安科瑞 呂夢怡

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摘 要：為實現(xiàn)我國提出的雙碳目標(biāo)，推動能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，分布式光伏作為新能源的重要組成部分，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。分布式光伏作為一種清潔的新能源形式，不僅有助于實現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展，還能通過“自發(fā)自用余電上網(wǎng)”的方式，提高能源利用效率，降低碳排放。通過對分布式光伏項目的推廣，可以有效促進我國能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，實現(xiàn)環(huán)境保護與經(jīng)濟發(fā)展的雙贏，為構(gòu)建綠色、低碳的可持續(xù)發(fā)展社會貢獻力量。

關(guān)鍵詞：新能源；分布式光伏；“自發(fā)自用余電上網(wǎng)”；綠色、低碳

一、概述

自 20 世紀(jì)后期，隨著社會高速發(fā)展，傳統(tǒng)大電網(wǎng)供電模式雖能滿足大部分用戶的基礎(chǔ)用電需求，但逐漸暴露出諸多局限性。由于電能資源在空間和時間維度上的分配不均衡，加之不同區(qū)域、不同類型用戶的用電需求呈現(xiàn)顯著的差異化與階段性特征，大電網(wǎng)供電靈活性不足的問題日益凸顯。與之形成鮮明對比的是，分布式光伏發(fā)電憑借不受地理條件限制的靈活特性，成為彌補大電網(wǎng)供電短板的重要解決方案。

分布式電源光伏發(fā)電系統(tǒng)，是一種以光伏發(fā)電為核心的分布式電源技術(shù)。該系統(tǒng)通過太陽能電池、逆變器、控制器及蓄電池等關(guān)鍵設(shè)備，實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換與電能存儲，具備使用壽命長達 8 萬小時、可靠性高、可獨立運行、應(yīng)用場景廣泛等顯著優(yōu)勢，并且支持并網(wǎng)運行，能夠有效實現(xiàn)對大電網(wǎng)用電的靈活調(diào)配與補充，成為現(xiàn)代能源體系的重要組成部分。

六安市德天建材有限公司屋頂光伏發(fā)電項目積極響應(yīng)國家 “優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，構(gòu)建清潔可靠能源體系” 的戰(zhàn)略號召，是具有示范意義的分布式光伏發(fā)電項目。項目選址于六安市裕安區(qū)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)潤南路與工業(yè)路交叉口的廠區(qū)內(nèi)，充分利用現(xiàn)有廠房屋頂空間，規(guī)劃建設(shè)總規(guī)模約 5.5MWp 的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，項目建成后將由六安市城郊供電公司統(tǒng)一管理運維。

本期工程選用光伏組件，裝機總?cè)萘窟_ 3.79MW，采用 “自發(fā)自用，余電上網(wǎng)” 的電量結(jié)算模式，預(yù)計于 2024 年 10 月底建成投產(chǎn)。在技術(shù)方案層面，項目二次設(shè)計采用安科瑞 Acrel-1000DP 分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)解決方案，并基于國產(chǎn)凝思操作系統(tǒng)搭建光伏監(jiān)控平臺，確保本地保護與監(jiān)控系統(tǒng)具備更高的穩(wěn)定性和可靠性。

本項目的實施，不僅為企業(yè)提供了清潔、可再生的電力能源，顯著降低了對傳統(tǒng)化石能源的依賴，同時也將大幅減少碳排放，對推動區(qū)域能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、實現(xiàn) “雙碳” 目標(biāo)具有積極示范效應(yīng)。本文將圍繞項目的接入系統(tǒng)方案論證、繼電保護及安全自動裝置設(shè)計、系統(tǒng)通信架構(gòu)規(guī)劃、調(diào)度自動化方案研究等核心內(nèi)容展開詳細(xì)闡述。

圖1項目現(xiàn)場圖

二、解決方案

本項目為屋頂分布式光伏項目，該期項目的容量為3.79MW，項目采用自發(fā)自用余電上網(wǎng)的消納方式。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(shè)置光伏出線柜柜，計量柜，PT柜，光伏集線柜1，光伏集線柜2，站用變柜，SVG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(dāng)?shù)卣{(diào)控中心DMS系統(tǒng)。光伏發(fā)電逆變器電源電壓為1000V，經(jīng)箱變升壓變升壓至10kV后,通過高壓電纜接入新增的10kV光伏進線柜,通過并網(wǎng)柜并入原10kV市電高壓柜。項目采用Acrel-1000DP光伏監(jiān)控平臺，操作使用了國產(chǎn)凝思系統(tǒng)。監(jiān)控平臺具有對全站數(shù)據(jù)的實時觀測、事故告警提示等功能。

圖2項目一次圖

三、技術(shù)方案

本項目一期規(guī)模約為3.79MWp，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)知名產(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)，供廠區(qū)負(fù)荷使用。結(jié)合上級變電站35KV電廠103線可接入容量為3799.12KW，本工程交流側(cè)并網(wǎng)上送容量不應(yīng)超過3799.12KW。根據(jù)屋面的勘查情況考慮，確定本光伏項目的建造容量為3790kWp為宜。

1.升壓變壓器及高低壓配電設(shè)備

本項目配備1臺三相交流1600KVA的干式變壓器、一臺三相交流2000KVA的干式變壓器。額定電壓10.5±2×2.5%/0.8kV。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。

2.繼電保護及安全自動裝置

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）并網(wǎng)線路繼電保護及安全自動裝置

分布式光伏項目線路發(fā)生短路故障時，線路保護應(yīng)快速動作，瞬時跳開相應(yīng)并網(wǎng)點斷路器，滿足全線故障快速可靠切除故障的要求。安裝光伏發(fā)電項目的用戶變電站10kV母線應(yīng)配置故障解列裝置，實現(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

分布式光伏項目逆變器需要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)與繼電保護配置、安全自動裝置和低電壓檢測裝置等相配合，時間上相匹配。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。

3）電能質(zhì)量監(jiān)測裝置

分布式光伏項目對接入國網(wǎng)的電能質(zhì)量有著相應(yīng)的要求。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，光伏發(fā)電項目的電能質(zhì)量應(yīng)符合《GB/T 15543-2008 光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)的電能質(zhì)量參數(shù)，包括電壓、電流、頻率、諧波含量等，以確保光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)的穩(wěn)定運行和電能質(zhì)量的可靠性。

電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置遵照IEC61000-4-30《測試和測量技術(shù)-電能質(zhì)量測量方法》中規(guī)定的各電能質(zhì)量指標(biāo)的測量方法進行測量，集諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/終端、善變監(jiān)測、電壓不平衡度監(jiān)測、事件記錄、測量控制等功能為一體。能夠?qū)崟r的監(jiān)測匯入電網(wǎng)的電能的電參量數(shù)據(jù)，裝置在電能質(zhì)量指標(biāo)參數(shù)測量方法的標(biāo)準(zhǔn)化和指標(biāo)參數(shù)的測量精度以及時鐘同步、事件告警功能等各個方面均達到了國家標(biāo)準(zhǔn)A級要求，能夠滿足通過0.4-35KV電壓等級并網(wǎng)的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)要求。

圖3新建光伏一次圖

四、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本項目光伏電站配置安科瑞電氣股份有限公司的 Acrel-1000DP 分布式光伏電力監(jiān)控系統(tǒng)作為綜合自動化系統(tǒng)，具備保護、控制、通信、測量等功能，可實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)及開關(guān)站的全功能綜合自動化管理，項目內(nèi)逆變器、高低壓設(shè)備等狀態(tài)信號均接入該監(jiān)控系統(tǒng)；系統(tǒng)采用開放式分層、分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包含站控層和就地層兩部分，監(jiān)控系統(tǒng)通過以太網(wǎng)與就地層相連，就地層按功能和系統(tǒng)劃分，以相對獨立的方式分散部署在逆變器區(qū)域或箱變中，即使站控層及網(wǎng)絡(luò)失效，就地層仍可獨立完成就地各電氣設(shè)備的監(jiān)測，計算機監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng) GPRS 無線傳輸至遠(yuǎn)動工作站，從而與六安市電力公司實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊；站控層由服務(wù)器、操作員站、遠(yuǎn)動站等通過計算機網(wǎng)絡(luò)連接組成，提供站內(nèi)運行人機界面，實現(xiàn)對就地層設(shè)備的管理控制，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，涵蓋匯流柜（依實際設(shè)計配置）、逆變器、箱變、并網(wǎng)開關(guān)等主要電氣設(shè)備，負(fù)責(zé)直接采集處理現(xiàn)場原始數(shù)據(jù)并通過網(wǎng)絡(luò)上傳至站控層監(jiān)控主站，同時接收站控層控制操作命令，經(jīng)有效性判斷、閉鎖檢測、同步檢測后執(zhí)行設(shè)備操作；站控層與就地層間采用 GPRS 無線通訊網(wǎng)絡(luò)，每個光伏發(fā)電單元通過 RS485 有線協(xié)議與發(fā)電裝置通訊，采集光伏組件數(shù)據(jù)、逆變器參數(shù)及測控裝置、智能計量表計數(shù)據(jù)，打包后經(jīng)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)實時監(jiān)視。

圖4監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

五、系統(tǒng)功能

1. 主接線圖

在此界面為項目一次設(shè)計圖，可以查看直接保護裝置的電量參數(shù)，監(jiān)視斷路器和手車的狀態(tài)。裝置在遠(yuǎn)方狀態(tài)時可以遙控斷路器的分合，實時監(jiān)測廠站數(shù)據(jù)，能夠及時的發(fā)現(xiàn)異常告警，便于及時做出相應(yīng)的處理。

圖5主接線界面圖

2.電能報表

在監(jiān)控軟件中可以點擊查看光伏發(fā)電項目的電能報表，報表可以使用打印機打印出，可清晰的查看歷史發(fā)電量。

圖6電能報表界面圖

3.直流屏監(jiān)視界面

此界面可實時監(jiān)視直流屏的電參量、通訊狀態(tài)以及開關(guān)量狀態(tài)。用于監(jiān)視直流屏的狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)，發(fā)出報警信息。

圖7直流屏監(jiān)視界面圖

4.電能質(zhì)量在線監(jiān)視界面

在電能質(zhì)量監(jiān)控圖中，可以直接查看電能質(zhì)量裝置的運行狀態(tài)、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(yīng)對方案

圖8電能質(zhì)量在線監(jiān)視界面圖

5.實時曲線監(jiān)視界面

在實時曲線界面，可以為用戶顯示實時數(shù)據(jù)，用戶可以選擇想要查看的數(shù)據(jù)，用戶可以同時選擇至多四個數(shù)據(jù)進行實時對比。

圖9并網(wǎng)柜監(jiān)視界面圖

六、結(jié)語

我國政府正積極推進“十二五”光伏發(fā)展規(guī)劃的實現(xiàn)。我國到“十二五”末，光伏國內(nèi)裝機總量目標(biāo)將由先前的15GW提升到40GW，鼓勵超額完成規(guī)劃目標(biāo)，并且國家將大力支持、推進各類型分布式電站建設(shè)。[3]助力用戶、電網(wǎng)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。在未來的發(fā)展中，我們將繼續(xù)努力，為推動可再生能源的發(fā)展和應(yīng)用做出更大的貢獻。同時，我們也將不斷提高技術(shù)水平和管理水平，確保項目的順利實施和運行，為社會和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展做出積極貢獻。

審核編輯 黃宇