胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

摘要：隨著全球對可再生能源的需求不斷增長，太陽能作為一種清潔、可持續的能源技術，得到了越來越廣泛的應用。本項目通過在屋頂安裝光伏組件，將太陽能轉化為電能，然后通過逆變器將直流電轉換為交流電，最終將電能全部并入電網，構建了一個總容量為5.98WM的分布式光伏10kV并網系統，以實現太陽能的有效利用和并網發電。該項目采用全額上網的方式，分布式光伏發電具有環保、節能、可再生等優點，能夠有效地減少二氧化碳等溫室氣體的排放，同時還能夠為用戶帶來一定的經濟效益。

關鍵詞：分布式光伏；全額上網；節能、環保;

1. 概述

太陽能可利用量巨大，據估算一年內到達地球表面的太陽能總量折合標準煤共約1.892*1013千億噸，是目前世界已探明主要能源的一萬倍[1]。大力開發太陽能、風能等新能源和可再生能源利用技術將成為減少環境污染的重要措施[2]。

分布式光伏發電特指采用光伏組件，將太陽能直接轉換為電能的分布式發電系統。[3]分布式光伏運行方式分為全額上網、自發自用、自發自用余電上網三種運行方式，本項目采用全額上網的運行方式，此運行方式將所發電量全部用于上網。

本項目采用高效光伏組件，總容量為5.98WM，本項目電量結算原則為：全額上網。項目計劃2024年3月底建成投產。選用Acrel光伏二次設計方案，利用光伏監控系統具備智能監控、保護裝置具有穩定可靠等特點。配置適配的逆變器，將光伏組件產生的直流電轉換為交流電，以滿足并網要求。本項目的實施將為當地提供清潔、可再生的電力能源，有助于減少對傳統能源的依賴，降低碳排放。

2. 系統結構

本項目modbus485和IEC60303-3-103相結合的方式對數據進行采集傳輸。現場設備層的四套并網逆變器、匯流箱、箱變測控裝置分別利用modbus485將數據傳輸到光伏發電單監控裝置，通過光纖將數據傳輸到網絡通訊層的縱向加密裝置進行是數據的傳輸，放置在二次艙的網絡通信柜中的通訊管理機、公用測控及電能質量柜中的測控裝置、電能質量裝置、頻率電壓緊急控制柜的頻率電壓緊急控制裝置利用網線連接到交換機，10kv就地分散保護裝置主要布置在一次艙利用裝置自身攜帶的網口全部連接到間隔層以太網交換機，再由以太網交換機傳輸到站控層交換機由此完成數據從間隔層到站控層的傳輸。

項目對時：本項目采用GPS與北斗兩種衛星進行對時，保證了項目設備對時的準確性。對時裝置分別利用以太網連接入站控層交換機從而完成對站控層監控室裝置與遠動上傳裝置的對時，利用IRIG-B通過接線的方式對一次艙二次艙的保護裝置進行對時，保證設備時間的一致。

操作員兼五防工作站：配備了一套變電站綜合自動化系統軟件（Acrel-1000DP光伏監控系統）在windows操作系統的環境下實現了對現場保護設備和儀表設備的數據監視與管理，可以實時監測分布式光伏發電系統的電壓、電流、功率等參數，可以通過網絡將數據傳輸到監控中心。遠程控制：可以通過監控中心對分布式光伏發電系統進行遠程控制，如逆變器開關機、調節功率等。數據分析：可以對監測到的數據進行分析，如發電量、能耗等，為用戶提供決策支持。報警功能：可以設置報警閾值，當系統出現異常情況時，會及時發出報警信號，提醒用戶進行處理。兼容性強：可以與多種品牌的逆變器和數據采集器兼容，方便用戶進行系統集成等特點配置五防工作站保證操作人員的人身的安全防止在操作時電氣誤操作確保變電站的安全運行。包括防止誤分、合斷路器防止帶負荷分、合隔離開關等確保了操作的安全性。項目還配備了光功率預測服務器，在數據的傳輸中加入防火墻確保數據的安全。

圖1 監控系統網絡結構圖

3. 項目概況

該項目采用“全額上網"模式，利用原有的電源點作為光伏高壓并網點并入電網端，并網點設置集電線路柜，站用變柜，SVG柜，PT柜，計量柜，并網出線柜。新增的光伏系統配置自動化系統，實時采集并網信息，信息上傳至當地調控中心DMS系統。光伏發電逆變器電源電壓，經室內升壓變升壓至10kV后,通過高壓電纜接入新增的10kV光伏高壓柜,并入原10kV市電高壓柜。

圖2 光伏電站一次系統圖

3.1. 客戶需求

3.1.1. 繼電保護及安全自動裝置需求

繼電保護及安全自動裝置是電力系統中的重要組成部分，其主要作用是保護電力設備和電力系統的安全穩定運行。需要滿足以下要求：

1.可靠性：繼電保護及安全自動裝置應具有高度的可靠性，能夠在電力系統出現故障時及時、準確地動作，以保護電力設備和電力系統的安全。

2.選擇性：繼電保護及安全自動裝置應具有選擇性，能夠準確地判斷故障點，并僅對故障點附近的電力設備進行保護，避免不必要的停電范圍。

3.靈敏性：繼電保護及安全自動裝置應具有靈敏性，能夠在電力系統出現故障時及時動作，以保護電力設備和電力系統的安全。

4.速動性：繼電保護及安全自動裝置應具有速動性，能夠在電力系統出現故障時快速動作，以縮短故障時間，減少故障損失。

5.適應性：繼電保護及安全自動裝置應具有適應性，能夠適應不同的電力系統運行方式和故障類型，以保證其在各種情況下的可靠性和有效性。

6.可維護性：繼電保護及安全自動裝置應具有可維護性，能夠方便地進行維護和檢修，以保證其長期穩定運行。

3.1.2. 電能質量在線監測需求

光伏項目電能質量在線監測的需求包括實時監測、數據分析和報警、數據存儲和查詢、遠程監測和控制、兼容性和擴展性以及安全性和可靠性等方面。以下是光伏項目電能質量在線監測的需求：

1.實時監測：需要實時監測光伏項目的電能質量，包括電壓、電流、頻率、功率因數等參數，以及電能質量指標如諧波、閃變、電壓暫降等。

2.數據分析和報警：需要對監測到的數據進行分析和處理，及時發現電能質量問題，并發出報警信號，以便及時采取措施解決問題。

3.數據存儲和查詢：需要對監測到的數據進行存儲和管理，以便后續查詢和分析。

4.遠程監測和控制：需要支持遠程監測和控制，方便管理人員隨時隨地了解光伏項目的電能質量情況，并進行遠程控制和調整。

5.兼容性和擴展性：需要具備良好的兼容性和擴展性，能夠適應不同類型和規模的光伏項目，并能夠與其他監測系統進行集成和聯動。

6.安全性和可靠性：需要具備良好的安全性和可靠性，保證監測數據的準確性和完整性，防止數據泄露和丟失。

3.2. 技術方案

3.3.1繼電保護及安全自動裝置解決方案

針對繼電保護及安全自動裝置的需求，我司使用以下保護設備以滿足電力安全的需求。

1.線路保護測控裝置：光伏電站線路發生短路故障時，線路保護能快速動作，瞬時跳開相應并網點斷路器，滿足全線故障時快速可靠切除故障的要求。

2.電容器保護裝置：在高壓配電室10kVSVG柜，裝設1套電容器保護裝置，實現欠電壓，過電壓，零序電壓，不平衡電壓保護，異常緊急控制功能，跳開電容器斷路器。

3.頻率電壓緊急控制裝置：實現變電站低周低壓減載控制,具有測量兩段母線或兩條聯絡線的電壓、頻率，作為判別依據。

4.公共測控裝置：適用于中壓配電系統的進線、大容量主變壓器出線回路，實現電參量遙測、開關狀態與告警信號遙信功能。

5.防孤島保護裝置:針對電網失壓后分布式電源可能繼續運行、且向電網線路送電的情況提出。孤島運行一方面危及電網線路維護人員和用戶的生命安全，干擾電網的正常合閘；另一方面孤島運行電網中的電壓和頻率不受控制，將對配電設備和用戶設備造成損壞。防孤島裝置應具備線路故障時，確保電源能及時斷開與電網連接，確保重合閘能正確動作。

6.光伏電站本體應具備故障和異常工作狀態報警和保護的功能。

7.光伏電站應支持調度機構開展"四遙"(遙測、遙信、遙控、遙調)應用功能。

8.恢復并網：當光伏發電系統因電網擾動脫網后，在電網電壓和頻率恢復到正常運行范圍之前，光伏發電系統不允許并網；在電網電壓和頻率恢復正常后，通過10kV電壓等級并網的分布式電源恢復并網應經過電網調度機構的允許。

9.系統繼電保護應使用專用的電流互感器和電壓互感器的二次繞組，電流互感器準確級宜采用5P、10P級，電壓互感器準確級宜采用0.5、3P級。

10.光伏電站內需配置直流電源屏(帶蓄電池)和UPS電源，供新配置的保護裝置、測控裝置、電能質量在線監測裝置等設備使用。

3.3.2電能質量在線監測解決方案

對于電能質量在線監測的需求，使用我司APView500電能質量在線監測裝置。APView500電能質量在線監測裝置采用了高性能多平臺和嵌入式操作系統，遵照IEC61000-4-30《測試和測量技術-電能質量測量方法》中歸定的各電能質量指標的測量方法進行測量，集諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監測、電壓不平衡度監測、事件記錄、測量控制等功能為一體。裝置在電能質量指標參數測量方法的標準化和指標參數的測量精度以及時鐘同步、事件標記功能等各個方面均達到IEC61000-4-30 標準，能夠滿足110KV及以下供電系統電能質量監測的要求。

裝置采用基于Xilinx SoC構架的雙ARM內核處理器，ARM1運行嵌入式Linux、TCP/IP協議、Http協議、Web服務器、電能質量數據的存儲、統計、分析，ARM2用來數據采樣、電能質量數據計算。裝置每周波采樣高達1024點，具備高測量精度能準確記錄故障波形。采用eMMC進口高速存儲芯片容量達到32GB，可以長期存儲事件記錄與故障波形等數據。具備友好的人機界面，800*480像素點陣彩色大尺寸液晶可就地查看實時波形與故障波形，方便用戶故障分析。

裝置具有豐富的接口資源，具有四路交流電壓，四路交流電流，十六路可編程無源繼電器出口，二十二路有緣開關量輸入，兩路支持Modbus485的通訊接口，具有三個支持IEC60303-3-103以及IEC61850MMS的以太網接口，支持IRIG-B方式對時，具有專屬的以太網調試接口，以及USB調試接口。

3.3. 配置設備清單

3.4現場應用圖

圖3 光伏電站屏柜布置圖

圖4 安全自動裝置屏柜布置圖

圖5 光伏電站監控主機臺布置圖

4. 系統功能

4.1. 電能質量監視

在電能質量監控圖中，可以直接查看電能質量裝置的運行狀態、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、無功功率等電能質量信息。可以根據這些信息監測現場電能的質量，及時的做出應對方案。

圖6 電能質量監視界面圖

4.2. 網絡拓撲圖

系統支持實時監視接入系統的各設備的通信狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構；可在線診斷設備通信狀態，發生網絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

圖7 站內設備系統網絡拓撲圖

4.3. 曲線查詢

在曲線查詢界面可以直接查看各電參量曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數等曲線。

圖8 曲線查詢界面圖

5. 結語

分布式光伏全額上網項目是推動可再生能源發展的重要舉措，通過充分利用太陽能資源，為社會提供清潔、可持續的電力供應。光伏發電是全球能源科技和產業的重要發展方向，是具有巨大發展潛力的朝陽產業[4]。該項目的實施可以有效地推動可再生能源的發展，減少對傳統能源的依賴，降低能源消耗和環境污染。通過分布式光伏的應用，我們成功實現了太陽能的利用，為社會提供了清潔、可持續的電力供應。在未來的發展中，我們將繼續努力，為推動可再生能源的發展和應用做出更大的貢獻。同時，我們也將不斷提高技術水平和管理水平，確保項目的順利實施和運行，為社會和環境的可持續發展做出積極貢獻。

參考文獻

[1]王繹，葉楊，張曉梅，等.分布式光伏發電系統電氣設計與分析[J].云南電力技術論壇論文集，2014：308

[2]劉鑒民.太陽能利用原理.技術工程[M].北京：化學工業出版社，2009.

[3]網長貴，王斯成主編，太陽能光伏發電實用技術[M].北京：化學工業出版社2009.

[4]張國輝.分布式光伏發電項目后評價研究.[D].工程碩士論文，2015.