安科瑞分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)在屋頂分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目中的應(yīng)用

安科瑞徐赟杰18706165067

摘 要：分布式光伏作為可再生能源的一種重要形式，能夠根據(jù)不同場(chǎng)地的實(shí)際情況進(jìn)行定制，盡可能地利用可用空間，減少對(duì)傳統(tǒng)化石燃料的依賴，也能降低溫室氣體排放、改善環(huán)境質(zhì)量。在政策支持和市場(chǎng)需求的雙重推動(dòng)下，隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新，光伏組件的效率不斷提高，同時(shí)安裝和維護(hù)成本持續(xù)降低，更多企業(yè)、工廠通過在其辦公樓、研發(fā)中心和生產(chǎn)基地等場(chǎng)所安裝光伏發(fā)電設(shè)施，有效降低能源成本的同時(shí)也提升了企業(yè)的綠色形象和社會(huì)責(zé)任感。本文就安科瑞Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)和光功率預(yù)測(cè)軟件在和光同程一期屋頂分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目中的應(yīng)用方案進(jìn)行了介紹，項(xiàng)目同時(shí)涉及到數(shù)據(jù)的調(diào)度上傳，因此配備了縱向加密和正反向隔離等裝置來確保數(shù)據(jù)的安全，防止?jié)撛诘?a target="_blank">網(wǎng)絡(luò)攻擊和數(shù)據(jù)泄露。

關(guān)鍵詞：分布式光伏；光功率預(yù)測(cè)；調(diào)度上傳

項(xiàng)目概述

和光同程光伏科技（宜賓）有限公司成立于2023年3月，落地于四川省宜賓市敘州區(qū)，總占地926畝，公司專注于晶硅太陽(yáng)能電池的制造、生產(chǎn)和銷售。

宜賓高新區(qū)和光同程一期屋頂分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱“本項(xiàng)目”）利用和光同程一期電池生產(chǎn)車間屋頂建設(shè)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，總裝機(jī)容量為19.9MWp（指直流側(cè)19.9MWp，交流側(cè)升壓變?nèi)萘亢嫌?jì)20MVA）。本項(xiàng)目布置4個(gè)分布式光伏電站，每個(gè)電站直流側(cè)裝機(jī)4.975MWp，交流側(cè)升壓變壓器容量為2×2.5MVA，在每個(gè)電站分別新建一回10kV線路接入和光同程廠區(qū)內(nèi)既有的四個(gè)配電室：S1-配電室1、S1-配電室2、S2-配電室1、S2-配電室2，經(jīng)同程220kV專用站接入公網(wǎng)。

由于各配電室之間距離較遠(yuǎn)，本項(xiàng)目通過光纖組網(wǎng)。在4個(gè)分布式光伏電站側(cè)分別部署安全自動(dòng)裝置屏；Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)部署在S2-配電室1中，搭配一套光功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)，用于預(yù)測(cè)光伏發(fā)電量、響應(yīng)調(diào)度調(diào)控，配置一臺(tái)云平臺(tái)網(wǎng)關(guān)，將數(shù)據(jù)上傳至AcrelCloud-1200分布式光伏運(yùn)維云平臺(tái)，便于用戶日常運(yùn)維管理光伏電站；調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)屏安裝在220KV電站通訊室，新建光伏的數(shù)據(jù)借用220kV變電站原有光傳輸設(shè)備接入調(diào)度系統(tǒng)，本項(xiàng)目?jī)H配置調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備。

分布式光伏設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目電量消納方式采用“自發(fā)自用”，預(yù)計(jì)年均發(fā)電總量約1495萬kwh，年平均利用小時(shí)數(shù)為752h。每個(gè)光伏電站設(shè)置兩臺(tái)箱變，經(jīng)升壓變就地升壓為10kV，集中匯流至就近10kV光伏開關(guān)站，接入既有配電房10kV母線后供全站使用。光伏組件采用平鋪設(shè)計(jì)，共使用35840塊組件組成2240個(gè)組串，每16路組串接至1臺(tái)光伏逆變器，逆變器140臺(tái)，2.5MVA變壓器8臺(tái)，總?cè)萘繛?0MVA，單個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)容量為5MVA。

圖2.1 光伏接入系統(tǒng)示意圖

圖2.2 光伏組件布置圖

技術(shù)方案

本項(xiàng)目采用Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)搭配光功率預(yù)測(cè)軟件，同時(shí)配置AcrelCloud-1200分布式光伏運(yùn)維云平臺(tái)，來實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)光伏發(fā)電站的掌控與優(yōu)化。

在分布式光伏電站側(cè)分別配置防孤島保護(hù)裝置、電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置、防逆流保護(hù)裝置等安全自動(dòng)裝置；在220KV電站配置1套調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)接入設(shè)備及其配套的二次系統(tǒng)安全防護(hù)裝置；由于光伏電站自發(fā)自用不上網(wǎng)，所以不設(shè)置貿(mào)易關(guān)口點(diǎn)，在4個(gè)分布式光伏電站10kV并網(wǎng)開關(guān)用戶側(cè)分別設(shè)置發(fā)電量計(jì)量，并配置電能量采集終端4套，電能量數(shù)據(jù)接入國(guó)網(wǎng)四川省電力公司電力用戶用電信息采集系統(tǒng)。

安全自動(dòng)裝置

1）頻率電壓緊急控制裝置

裝置能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)的頻率和電壓，一旦檢測(cè)到超出設(shè)定范圍的異常情況，立即啟動(dòng)控制策略，通過調(diào)整發(fā)電機(jī)出力、切除部分負(fù)荷或投入補(bǔ)償設(shè)備等方式，快速恢復(fù)電網(wǎng)的頻率和電壓至正常水平，確保電力供應(yīng)的連續(xù)性和可靠性。

2）防孤島裝置

在電網(wǎng)失電的情況下，分布式電源未能夠及時(shí)與電網(wǎng)斷開連接，會(huì)形成孤島狀態(tài)，這種狀態(tài)可能造成分布式電源不可控、電網(wǎng)恢復(fù)時(shí)的電壓和頻率不匹配等問題，也可能導(dǎo)致電力工作人員在不知情的情況下進(jìn)行危險(xiǎn)的操作。防孤島裝置通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)狀態(tài)，一旦檢測(cè)到電網(wǎng)斷電，能夠在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)迅速切斷分布式電源與電網(wǎng)的連接，從而保障電網(wǎng)的安全運(yùn)行和維修人員的人身安全。

3）防逆流裝置

防逆流裝置的主要功能是在光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能超過用戶自身消耗時(shí)，防止多余的電能逆流進(jìn)入公共電網(wǎng)。當(dāng)裝置檢測(cè)到電網(wǎng)電壓低于光伏系統(tǒng)電壓時(shí)，會(huì)立即啟動(dòng)，自動(dòng)切斷光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)的連接，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定和安全。

調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備

1）縱向加密裝置

縱向加密裝置通過采用加密技術(shù)，來確保信息在傳輸過程中的機(jī)密性和完整性。裝置通過將數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，使得即使信息在傳輸過程中被截獲，未經(jīng)授權(quán)的第三方也無法解讀其中的內(nèi)容。

2）正反向隔離裝置

正反向隔離裝置通過物理或邏輯手段將不同安全等級(jí)的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域隔離開來，有效防止了網(wǎng)絡(luò)間的直接通信，從而避免了潛在的信息泄露和攻擊。同時(shí)，裝置支持在兩個(gè)隔離的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域之間進(jìn)行單向的、安全的數(shù)據(jù)交換，在數(shù)據(jù)傳遞過程中會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簽名驗(yàn)證、內(nèi)容過濾、有效性檢查等處理，以抵御病毒、黑客等惡意攻擊，確保數(shù)據(jù)的合法性和安全性。

3）Ⅱ型網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測(cè)裝置

Ⅱ型網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測(cè)裝置搭配探針軟件能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)流量和數(shù)據(jù)包，通過探針軟件的深度分析，識(shí)別和記錄潛在的網(wǎng)絡(luò)安全威脅和異常行為，及時(shí)發(fā)出警報(bào)并采取相應(yīng)措施，從而有效防止網(wǎng)絡(luò)攻擊、數(shù)據(jù)泄露和系統(tǒng)故障，為系統(tǒng)的可靠運(yùn)行提供堅(jiān)強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)安全支撐。

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)為維護(hù)電站的安全與運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)保障。通過配置顯示器、硬盤錄像機(jī)、交換機(jī)等設(shè)備，接入分布在各地的攝像頭，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電站周邊環(huán)境，防止非法入侵或破壞行為。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本項(xiàng)目致力于構(gòu)建一個(gè)智能的光伏電站管理體系，集成了一套分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)Acrel-1000DP與光伏運(yùn)維云平臺(tái)AcrelCloud-1200，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用分層分布式，分成站控層、通信層和設(shè)備層。

站控層負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行集中管理和控制。操作員可以實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的智能調(diào)度與優(yōu)化。

通信層負(fù)責(zé)信息傳遞與數(shù)據(jù)交互，確保各個(gè)設(shè)備和系統(tǒng)組件之間能夠無縫連接和協(xié)同工作，此外，通信層還可以支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，適應(yīng)不同規(guī)模和需求的應(yīng)用場(chǎng)景，保證系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性。

設(shè)備層涵蓋了各種傳感器、執(zhí)行器和控制器等硬件設(shè)備。這些設(shè)備負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并執(zhí)行控制指令，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作的核心。

圖4.1系統(tǒng)拓?fù)鋱D

項(xiàng)目配置設(shè)備清單如下表所示：

表4.1 方案設(shè)備列表

安裝位置	產(chǎn)品圖片	型號(hào)	數(shù)量	功能
綜合管理		AcrelCloud-1200 分布式光伏運(yùn)維云平臺(tái)	1	B/S架構(gòu)，支持多平臺(tái)、多終端網(wǎng)絡(luò)訪問； 方便集中運(yùn)維、設(shè)備信息管理
配電室 監(jiān)控主機(jī)屏 （1面）		Acrel-1000DP 分布式光伏監(jiān)控主機(jī)	1	具有保護(hù)、控制、通信、測(cè)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(dòng)化管理
		光功率預(yù)測(cè)軟件	1	通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)、天氣預(yù)報(bào)、電站參數(shù)等信息的綜合分析，預(yù)測(cè)未來一段時(shí)間內(nèi)光伏電站的發(fā)電功率
		ANet-2E8S1 云平臺(tái)網(wǎng)關(guān)	1	采集站內(nèi)數(shù)據(jù)，上傳至分布式光伏運(yùn)維云平臺(tái)
配電室 安全自動(dòng)裝置屏 （4面）		APView500PV 電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置	1	采集監(jiān)測(cè)諧波、電壓暫升/暫降/中斷、閃變、電壓不平衡度，事件記錄、測(cè)量控制
		AM5SE-IS 防孤島保護(hù)裝置	1	當(dāng)發(fā)生孤島現(xiàn)象時(shí)，可以快速切除并網(wǎng)點(diǎn)，使本地與電網(wǎng)側(cè)快速脫離，保證電站和操作人員安全
		AM5SE-IS 防逆流保護(hù)裝置	1	用于防止光伏系統(tǒng)向電網(wǎng)逆流輸電，確保電力安全和系統(tǒng)穩(wěn)定
		AM5SE-K 公用測(cè)控裝置	1	采集站內(nèi)二次設(shè)備的異常信號(hào)
		AM6-FE 頻率電壓緊急控制裝置	1	當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生突發(fā)性故障或負(fù)荷波動(dòng)時(shí)，裝置按照電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)的要求調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)的頻率和電壓水平
		ANet-2E4SM 模塊化智能網(wǎng)關(guān)	1	采集當(dāng)前配電室內(nèi)數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)
		SF1224 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)	1	站內(nèi)通信組網(wǎng)
		ATS1200GB 對(duì)時(shí)裝置	1	獲取GPS與BD雙時(shí)鐘數(shù)據(jù)，為站內(nèi)設(shè)備、系統(tǒng)提供對(duì)時(shí)功能
		光纖收發(fā)器	2	用于遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)的傳輸、接收
配電室 視頻監(jiān)控系統(tǒng)屏 （1面）		顯示器	1	顯示視頻信息
		硬盤刻錄機(jī)	1	對(duì)音視頻信息進(jìn)行存儲(chǔ)、配置、處理
		配線架	2	用于光纖通信中局端主干光纜的成端和分配，方便光纖線路的連接、分配
		工業(yè)光網(wǎng)交換機(jī)	2	站控層實(shí)時(shí)、非實(shí)時(shí)交換機(jī)
		光纖收發(fā)器	20	用于遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)的傳輸、接收
		視頻交換機(jī)	1	視頻監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)
		光纖收發(fā)器	2	視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸
220KV電站通訊室 調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)屏 (1面)	縱向加密認(rèn)證裝置		2	用于電力控制系統(tǒng)安全區(qū)I/II的廣域網(wǎng)邊界保護(hù)，為網(wǎng)關(guān)機(jī)之間的廣域網(wǎng)通信提供具有認(rèn)證、與加密功能的VPN，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C(jī)密性、完整性保護(hù)
	Ⅱ型網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測(cè)裝置		1	實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)流量，識(shí)別并預(yù)警異常行為和潛在威脅，有效保護(hù)關(guān)鍵信息免受網(wǎng)絡(luò)攻擊，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行
	非網(wǎng)管交換機(jī)		1	站內(nèi)通信組網(wǎng)
	三層交換機(jī)		2	用于實(shí)時(shí)、非實(shí)時(shí)區(qū)數(shù)據(jù)的上傳
	正向隔離裝置		1	保障工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全，在不同數(shù)據(jù)區(qū)域之間建立一道安全防線，通過物理或邏輯手段限制數(shù)據(jù)的雙向流動(dòng)，防止網(wǎng)絡(luò)的不明攻擊和惡意代碼侵入控制網(wǎng)絡(luò)
	反向隔離裝置		1
	防火墻		1	基于預(yù)設(shè)的安全策略來允許或拒絕數(shù)據(jù)包的通過，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問、惡意攻擊和威脅
	光纖收發(fā)器		6	用于遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)的傳輸、接收
	Anet-2E8S1 遠(yuǎn)動(dòng)上傳網(wǎng)關(guān)		1	光伏電站內(nèi)數(shù)據(jù)匯總及上傳至調(diào)度主站
	路由器		1	利用220KV站已有的SDH通道，上傳數(shù)據(jù)到調(diào)度主站
就地分散安裝	光纖收發(fā)器		8	用于遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)的傳輸、接收
	ANet-2E4SM 通訊管理機(jī)		8	分散安裝，采集數(shù)據(jù)
其他設(shè)備	氣象站		1	監(jiān)測(cè)和記錄氣象數(shù)據(jù)
	多功能電表		4	準(zhǔn)確測(cè)量電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等多種電氣參數(shù)
	電能量采集終端		4	采集電能信息、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)傳輸以及執(zhí)行或轉(zhuǎn)發(fā)主站下發(fā)的控制命令

現(xiàn)場(chǎng)圖片

系統(tǒng)功能

綜合看板

在分布式光伏電站的管理與運(yùn)營(yíng)中，集成了發(fā)電功率監(jiān)測(cè)、裝機(jī)容量記錄、發(fā)電量統(tǒng)計(jì)及光伏收益計(jì)算等核心功能的綜合看板非常有必要，可以幫助管理人員掌握電站的運(yùn)行狀況，同時(shí)，通過數(shù)據(jù)可視化，用戶能夠看到清晰的環(huán)保效益展示。

圖6.1 云平臺(tái)綜合看板

運(yùn)維管理

運(yùn)維管理其核心在于規(guī)范地處理各種運(yùn)維任務(wù)，涵蓋了任務(wù)發(fā)布、記錄與閉環(huán)等多個(gè)環(huán)節(jié)，同時(shí)平臺(tái)支持運(yùn)維事件打分功能。

操作票管理也是運(yùn)維管理的重要環(huán)節(jié)，系統(tǒng)能夠?qū)Σ僮髌钡膭?chuàng)建、審批和執(zhí)行進(jìn)行管理，確保每個(gè)操作都有據(jù)可依，提高整體運(yùn)維效率。

圖6.2 運(yùn)維管理界面

光伏發(fā)電功率預(yù)測(cè)：

系統(tǒng)統(tǒng)通過傳感器、監(jiān)測(cè)設(shè)備采集光伏電站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包括光照強(qiáng)度、溫度、風(fēng)速等氣象信息，結(jié)合歷史發(fā)電數(shù)據(jù)，利用算法和模型對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率進(jìn)行預(yù)測(cè)。光功率預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性對(duì)電力調(diào)度、能源管理以及電網(wǎng)的穩(wěn)定性至關(guān)重要，能夠幫助電力公司優(yōu)化能源分配、減少棄光現(xiàn)象，并提高可再生能源的利用效率。

圖6.3 光伏功率預(yù)測(cè)界面

電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)可以對(duì)整個(gè)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(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，使管理人員實(shí)時(shí)掌握供電系統(tǒng)電能質(zhì)量情況，以便及時(shí)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(yīng)能實(shí)時(shí)顯示各電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(fù)序/零序電壓值、三相電流不平衡度百分比和正序/負(fù)序/零序電流值。

圖6.4 電能質(zhì)量諧波數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)界面

結(jié)語(yǔ)

在屋頂光伏發(fā)電項(xiàng)目中，分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)能源資源的有效整合。系統(tǒng)通過對(duì)分散的光伏發(fā)電設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，不僅能夠收集和分析各個(gè)發(fā)電單元的運(yùn)行數(shù)據(jù)，還能將這些信息匯總上傳云平臺(tái)，為用戶提供電能管理解決方案。配套光功率預(yù)測(cè)軟件，系統(tǒng)采用了數(shù)據(jù)分析技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)掌握光照變化、設(shè)備狀態(tài)及發(fā)電效率，從而生成光功率預(yù)測(cè)信息，幫助用戶更科學(xué)地規(guī)劃光伏發(fā)電與用電策略，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益的雙贏。

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審核編輯 黃宇