摘要：隨著“雙碳”目標的提出，可再生能源的開發(fā)利用已成為必然趨勢。新能源發(fā)電作為能源利用的重要形式，已經(jīng)吸引了越來越多的關(guān)注。相較于大規(guī)模、高電壓、長距離傳輸?shù)募惺桨l(fā)電模式，分布式光伏因其容量小、電壓低、便于就地消納的獨特優(yōu)勢而被廣泛采用，并在近年來呈現(xiàn)出跨越式的發(fā)展態(tài)勢。研究分布式光伏接入對配電網(wǎng)的影響，對于提升電網(wǎng)穩(wěn)定性和人身安全具有重要的意義。

1概述

上海寶鋼阿賽洛屋頂光伏發(fā)電項目（二期）旨在響應(yīng)國家提倡的清潔能源政策，為示范分布式光伏發(fā)電項目。該項目位于廠區(qū)內(nèi)，利用廠房屋頂建設(shè)，總規(guī)模約712.8kWp。由上海寶鋼節(jié)能環(huán)保技術(shù)有限公司投資，位于上海市嘉定區(qū)，通過配電站并網(wǎng)，由嘉定供電公司管理。本文將探討光伏電站接入系統(tǒng)、繼電保護、系統(tǒng)通信及調(diào)度自動化方案。

2現(xiàn)有電網(wǎng)情況

用戶配電站為10kV，配備3臺變壓器，總?cè)萘繛?050kVA。變壓器通過“31本4阿賽洛”線接入10kV本特開關(guān)站，再連接至110kV百安站。目前，光伏系統(tǒng)容量為1200kWp已運行。

現(xiàn)有供電示意圖如下：

用戶配電站現(xiàn)供電示意圖

3新增分布式光伏設(shè)計

光伏組件和支架安裝在一期和二期屋面的低跨區(qū)域，緊鄰已安裝的高跨屋面。屋面為彩鋼瓦結(jié)構(gòu)，跨度55米，長189米，總面積約10000平方米，可利用面積約為75%，光伏設(shè)備占用約5000平方米。原設(shè)計恒荷載為0.3kN/m2，光伏組件和支架增加0.13 kN/m2，導(dǎo)致部分屋面檁條和剛架梁柱強度及穩(wěn)定性不足，需加固。屋面檁條可增加隅撐加固，梁柱則需兩側(cè)貼鋼板加固。

光伏組件示意圖

項目將在廠房東側(cè)電氣室旁的綠化帶內(nèi)安裝升壓變壓器和并網(wǎng)設(shè)備，采用箱式變電站，占地約40平方米。逆變器的交流電將被升壓至10kV并接入高壓開關(guān)柜，通過一條線路連接至廠區(qū)1期電氣室的10KV母排，實現(xiàn)并網(wǎng)。具體設(shè)備位置將根據(jù)施工圖紙確定。此外，該區(qū)域已有一期光伏電站的組件沖洗水箱，二期將擴展屋面上的沖洗管網(wǎng)。

平面關(guān)系示意圖

4 技術(shù)方案

本項目計劃在廠房屋頂安裝712.8kWp的光伏發(fā)電系統(tǒng)，使用國內(nèi)知名品牌的關(guān)鍵設(shè)備如光伏組件、逆變器和變壓器。該系統(tǒng)將直接消耗所發(fā)電量，多余電量將并入電網(wǎng)。發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的直流電通過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電，并升壓至10KV，通過開關(guān)柜接入廠區(qū)電網(wǎng)，滿足負荷需求?？紤]到總變壓器容量和已并網(wǎng)的光伏系統(tǒng)，光伏并網(wǎng)容量將控制在變壓器容量的80%以下。根據(jù)屋面條件，確定光伏項目的容量為712.8kWp。

升壓變壓器及高低壓配電設(shè)備

本項目包括一臺800KVA干式變壓器，額定電壓10.5±2×2.5%/0.38kV，接線組別Dy11，頻率50Hz，適用于戶外，符合國家能效標準。變壓器一次側(cè)連接至交流匯流柜或低壓柜，二次側(cè)連接至10KV進回線，配有開關(guān)柜、PT柜和計量柜，采用預(yù)制艙安裝。開關(guān)柜輸出連接至光伏并網(wǎng)進線柜，通過10KV高壓交流電纜與廠區(qū)10KV母線連接，具體接入方式依據(jù)實際設(shè)計確定。

繼電保護及安全自動裝置

光伏電站采用微機保護系統(tǒng)以確保信息傳輸。保護元件配置遵循《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》。并網(wǎng)線路保護需快速響應(yīng)短路故障，斷開斷路器以切除故障。用戶變電站10kV母線應(yīng)有故障解列裝置，實現(xiàn)緊急控制功能。逆變器必須能快速檢測并斷開孤島效應(yīng)，其防孤島策略應(yīng)符合國家電網(wǎng)規(guī)定。逆變器具備多項保護功能，高壓開關(guān)柜裝有測控保護裝置，所有信息通過通訊上傳至監(jiān)控系統(tǒng)。電站能在故障或異常時迅速斷網(wǎng)，不影響系統(tǒng)正常運行。

新建光伏一次圖

5 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本項目將安裝一套綜合自動化系統(tǒng)，使用安科瑞電氣股份有限公司的Acrel-Cloud1200分布式光伏電力監(jiān)控系統(tǒng)，具備保護、控制、通信和測量等功能，實現(xiàn)對光伏發(fā)電系統(tǒng)和光伏電站的全面自動化管理。逆變器和高低壓設(shè)備的狀態(tài)信號將接入該監(jiān)控系統(tǒng)。

本項目光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)由站控層和就地層組成，采用開放式分層、分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

監(jiān)控系統(tǒng)通過以太網(wǎng)連接就地層，后者按功能和系統(tǒng)獨立分散在逆變器或箱變區(qū)域。即便站控層和網(wǎng)絡(luò)故障，就地層也能獨立監(jiān)測電氣設(shè)備。計算機監(jiān)控系統(tǒng)利用GPRS公網(wǎng)與上海市電力公司進行數(shù)據(jù)通信。

站控層包括服務(wù)器、操作員站和遠動站等，通過計算機網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，提供人機界面以管理控制現(xiàn)場設(shè)備，實現(xiàn)全站監(jiān)控和管理，并能與遠程控制中心通信。

工作流設(shè)備由智能測控、通訊、逆變器數(shù)據(jù)采集單元和多功能電能表組成，包括微機保護、防孤島保護、電能質(zhì)量監(jiān)測、故障解列裝置、多功能儀表、逆變器和箱變測控等主要電氣設(shè)備。它負責(zé)采集和處理現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給監(jiān)控主站，同時接收并執(zhí)行主站的控制命令，執(zhí)行有效性驗證、閉鎖和同步檢測后對設(shè)備進行控制。

光伏發(fā)電單元配備無線發(fā)射的數(shù)據(jù)采集裝置，收集光伏組件、逆變器、測控裝置和智能計量表的數(shù)據(jù)，并通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至監(jiān)控系統(tǒng)以進行實時監(jiān)控。

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

項目配置設(shè)備清單如下表所示：

方案設(shè)備列表

6 系統(tǒng)功能

光伏發(fā)電效率監(jiān)測

通過測控單元和數(shù)據(jù)采集器收集信息，執(zhí)行數(shù)據(jù)校驗和預(yù)處理，實時更新數(shù)據(jù)庫，涵蓋模擬量、數(shù)字量和脈沖量。

（1）模擬量

模擬量包括電量如電流、電壓、有功、無功、頻率、功率因數(shù)，以及非電量如日照強度、風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、氣壓。

（2）數(shù)字量

數(shù)字量涉及逆變器狀態(tài)、故障信號、開關(guān)位置、保護動作和運行監(jiān)視信號等。

實時監(jiān)測主界面圖

分布式光伏電站運維管理

Acrel-Cloud1200光伏監(jiān)控系統(tǒng)報警分為事故和預(yù)告兩類。事故報警涉及非操作導(dǎo)致的斷路器跳閘和保護動作，而預(yù)告報警包括設(shè)備變位、狀態(tài)異常、模擬量超限、計算機站控系統(tǒng)部件異常等。

（1）事故報警

事故發(fā)生時，報警器會發(fā)出聲音警報，監(jiān)控畫面通過顏色變化和閃爍顯示設(shè)備異常，并顯示紅色報警信息。打印機隨即打印報警詳情，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)裝置將報警信息發(fā)送至遠程控制中心。事故報警可通過手動或自動確認。

（2）預(yù)告報警

在預(yù)告報警發(fā)生時，處理方式與事故報警類似，但可通過不同的音響和信息顏色進行區(qū)分，并可選擇性地向遠處發(fā)送信息。

報警界面圖

人機界面

通過顯示器監(jiān)控電氣設(shè)備運行參數(shù)和狀態(tài)，支持雙屏顯示和無級縮放操作，具備平滑漫游和導(dǎo)游圖功能。具有網(wǎng)絡(luò)拓撲分析，動態(tài)著色設(shè)備，區(qū)分帶電設(shè)備顏色。主要顯示畫面包括：

1）監(jiān)視圖展示設(shè)備狀態(tài)和主要電氣量如電流、電壓、頻率、有功、無功，以及環(huán)境數(shù)據(jù)包括氣溫、濕度、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向和日照強度的實時值。

2）網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視圖以圖形和顏色變化展示計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備配置和連接狀態(tài)。

3）實時監(jiān)視圖顯示每臺逆變器的發(fā)電量，以柱狀圖和數(shù)據(jù)表形式進行直觀對比，并提供鏈接以查看發(fā)電量曲線。

4）發(fā)電單元監(jiān)控圖展示各發(fā)電單元詳情，支持手動控制及調(diào)節(jié)運行狀態(tài)。

5）各類保護信息與報告

6）二次保護配置圖展示了各套保護裝置的投入與切除狀態(tài)以及它們的整定值等信息

7）控制操作過程的記錄與報表編制

8）事故追憶記錄報告與事故順序記錄報表

9）趨勢曲線圖和棒狀圖

10）各類統(tǒng)計報告與功能報表等

人機界面一次圖

7 結(jié)語

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)因其清潔、可再生的特性而得到廣泛應(yīng)用。然而，分布式光伏發(fā)電量具有不穩(wěn)定性，這對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和經(jīng)濟效益構(gòu)成了挑戰(zhàn)。因此，當(dāng)分布式光伏項目并入電網(wǎng)時，必須接受調(diào)度主站系統(tǒng)的調(diào)控。這有助于實現(xiàn)用戶和電網(wǎng)中分布式光伏的高比例有序并網(wǎng)，加強分布式光伏的統(tǒng)一管理，推動分布式光伏與大電網(wǎng)的協(xié)調(diào)運行。同時，構(gòu)建一個數(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。

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審核編輯 黃宇