安科瑞劉鴻鵬

摘要

在企業(yè)光儲(chǔ)充電站中，光伏發(fā)電、儲(chǔ)能系統(tǒng)與充電負(fù)荷并存運(yùn)行，功率波動(dòng)頻繁，系統(tǒng)運(yùn)行工況復(fù)雜。當(dāng)發(fā)電功率與負(fù)荷需求不匹配時(shí)，易產(chǎn)生逆向功率向公共電網(wǎng)倒送的問題。為滿足現(xiàn)行并網(wǎng)技術(shù)規(guī)范及電網(wǎng)安全運(yùn)行要求，企業(yè)光儲(chǔ)充電站需配置可靠的防逆流控制與保護(hù)系統(tǒng)。本文結(jié)合用戶側(cè)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)防逆流解決方案，分析防逆流技術(shù)在企業(yè)光儲(chǔ)充電站中的應(yīng)用模式及其運(yùn)行價(jià)值，為相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工程實(shí)施提供參考。

關(guān)鍵詞

光儲(chǔ)充電站；防逆流；用戶側(cè)并網(wǎng)；逆向功率；運(yùn)行安全

引言

隨著分布式光伏、用戶側(cè)儲(chǔ)能及新能源汽車充電設(shè)施在企業(yè)園區(qū)的快速融合，“光儲(chǔ)充一體化”正逐步成為企業(yè)能源系統(tǒng)的重要建設(shè)方向。該類系統(tǒng)在提升新能源消納能力、降低用能成本的同時(shí)，也顯著增加了并網(wǎng)運(yùn)行的復(fù)雜性。

在企業(yè)光儲(chǔ)充電站中，光伏出力具有隨機(jī)性，儲(chǔ)能充放電狀態(tài)可調(diào)，而充電負(fù)荷則呈現(xiàn)明顯的時(shí)間集中性。當(dāng)系統(tǒng)調(diào)度不當(dāng)或負(fù)荷突變時(shí)，用戶側(cè)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)易出現(xiàn)向公共電網(wǎng)逆向送電的情況。根據(jù)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，不允許向電網(wǎng)倒送電的用戶側(cè)系統(tǒng)必須配置逆向功率保護(hù)裝置，以確保并網(wǎng)運(yùn)行的合規(guī)性和安全性。因此，防逆流控制成為企業(yè)光儲(chǔ)充電站設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。

企業(yè)光儲(chǔ)充電站的防逆流需求分析

企業(yè)光儲(chǔ)充電站通常包含光伏發(fā)電單元、儲(chǔ)能系統(tǒng)、充電樁負(fù)荷及并網(wǎng)接口，其運(yùn)行狀態(tài)受多因素共同影響。一方面，在光照條件良好、充電需求較低的時(shí)段，光伏與儲(chǔ)能系統(tǒng)的綜合出力可能超過現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷；另一方面，在負(fù)荷突降或充電樁瞬時(shí)退出運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)功率平衡迅速被打破，逆向功率風(fēng)險(xiǎn)隨之增加。

傳統(tǒng)依賴人工調(diào)度或單一設(shè)備限功率的方式，難以及時(shí)應(yīng)對(duì)毫功率變化，存在明顯的安全隱患。因此，企業(yè)光儲(chǔ)充電站亟需一種兼顧實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、柔性調(diào)節(jié)與剛性保護(hù)的防逆流控制方案，以適應(yīng)復(fù)雜運(yùn)行工況。

防逆流解決方案在光儲(chǔ)充系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

基于用戶側(cè)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)防逆流解決方案，企業(yè)光儲(chǔ)充電站的防逆流控制通常在公共連接點(diǎn)配置防逆流保護(hù)裝置，通過實(shí)時(shí)采集并網(wǎng)點(diǎn)功率信息，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。

該方案采用“軟件柔性調(diào)節(jié) + 硬件保護(hù)跳閘”的組合策略：當(dāng)并網(wǎng)點(diǎn)功率接近逆流閾值時(shí)，系統(tǒng)通過防逆流軟件向光伏或儲(chǔ)能單元下發(fā)限功率指令，提抑制逆向功率的產(chǎn)生；當(dāng)逆向功率超過設(shè)定閾值并持續(xù)一定時(shí)間后，則通過防逆流保護(hù)裝置執(zhí)行跳閘動(dòng)作，切斷并網(wǎng)通道，防止持續(xù)倒送電。

針對(duì)不同站點(diǎn)規(guī)模和設(shè)備布置條件，方案可靈活選用單機(jī)版或主從機(jī)版防逆流保護(hù)裝置。當(dāng)逆流監(jiān)測(cè)點(diǎn)與并網(wǎng)柜距離較近時(shí)，可采用單機(jī)配置實(shí)現(xiàn)快速保護(hù)；當(dāng)站區(qū)范圍較大、光儲(chǔ)充設(shè)備分散布置時(shí)，則可通過主從機(jī)結(jié)構(gòu)及光纖通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、多并網(wǎng)單元的協(xié)同防逆流控制，滿足企業(yè)光儲(chǔ)充電站的工程實(shí)際需求。

用戶側(cè)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，按照站控層、間隔層、設(shè)備層三層架構(gòu)設(shè)計(jì)，通過間隔層通信管理機(jī)及網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)實(shí)時(shí)采集防逆流保護(hù)裝置、微機(jī)保護(hù)裝置、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、計(jì)量、遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)等二次設(shè)備數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)區(qū)域用戶側(cè)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)控與自動(dòng)化管理。同時(shí)在監(jiān)控室配置通信系統(tǒng)、對(duì)時(shí)系統(tǒng)、遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)滿足系統(tǒng)內(nèi)部的通信與上調(diào)度需求，配置一套一體化電源系統(tǒng)，為二次設(shè)備及監(jiān)控主機(jī)等重要設(shè)備運(yùn)行提供穩(wěn)定可靠的電源，實(shí)現(xiàn)整個(gè)用戶側(cè)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

防逆流軟件功能
防逆流軟件可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)防逆流監(jiān)測(cè)點(diǎn)功率變化，當(dāng)光伏發(fā)電總功率、儲(chǔ)能實(shí)時(shí)放電功率與儲(chǔ)能實(shí)時(shí)充電功率以及每個(gè)并網(wǎng)單元并網(wǎng)點(diǎn)的實(shí)時(shí)功率。防逆流軟件可設(shè)置逆功率跳閘的功率閾值與跳閘動(dòng)作時(shí)間、低功率調(diào)節(jié)的功率閾值與調(diào)節(jié)時(shí)間、以及功率恢復(fù)正常后判斷合閘的功率值與恢復(fù)合閘動(dòng)作時(shí)間。

低功率柔性調(diào)節(jié)

防逆流軟件設(shè)置低功率調(diào)節(jié)的功率閾值（該功率為用戶側(cè)使用公共電網(wǎng)的下網(wǎng)功率），當(dāng)公共電網(wǎng)的下網(wǎng)功率較低，可能會(huì)由于負(fù)荷波動(dòng)導(dǎo)致逆向功率產(chǎn)生時(shí)，防逆流軟件柔性調(diào)節(jié)，給用戶側(cè)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)單元發(fā)送降低發(fā)電功率指令，防止逆向功率產(chǎn)生。

逆功率跳閘

防逆流軟件設(shè)置逆功率跳閘的功率閾值（該功率為用戶側(cè)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)向公共電網(wǎng)反向供電的上網(wǎng)功率），當(dāng)用戶側(cè)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)向公共電網(wǎng)反向供電的上網(wǎng)功率觸發(fā)逆功率跳閘功率閾值，防逆流軟件給用戶側(cè)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)單元發(fā)送跳閘指令，切斷用戶側(cè)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)單元，防止持續(xù)向公共電網(wǎng)逆向供電。

功率恢復(fù)合閘

當(dāng)用戶側(cè)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)單元因逆功率跳閘后，用戶側(cè)使用公共電網(wǎng)的下網(wǎng)功率恢復(fù)正常閾值，且在功率恢復(fù)合閘時(shí)間內(nèi)并網(wǎng)單元仍未恢復(fù)合閘，防逆流軟件給跳閘的用戶側(cè)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)單元發(fā)送合閘指令，恢復(fù)用戶側(cè)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)單元的發(fā)電，提高用戶側(cè)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的利用率，減少公共電網(wǎng)的使用。

防逆流保護(hù)裝置

單機(jī)版防逆流保護(hù)裝置AM5SE-IS

AM5SE-IS 防逆流保護(hù)裝置主要適用于 35kV、10kV 及低壓 380V 光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、儲(chǔ)能充放電等新能源并網(wǎng)供電系統(tǒng)。當(dāng)向公共電網(wǎng)有逆向供電現(xiàn)象時(shí)，可以快速切除并網(wǎng)點(diǎn)，使本站不持續(xù)向電網(wǎng)逆向供電，確保電站的使用滿足電網(wǎng)要求。

主從機(jī)版防逆流保護(hù)裝置

光纖直跳方案AM5SE-PV 系列防逆流保護(hù)裝置

AM5SE-PV 系列防逆流保護(hù)裝置主從機(jī)采用光纖方式連接，通過光纖鏈路遠(yuǎn)程開入開出實(shí)現(xiàn)防逆流。
1）當(dāng)逆流監(jiān)測(cè)點(diǎn)與用戶側(cè)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)單元的并網(wǎng)柜之間線纜敷設(shè)距離在 100米至 1.5kM 之間可采用 AM5SE-PV 系列主從機(jī)方案，主機(jī)從機(jī)之間可采用多模光纖為62.5/125um，波長(zhǎng) 850nm，ST 接口連接；
2)當(dāng)逆流監(jiān)測(cè)點(diǎn)與用戶側(cè)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)單元的并網(wǎng)柜之間線纜敷設(shè)距離在1.5kM 至 20kM 之間可采用 AM5SE-PV 系列主從機(jī)方案，主機(jī)從機(jī)之間可采用單模光纖波長(zhǎng)1310nm，ST 接口連接；
3)當(dāng)逆流監(jiān)測(cè)點(diǎn)與用戶側(cè)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)單元的并網(wǎng)柜之間線纜敷設(shè)距離在 20kM至 40kM 之間可采用 AM5SE-PV 系列主從機(jī)方案，主機(jī)從機(jī)之間可采用單模光纖波長(zhǎng) 1550nm，ST 接口。

GOOSE 通訊方案

AM5SE-PV 系列防逆流保護(hù)裝置

AM5SE-PV 系列防逆流保護(hù)裝置主從機(jī)采用光纖方式連接，通過光纖鏈路組 GOOSE 通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)防逆流。

1)當(dāng)逆流監(jiān)測(cè)點(diǎn)與用戶側(cè)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)單元的并網(wǎng)柜之間線纜敷設(shè)距離在 100米至20kM之間可采用AM5SE-PV系列主從機(jī)方案，主機(jī)從機(jī)之間可采用單模光纖波長(zhǎng) 1310nm，F(xiàn)C 接口連接；

2)當(dāng)逆流監(jiān)測(cè)點(diǎn)與用戶側(cè)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)單元的并網(wǎng)柜之間線纜敷設(shè)距離在 20kM至 40kM 之間可采用 AM5SE-PV 系列主從機(jī)方案，主機(jī)從機(jī)之間可采用單模光纖波長(zhǎng) 1550nm，F(xiàn)C 接口連接。

防逆流控制對(duì)光儲(chǔ)充電站運(yùn)行的作用

在企業(yè)光儲(chǔ)充電站中引入防逆流控制系統(tǒng)后，系統(tǒng)運(yùn)行由被動(dòng)限制轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)協(xié)調(diào)。通過對(duì)光伏發(fā)電功率、儲(chǔ)能充放電功率及并網(wǎng)點(diǎn)功率的綜合監(jiān)測(cè)，防逆流軟件可動(dòng)態(tài)調(diào)整系統(tǒng)出力，提升新能源就地消納能力，減少不必要的棄光與限發(fā)。

同時(shí)，逆功率跳閘與功率恢復(fù)合閘機(jī)制的引入，使系統(tǒng)在確保并網(wǎng)安全的提下，能夠在運(yùn)行條件恢復(fù)正常后自動(dòng)恢復(fù)再發(fā)電與儲(chǔ)能利用，提高光儲(chǔ)充電站整體運(yùn)行效率。這種兼顧安全性與經(jīng)濟(jì)性的控制策略，為企業(yè)光儲(chǔ)充電站的穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠保障。

結(jié)論

在企業(yè)光儲(chǔ)充電站這一多種能源耦合場(chǎng)景下，防逆流控制已不再是附加功能，而是保障系統(tǒng)合規(guī)并網(wǎng)與安全運(yùn)行的基礎(chǔ)條件。本文結(jié)合用戶側(cè)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)防逆流解決方案，分析了防逆流技術(shù)在光儲(chǔ)充電站中的應(yīng)用設(shè)計(jì)與運(yùn)行價(jià)值。

研究表明，通過防逆流軟件與保護(hù)裝置相結(jié)合的方式，可以有效抑制逆向功率倒送風(fēng)險(xiǎn)，提升新能源系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可控性。隨著企業(yè)光儲(chǔ)充項(xiàng)目規(guī)模不斷擴(kuò)大，防逆流控制將在光儲(chǔ)充電站設(shè)計(jì)與運(yùn)維中發(fā)揮更加關(guān)鍵的支撐作用。

審核編輯 黃宇