn)定因素。在供電系統(tǒng)主界面上應能實時顯示各電能質(zhì)量監(jiān)測點的監(jiān)測裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)測點的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度百分比和正序/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度百分比和正序/負序/零序電流值。

圖5.2 電能質(zhì)量穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測界面

逆變器監(jiān)測

逆變器數(shù)據(jù)監(jiān)測功能是光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)中的一個關鍵組成部分，它負責收集、分析和處理逆變器的運行數(shù)據(jù)，包括電壓、電流、功率和溫度等參數(shù)，以確保光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和性能。通過數(shù)據(jù)監(jiān)測，用戶可以及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)異常，進行故障診斷與維護，提高系統(tǒng)的整體效率與可靠性。

圖5.3 逆變器監(jiān)測界面

結語

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展，越來越多的智能監(jiān)控解決方案被應用于分布式光伏發(fā)電領域，推動其向更智能的方向發(fā)展。Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)通過實時采集、分析和處理光伏發(fā)電站的數(shù)據(jù)，對整個發(fā)電過程進行監(jiān)控和管理，確保發(fā)電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行，同時，該系統(tǒng)還具備強大的數(shù)據(jù)分析能力，可以為運營維護提供科學依據(jù)，優(yōu)化光伏發(fā)電的整體性能，這不僅提升了光伏發(fā)電的經(jīng)濟效益，也為可再生能源的廣泛應用奠定了堅實的基礎。

參考文獻

[1] 謝誼.我國光伏產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與可持續(xù)發(fā)展策略研究[J].工程技術:全文版, 2016(5):00220-00220.

[2] 黃曉明.分布式光伏并網(wǎng)中電能質(zhì)量的監(jiān)測及改善研究[D].華北電力大學,
2014.DOI:10.7666/d.Y2658373.

[3] 韓智海.分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)電能質(zhì)量分析[D].山東大學,2014.

審核編輯 黃宇