Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)

在奉賢平高食品 4.4MW 分布式光伏中應用 

摘 要：在“雙碳"和新型電力系統(tǒng)建設背景下，分布式光伏接入比例不斷提高，對配電網(wǎng)電壓、調(diào)度運行及調(diào)峰等環(huán)節(jié)造成強烈沖擊。本文設計包含平臺層、設備層二層架構(gòu)體系的分布式光伏管控平臺，以及小容量工商業(yè)分布式光伏本地和遠程通信方案，并研究分布式光伏采集模型的構(gòu)建、多源數(shù)據(jù)融合估計、面向分布式光伏的有功、無功功率優(yōu)化控制等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了對小容量工商業(yè)分布式光伏的可觀可測可調(diào)可控。。

關(guān)鍵詞：分布式光伏；光伏管控平臺；遠程通信

1.                      概述

上海華電奉賢平高食品 4408.085kwp 分布式光伏發(fā)電項目（以下簡稱“本項目"）是響應國家“優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提供更加清潔、可靠的能源"的號召，投資建設的分布式光伏發(fā)電應用示范項目。上海華電奉賢新能源有限公司（以下簡稱“上海華電"）租賃上海平高食品有限公司廠房屋頂建設4408.085kWp屋頂分布式光伏發(fā)電項目，采用“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)"方案。

本文介紹光伏電站接入系統(tǒng)方案的論證，系統(tǒng)繼電保護及安全自動裝置、系統(tǒng)通信、系統(tǒng)調(diào)度自動化方案研究等。

圖 項目現(xiàn)場驗收圖

2.                      現(xiàn)有電網(wǎng)情況

本工程位于上海市奉賢區(qū)航塘公路 1618 號，屬于上海市電力公司奉賢供電公司管理范圍。目前用戶配電站為 10kV 電壓用戶站，站內(nèi) 4 臺 10kV 變壓器，變壓器容量為（1250+1600）kVA和（1250+1600）kVA。用戶甲線變壓器通過 10kV 線路“22 平高食品甲"線接入利口福開關(guān)站 10kV 一段母線，再通過“梁 19 利口福甲"線接入 35kV 梁典站10kV 一段母線。用戶乙線變壓器通過 10kV 線路“32 平高食品乙"線接入利口福開關(guān)站 10kV 二段母線，再通過“梁 33 利口福乙"線接入 35kV 梁典站 10kV 三段母線。

本期工程光伏組件容量為 4408.085kWp，根據(jù)《國家電網(wǎng)分布式光伏發(fā)電接入系統(tǒng)典型設計》的規(guī)定和現(xiàn)場條件，本工程為 2 個并網(wǎng)點，光伏組件逆變后接入用戶光伏站升壓變高壓側(cè)母線的高壓配電柜內(nèi)。用戶光伏通過 10kV 線路接入分別接入 35kV梁典站 10kV 一段母線和 35kV 梁典站 10kV 三段母線。

上海華電奉賢平高食品 4408.085kwp 分布式光伏發(fā)電項目接入方案示意圖如下：

圖 分布式光伏發(fā)電項目接入方案示意圖

3.                      技術(shù)方案

本項目規(guī)模約為 4408.085kWp，利用廠房屋頂建設光伏發(fā)電系統(tǒng)，關(guān)鍵設備光伏組件、逆變器、變壓器等采用國內(nèi)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)。本項目分為4個光伏發(fā)電分系統(tǒng)，光伏發(fā)電系統(tǒng)對應接入2臺1000kVA升壓變壓器和2臺1250kVA升壓變壓器。1#升壓變1000kVA的發(fā)電單元采用3臺300kW組串式逆變器；2#升壓變1250kVA的發(fā)電單元采用4臺300kW組串式逆變器；3#升壓變1000kVA的發(fā)電單元采用3臺300kW組串式逆變器；4#升壓變1250kVA的發(fā)電單元采用4臺300kW組串式逆變器，將直流電逆變?yōu)槿嘟涣麟?/span>。14臺300kW逆變器分別接入對應容量的升壓變低壓側(cè)，經(jīng)升壓變升壓至 10kV。4個光伏發(fā)電單元1，2，3,4#升壓變，通過2回10kV線纜送入光伏開關(guān)站內(nèi)10kV匯流母線。光伏開關(guān)站采用單母接線，通過2回出線與原變電所10kV一段母線；10kV二段母線母排拼接新增間隔，接入電網(wǎng)。

3.1.                      一次系統(tǒng)簡介

本工程新增10kV開關(guān)站兩座，配電裝置共14面高壓柜，分別為：接入柜2面、并網(wǎng)柜2面、計量柜2面、PT柜2面、光伏進線柜4面、無功補償柜2面、采用單母線接線，并入電網(wǎng)。

圖 新建1#并網(wǎng)點光伏一次圖

圖 新建2#并網(wǎng)點光伏一次圖

3.2.                      繼電保護及安全自動裝置配置原則

本光伏電站內(nèi)主要電氣設備采用微機保護，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，貫徹執(zhí)行有關(guān)設計技術(shù)規(guī)程、規(guī)定，貫徹執(zhí)行國家電網(wǎng)公司有關(guān)系統(tǒng)繼電保護及安全自動裝置的配置和反事故措施文件精神，盡量利用原有系統(tǒng)繼電保護裝置。

1）線路保護

根據(jù)《分布式電源接入系統(tǒng)典型設計》，當本工程光伏電站線路發(fā)生短路故障時，要求有線路保護能快速動作，瞬時跳開相應的斷路器（即光伏電站的光伏進線柜斷路器），滿足全線故障快速可靠切除故障的要求。

根據(jù)本工程實際，在本工程在光伏站側(cè)配置逆功率保護，方向指向升壓變。接入柜配置1套方向過流保護裝置，含方向過流保護，方向指向并網(wǎng)線路。保護裝置具備方向電流速斷、過流保護、過負荷保護、零序電流保護等功能，光伏電站并網(wǎng)線路發(fā)生短路故障時，線路保護能快速動作跳開相應斷路器，滿足全線故障時快速可靠切除故障的要求。

2）母線保護

光伏電站采用單母線接線，當母線出線故障時，由母線開關(guān)處配置的方向過流保護切除故障，不單獨配置母線保護。

3）防孤島措施

光伏電站內(nèi)逆變器需具備防孤島保護功能，逆變器的防孤島保護主要有頻率偏移、功率變動、電壓相位跳動等檢測手段，動作時間在100ms～1s。孤島現(xiàn)象保護是逆變器并網(wǎng)保護中很重要、優(yōu)先級別高的保護，要求光伏系統(tǒng)需要在電網(wǎng)失壓2s以內(nèi)停止向電網(wǎng)線路送電。

本期光伏電站并網(wǎng)點再配置1套獨立的防孤島保護裝置，保護動作于光伏電站側(cè)并網(wǎng)點開關(guān)。該套獨立的防孤島保護裝置應包含過電壓及低電壓保護功能、過頻率及低頻率保護等功能，具備快速監(jiān)測孤島且立即斷開與電網(wǎng)連接的能力，防孤島保護動作時間不大于2s，其防孤島保護應與電網(wǎng)側(cè)線路重合閘和安全自動裝置動作時間相配合。

4）頻率電壓緊急控制

本期在光伏電站側(cè)配置1套頻率電壓緊急控制裝置，在頻率、電壓超出允許范圍后跳開光伏并網(wǎng)點開關(guān)。

4.                      系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本項目光伏電站配置1套安科瑞電氣股份有限公司所提供的Acrel-1000DP分布式光伏電力監(jiān)控系統(tǒng)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(guān)站的全功能綜合自動化管理。本項目逆變器、高低壓設備等狀態(tài)信號都要接入本監(jiān)控系統(tǒng)。

本項目光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)包括兩部分：站控層和就地層，網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)為開放式分層、分布式結(jié)構(gòu)。監(jiān)控系統(tǒng)通過以太網(wǎng)與就地層相連,就地層按照不同的功能、系統(tǒng)劃分，以相對獨立的方式分散在逆變器區(qū)域或箱變中，在站控層及網(wǎng)絡失效的情況下，就地層仍能獨立完成就地各電氣設備的監(jiān)測。計算機監(jiān)控系統(tǒng)通過遠動通信裝置通過專網(wǎng)與上海市調(diào)度平臺實現(xiàn)遠程通訊。

站控層由計算機網(wǎng)絡連接的監(jiān)控主機兼操作員站、遠動通信裝置等組成，提供站內(nèi)運行的人機界面，實現(xiàn)管理控制就地層設備等功能，形成全站監(jiān)控、管理中心，并具備與遠方控制中心通信的接口。

就地層設備由智能測控單元、網(wǎng)絡系統(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，主要電氣設備包括匯流柜（根據(jù)實際設計確定是否需要）、逆變器、箱變、并網(wǎng)開關(guān)。它直接采集處理現(xiàn)場的原始數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡傳送給站控層監(jiān)控主站，同時接收站控層發(fā)來的控制操作命令，經(jīng)過有效性判斷、閉鎖檢測、同步檢測等，最后對設備進行操作控制。

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

4.1.                      通信方案

本工程采取EPON方式為電廠與調(diào)度之間提供一個光纜數(shù)據(jù)傳輸通道。

在光伏電站新增ONU設備1套、24芯光配單元1套，建立本工程光伏發(fā)電站至上海市調(diào)的通信傳輸通道，將光伏電站的非實時電量信息及實時運行信息分別接入主站系統(tǒng)。另現(xiàn)場測試無線信號滿足要求，做為備用通道。

4.2.                      調(diào)度自動化

4.2.1調(diào)度自動化現(xiàn)狀

目前上海市地調(diào)D5000系統(tǒng)接收有關(guān)發(fā)電廠、500kV、220kV變電站以及主要110kV變電站的遠動信息，接收的遠動信息主要來自于變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)。

4.2.2調(diào)度關(guān)系及調(diào)度管理

本光伏電站所發(fā)電量自發(fā)自用，余電上網(wǎng)，發(fā)電系統(tǒng)性質(zhì)為公用光伏系統(tǒng)。考慮到光伏電站的特殊性，本光伏電站按上海市市調(diào)設計。

4.2.3配置及要求

根據(jù)《地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度自動化設計技術(shù)規(guī)程》、《國家電網(wǎng)公司光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》以及國網(wǎng)上電司發(fā)展(2019)858號《國網(wǎng)上海市電力公司關(guān)于印發(fā)光伏發(fā)電接入上海配電網(wǎng)技術(shù)原則》、《國家電網(wǎng)分布式電源接入系統(tǒng)方案》XGF10-Z-1方案等有關(guān)文件進行本工程的系統(tǒng)調(diào)度自動化設計。主要設計范圍為有關(guān)調(diào)度系統(tǒng)接口、光伏電站工程及系統(tǒng)內(nèi)變電站遠動設備通道要求及附屬設備選擇等。

（1）調(diào)度關(guān)系

本工程建成后，本工程光伏電站按上海市調(diào)管轄進行設計。

（2）電能量計費

測量、計量表計均按電力行業(yè)標準DL/T448-2016《電能計量裝置技術(shù)管理規(guī)程》、江蘇省地方標準DB32/991-2022《電能計量裝置配置規(guī)范》、《國家電網(wǎng)公司光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》的要求進行配置。

本項目在光伏電站側(cè)配置主、副計費電能表各1塊，等級為0.2S級。主表作為光伏電站上下網(wǎng)電量關(guān)口計量表，該關(guān)口計量表相關(guān)數(shù)據(jù)同步上傳至江蘇電網(wǎng)電能量計量系統(tǒng)。光伏電站出線柜處配置1個等級為0.2S級的參考表，精度要求參考發(fā)電關(guān)口計量。

電能表采用靜止式多功能電能表，至少應具備雙向有功和四象限無功計量功能、事件記錄功能，配有標準通信接口，具備本地通信和通過電能信息采集終端遠程通信的功能。根據(jù)《電能計量裝置配置規(guī)范》（DB32/991-2022）要求，本工程電能表精度要求需達到0.2S級，計量用互感器的二次計量繞組應專用，不得接入與電能計量無關(guān)的設備，并且要求有關(guān)電流互感器、電壓互感器的精度需分別達到0.2S、0.2級。

（3）電能質(zhì)量監(jiān)測裝置

根據(jù)《國家電網(wǎng)公司光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》以及《江蘇省電力公司電能質(zhì)量管理規(guī)定》的要求，本期在光伏電站側(cè)裝設滿足IEC61000-4-30-2003《電磁兼容第4-30部分試驗和測量技術(shù)一電能質(zhì)量》標準要求的A類電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置1套，監(jiān)測電能質(zhì)量參數(shù)，包括電壓、頻率、諧波、功率因數(shù)等。

（4）光伏電站群控群調(diào)系統(tǒng)

根據(jù)《電調(diào)〔2021〕44號 江蘇電網(wǎng)分布式電源并網(wǎng)調(diào)度管理工作規(guī)范》第九條的要求：“分布式電源應接受并執(zhí)行群控群調(diào)指令，其遠動信息、電能量計量信息等數(shù)據(jù)應接入調(diào)度自動化系統(tǒng)及配電自動化系統(tǒng)"。本工程光伏電站側(cè)按要求配置1套分布式電源采集控制裝置，具備群控群調(diào)控制器功能，滿足與上級調(diào)度主站、現(xiàn)場逆變裝置之間的群控群調(diào)指令上送與下發(fā)。

為滿足供電群控群調(diào)要求，以箱變?yōu)閱挝慌渲孟鄳獢?shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器采集逆變器數(shù)據(jù)后通過箱變測控上傳至光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)。控制系統(tǒng)應具有快速響應的能力，以便及時調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)并對外部環(huán)境的變化做出響應，響應時間控制在1min以內(nèi)，響應精度小于1.5%。

5.                      系統(tǒng)功能

5.1.                      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 實時監(jiān)測主界面圖

5.2.                      歷史事件

Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和進行歷史追溯、查詢統(tǒng)計、事故分析。可以按時間、類型、等級和設備進行查詢。

圖 報警界面圖

5.3.                      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。可以根據(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 電能質(zhì)量在線監(jiān)視界面圖

6.                      結(jié)語

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)依靠清潔、可再生的特點廣泛應用，但發(fā)電量呈顯著的非穩(wěn)定特性，這對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和經(jīng)濟效益構(gòu)成了調(diào)成，因此分布式光伏項目并網(wǎng)時需要配置繼電保護及安全自動裝置并接受調(diào)度主站系統(tǒng)的調(diào)控，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。

參考文獻

[1] 譚大帥,戴彬.分布式光伏管控平臺的設計與實現(xiàn)[J].電氣技術(shù).24(2), 41-51.

[2] 楊麗娜.分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)對配電網(wǎng)的影響[J].科技資訊,2024,22(11)

[3] 王文靜.我國分布式光伏發(fā)電的現(xiàn)狀與展望[J].中國科學院院刊,31(2), 165-172.