摘要?：在 “雙碳” 戰(zhàn)略深入推進與新型電力系統(tǒng)加速構(gòu)建的背景下，分布式光伏以其清潔低碳特性迎來爆發(fā)式增長，但也因其出力波動性對配電網(wǎng)電壓穩(wěn)定、調(diào)度運行及調(diào)峰能力帶來嚴峻挑戰(zhàn)。本文以上海華電奉賢平高食品 4.4MW 分布式光伏項目為研究載體，創(chuàng)新設(shè)計包含平臺層與設(shè)備層的雙層架構(gòu)分布式光伏管控平臺，針對性開發(fā)小容量工商業(yè)分布式光伏的本地與遠程通信融合方案。通過構(gòu)建高精度光伏采集模型、研發(fā)多源數(shù)據(jù)融合估計算法、設(shè)計面向分布式光伏的有功 / 無功協(xié)同優(yōu)化控制策略等關(guān)鍵技術(shù)突破，實現(xiàn)了對小容量工商業(yè)分布式光伏的全維度可觀、可測、可調(diào)、可控。實際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)有效提升了光伏電站的并網(wǎng)穩(wěn)定性與能源利用效率，為同類項目提供了可復(fù)制的技術(shù)范式。?

安科瑞 許寒月 I88+6I62=9235

關(guān)鍵詞：分布式光伏；光伏管控平臺；遠程通信；協(xié)同優(yōu)化控制?

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”）作為國家 “優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提供更加清潔、可靠的能源” 戰(zhàn)略的重要實踐載體，是上海市奉賢區(qū)典型的工商業(yè)分布式光伏示范工程。項目由上海華電奉賢新能源有限公司投資建設(shè)，通過租賃上海平高食品有限公司廠房屋頂，采用 “自發(fā)自用，余電上網(wǎng)” 的運營模式，既滿足了企業(yè)自身用電需求，又實現(xiàn)了清潔能源的有效利用。?

本文基于該項目實際建設(shè)與運行情況，深入論證了光伏電站接入系統(tǒng)的技術(shù)可行性，系統(tǒng)研究了繼電保護及安全自動裝置的配置方案、系統(tǒng)通信的實現(xiàn)路徑以及系統(tǒng)調(diào)度自動化的運行機制，闡述了 Acrel-1000DP 分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)在項目中的應(yīng)用效果，為類似規(guī)模的分布式光伏項目提供了技術(shù)參考。?

2. 電網(wǎng)接入條件與系統(tǒng)架構(gòu)?

2.1 現(xiàn)有電網(wǎng)情況?

本工程地處上海市奉賢區(qū)航塘公路 1618 號，隸屬于上海市電力公司奉賢供電公司管轄范圍。用戶現(xiàn)有配電站為 10kV 電壓等級用戶站，站內(nèi)配置 4 臺 10kV 變壓器，容量分別為（1250+1600）kVA 和（1250+1600）kVA。其中，用戶甲線變壓器通過 10kV “22 平高食品甲” 線接入利口福開關(guān)站 10kV 一段母線，再經(jīng) “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 “32 平高食品乙” 線接入利口福開關(guān)站 10kV 二段母線，再經(jīng) “梁 33 利口福乙” 線接入 35kV 梁典站 10kV 三段母線，形成了雙路徑的電網(wǎng)接入格局。?

2.2 光伏接入方案?

本期工程光伏組件總?cè)萘繛?4408.085kWp，依據(jù)《國家電網(wǎng)分布式光伏發(fā)電接入系統(tǒng)典型設(shè)計》規(guī)范及現(xiàn)場實際條件，設(shè)置 2 個并網(wǎng)點。光伏組件經(jīng)逆變器逆變后，接入用戶光伏站升壓變高壓側(cè)母線的高壓配電柜。光伏系統(tǒng)通過 10kV 線路分別接入 35kV 梁典站 10kV 一段母線和 35kV 梁典站 10kV 三段母線，實現(xiàn)與電網(wǎng)的可靠連接。?

3. 核心技術(shù)方案設(shè)計?

本項目依托廠房屋頂資源建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)，關(guān)鍵設(shè)備如光伏組件、逆變器、變壓器等均選用國內(nèi)知名品牌產(chǎn)品，確保系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與可靠性。分布式光伏系統(tǒng)所發(fā)電量優(yōu)先滿足廠區(qū)就地消納，采用 “自發(fā)自用，余電上網(wǎng)” 模式，很大化提升能源利用效率。?

項目劃分為 4 個光伏發(fā)電分系統(tǒng)，分別對應(yīng)接入 2 臺 1000kVA 升壓變壓器和 2 臺 1250kVA 升壓變壓器。具體配置如下：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嘟涣麟姟?4 臺 300kW 逆變器分別接入對應(yīng)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)電單元的 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)站采用單母接線方式，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相連，實現(xiàn)與電網(wǎng)的無縫對接。?

3.1 一次系統(tǒng)配置?

本工程新增 10kV 開關(guān)站兩座，配電裝置共 14 面高壓柜，具體包括：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，采用單母線接線方式并入電網(wǎng)，形成了結(jié)構(gòu)清晰、功能完備的一次系統(tǒng)架構(gòu)。?

3.2 繼電保護及安全自動裝置優(yōu)化配置?

本光伏電站內(nèi)主要電氣設(shè)備采用高性能微機保護，確保各類信息能夠準確、及時上送。元件保護嚴格遵循《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》（GB14285－2006）要求進行配置，貫徹執(zhí)行相關(guān)設(shè)計技術(shù)規(guī)程、規(guī)定以及國家電網(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，在滿足系統(tǒng)安全運行的前提下，盡量利用原有系統(tǒng)繼電保護裝置，降低項目成本。?

線路保護：根據(jù)《分布式電源接入系統(tǒng)典型設(shè)計》，當本工程光伏電站線路發(fā)生短路故障時，要求線路保護能夠快速動作，瞬時跳開相應(yīng)的斷路器（即光伏電站的光伏進線柜斷路器），確保全線故障能夠被快速、可靠切除?；诒竟こ虒嶋H情況，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 套高性能方向過流保護裝置，包含方向過流保護功能，方向指向并網(wǎng)線路。該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，確保光伏電站并網(wǎng)線路發(fā)生短路故障時，能夠快速動作跳開相應(yīng)斷路器，滿足全線故障時快速可靠切除故障的要求。?

母線保護：鑒于光伏電站采用單母線接線方式，當母線出線發(fā)生故障時，由母線開關(guān)處配置的方向過流保護切除故障，無需單獨配置母線保護，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了運行效率。?

防孤島措施：光伏電站內(nèi)逆變器具備完善的防孤島保護功能，主要通過頻率偏移、功率變動、電壓相位跳動等多種檢測手段實現(xiàn)，動作時間控制在 100ms～1s 范圍內(nèi)。孤島現(xiàn)象保護是逆變器并網(wǎng)保護中至關(guān)重要且優(yōu)先級別高的保護，要求光伏系統(tǒng)在電網(wǎng)失壓 2s 以內(nèi)停止向電網(wǎng)線路送電。為進一步提升系統(tǒng)安全性，本期光伏電站并網(wǎng)點額外配置 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，其動作時間與電網(wǎng)側(cè)線路重合閘和安全自動裝置動作時間準確配合，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。?

頻率電壓緊急控制：本期在光伏電站側(cè)配置 1 套高精度頻率電壓緊急控制裝置，當系統(tǒng)頻率、電壓超出允許范圍時，能夠快速跳開光伏并網(wǎng)點開關(guān)，防止異常情況對系統(tǒng)造成更大影響。?

4. Acrel-1000DP 監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)與創(chuàng)新設(shè)計?

本項目光伏電站配置 1 套由安科瑞電氣股份有限公司提供的 Acrel-1000DP 分布式光伏電力監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)集保護、控制、通信、測量等功能于一體，實現(xiàn)了光伏發(fā)電系統(tǒng)、開關(guān)站的全功能綜合自動化管理。項目中逆變器、高低壓設(shè)備等的狀態(tài)信號均接入該監(jiān)控系統(tǒng)，形成了監(jiān)測與控制網(wǎng)絡(luò)。?

本項目光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)采用開放式分層、分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主要包括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，就地層按照不同的功能和系統(tǒng)進行劃分，以相對獨立的方式分散在逆變器區(qū)域或箱變中，確保在站控層及網(wǎng)絡(luò)失效的情況下，就地層仍能獨立完成就地各電氣設(shè)備的監(jiān)測任務(wù)，提高了系統(tǒng)的可靠性。計算機監(jiān)控系統(tǒng)通過遠動通信裝置經(jīng)專網(wǎng)與上海市調(diào)度平臺實現(xiàn)遠程通訊，保障了調(diào)度指令的順暢傳遞與執(zhí)行。?

4.1 系統(tǒng)分層功能?

站控層：由通過計算機網(wǎng)絡(luò)連接的監(jiān)控主機兼操作員站、遠動通信裝置等組成，為站內(nèi)運行提供直觀、友好的人機界面，實現(xiàn)對就地層設(shè)備的管理與控制等功能，形成全站監(jiān)控與管理中心，并具備與遠方控制中心通信的標準接口，確保信息的有效交互。?

就地層：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，主要負責(zé)對匯流柜（根據(jù)實際設(shè)計確定是否需要）、逆變器、箱變、并網(wǎng)開關(guān)等現(xiàn)場電氣設(shè)備的直接監(jiān)測與控制。就地層設(shè)備能夠直接采集處理現(xiàn)場的原始數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)準確、及時地傳送給站控層監(jiān)控主站，同時接收站控層發(fā)來的控制操作命令，經(jīng)過嚴格的有效性判斷、閉鎖檢測、同步檢測等環(huán)節(jié)后，對設(shè)備進行準確操作控制，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。?

4.2 通信方案優(yōu)化?

本工程創(chuàng)新采用 EPON（以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)）方式為電廠與調(diào)度之間提供高可靠性的光纜數(shù)據(jù)傳輸通道。在光伏電站新增 ONU 設(shè)備 1 套、24 芯光配單元 1 套，構(gòu)建本工程光伏發(fā)電站至上海市調(diào)的專用通信傳輸通道，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)，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性與準確性。同時，現(xiàn)場測試無線信號滿足通信要求，將其作為備用通道，進一步提高了通信系統(tǒng)的可靠性，保障了系統(tǒng)的正常通信。?

4.3 調(diào)度自動化系統(tǒng)設(shè)計?

4.3.1 調(diào)度自動化現(xiàn)狀?

目前上海市地調(diào) D5000 系統(tǒng)已實現(xiàn)對有關(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功能，所接收的遠動信息主要來自于變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)，形成了較為完善的調(diào)度自動化基礎(chǔ)。?

4.3.2 調(diào)度關(guān)系及調(diào)度管理?

本光伏電站所發(fā)電量采用 “自發(fā)自用，余電上網(wǎng)” 模式，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(shè)計，接受上海市調(diào)的統(tǒng)一調(diào)度與管理，確保與大電網(wǎng)的協(xié)調(diào)運行。?

4.3.3 系統(tǒng)配置及技術(shù)要求?

本工程的系統(tǒng)調(diào)度自動化設(shè)計嚴格遵循《地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度自動化設(shè)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)文件要求，設(shè)計范圍涵蓋有關(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(shè)備通道要求及附屬設(shè)備選擇等方面。?

調(diào)度關(guān)系：本工程建成后，光伏電站按上海市調(diào)管轄進行設(shè)計，納入上海市調(diào)的統(tǒng)一調(diào)度體系，確保電力系統(tǒng)的整體穩(wěn)定運行。?

電能量計費：測量、計量表計均嚴格按照電力行業(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，精度等級為 0.2S 級。主表作為光伏電站上下網(wǎng)電量關(guān)口計量表，其相關(guān)數(shù)據(jù)同步上傳至江蘇電網(wǎng)電能量計量系統(tǒng)，確保電量計量的準確性與公正性。在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)口計量標準。電能表采用高性能靜止式多功能電能表，至少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，本工程電能表精度達到 0.2S 級，計量用互感器的二次計量繞組專用，不接入與電能計量無關(guān)的設(shè)備，且電流互感器、電壓互感器的精度分別達到 0.2S、0.2 級，確保計量數(shù)據(jù)的準確性。?

電能質(zhì)量監(jiān)測裝置：依據(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(shè) 1 套滿足 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，實時監(jiān)測電能質(zhì)量參數(shù)，包括電壓、頻率、諧波、功率因數(shù)等，為系統(tǒng)運行優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。?

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(yīng)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(yīng)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 套高性能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)需求。為滿足供電群控群調(diào)要求，以箱變?yōu)閱挝慌渲孟鄳?yīng)數(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)具有快速響應(yīng)能力，響應(yīng)時間控制在 1min 以內(nèi)，響應(yīng)精度小于 1.5%，確保能夠及時調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)并對外部環(huán)境的變化做出快速、準確響應(yīng)。?

5. Acrel-1000DP 系統(tǒng)核心功能與應(yīng)用效果?

5.1 實時監(jiān)測功能?

Acrel-1000DP 分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)具備友好的人機界面，能夠以配電一次圖的形式直觀展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)等關(guān)鍵電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān)、地刀等的合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。系統(tǒng)還可根據(jù)用戶需求設(shè)計整體界面，方便用戶選擇對應(yīng)配電房、對應(yīng)光伏組件或高壓部分進行詳細查看，實現(xiàn)了對光伏電站運行狀態(tài)的實時掌控。?

5.2 歷史事件追溯與分析?

Acrel-2000 電力監(jiān)控系統(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詳細存儲和有效管理，為用戶對系統(tǒng)事件進行歷史追溯、查詢統(tǒng)計、事故分析提供了便利。用戶可按照時間、類型、等級和設(shè)備等多種條件進行準確查詢，快速定位問題根源，為光伏電站的運維管理提供了有力支持。?

5.3 電能質(zhì)量在線監(jiān)視與優(yōu)化?

在電能質(zhì)量監(jiān)控圖中，用戶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、無功功率等關(guān)鍵電能質(zhì)量信息?；谶@些實時數(shù)據(jù)，運維人員能夠及時掌握現(xiàn)場電能質(zhì)量狀況，針對性地制定并實施應(yīng)對方案，確保光伏電站輸出電能的質(zhì)量滿足電網(wǎng)要求，提高了光伏電站與電網(wǎng)的兼容性。?

6. 結(jié)語與展望?

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)憑借其清潔、可再生的顯著特點在全球范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，但由于其發(fā)電量受光照、溫度等自然因素影響呈現(xiàn)顯著的非穩(wěn)定特性，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和經(jīng)濟效益構(gòu)成了嚴峻挑戰(zhàn)。因此，分布式光伏項目并網(wǎng)，配置完善的繼電保護及安全自動裝置，并接受調(diào)度主站系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)控，以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。?

本項目通過應(yīng)用 Acrel-1000DP 分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了對 4.4MW 分布式光伏電站的精細化管理與控制，有效提升了系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性和能源利用效率。未來，隨著分布式光伏滲透率的進一步提高，需持續(xù)優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析與智能決策能力，加強多能互補與協(xié)同調(diào)度技術(shù)研究，為構(gòu)建更加有效、穩(wěn)定、清潔的新型電力系統(tǒng)提供堅實的技術(shù)支撐。?

審核編輯 黃宇