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更新時間：2024-11-18 
瀏覽次數：512胡冠楠
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定
摘 要：2024年期間，國家能源局有關負責人表示，在能源領域，發展新質生產力的新動能關鍵在于持續推動新能源和可再生能源高質量躍升發展，其中以積極發展分布式新能源就是工作之一。分布式光伏以其靈活且環保的發電特性，正逐步成為推動能源轉型的重要力量。在現代畜牧業中，利用養殖場屋頂及空地部署光伏板，能夠有效利用閑置空間，直接為養殖場提供清潔、可持續的電力供應，顯著降低運營成本。本文探討了分布式光伏監控系統具備的功能，以及為確保養殖場分布式光伏發電站穩定運行的電氣二次配置。
關鍵詞：分布式光伏；養殖場；電氣二次配置
1. 概述
海南農墾集團其前身是與海南省農墾總局實行政企合一的海南省農墾總公司，屬中央直屬三大墾區之一。該集團在海南有多個養殖場，本次工程涉及到紅華養豬場、紅華肉牛繁育場、白沙縣邦溪鎮和牛產業扶貧養殖場等多個項目，通過在廠房屋頂鋪設分布式光伏，實現光伏發電自發自用，余電上網。
紅華養豬場、紅華肉牛繁育場分布式光伏發電項目均處于海南省臨高縣，實際裝機容量分別為5.5MW和1.39MW；白沙縣邦溪鎮和牛產業扶貧養殖場位于海南省白沙黎族自治縣，總建設規模為1.45MW。養殖場內光伏組件安裝在廠房屋頂，經逆變后接入箱變升壓至10kV，再接入廠區內原有用戶10kV母線；
本文主要針對紅華養豬場和紅華肉牛繁育場分布式光伏發電項目介紹光伏電站的電氣二次配置方案，包括保護站內發電運行安全的安全自動裝置屏、完成調度上傳的遠動通訊屏，以及就地部署的Acrel-1000DP分布式光伏系統。
2. 分布式光伏設計
紅華養豬場在養殖棚屋面建設分布式光伏電站，組件采用平鋪設計，共使用單晶硅單面單玻545Wp組件10108片，每28片組件為一串，采用16臺250kW逆變器，根據屋頂情況布置太陽能電池板，所發直流電由逆變器逆變流800V，接入箱變升壓至10kV并入電網，并網形式為自發自用，余電上網。
圖2.1 紅華養豬場光伏接入系統示意圖
紅華肉牛繁育場區采用550W單晶硅組件，安裝50kW組串逆變器1臺,70kW組串逆變器13臺，100kW組串逆變器3臺，110kW組串逆變器1臺,整體光伏發電量1.39MW。項目不設置匯流箱，所有逆變器出線回路均接入升壓變，設置1座10kV箱式變壓器1600kVA，采用10kV電壓等級并網。
圖2.3 紅華肉牛繁育場光伏接入系統示意圖
圖2.4 紅華肉牛繁育場光伏組件布置圖
3. 技術方案
以紅華養豬場分布式光伏項目為例（以下簡稱“本項目"），本項目利用屋頂建設光伏發電系統，所發電量采用就地消納，自發自用、余電上網的模式，光伏發電經逆變器、箱變升壓至10kV，并網接入10kV電網原有線路。
為確保光伏發電系統實現高效、穩定、安全地運行，并順利并入電網，我們配置了繼電保護及安全自動裝置、遠動通訊屏和就地部署的Acrel-1000DP分布式光伏監控系統與AcrelCloud-1200光伏運維云平臺。
3.1.1. 箱變內主要電氣設備
本項目箱變均配備干式三相雙繞組低損耗無勵磁調壓變壓器，容量為2500kVA，電壓等級為10±5%/0.4kV，接線組別為“D，yn11"，交流頻率為50Hz，可以戶外使用，能效等級滿足國家規范要求。
高壓側包含進線柜、PT柜，計量柜，出線柜，高壓配電室要求門加裝電磁鎖，當10kV側帶電時高壓室內門不能打開；低壓側與逆變器連接。箱變內采用專用溫濕度監控器，能測量箱變內部環境溫度，輸出環境溫度測控接點，以滿足變壓器溫度合理運行故障報警跳閘要求及箱變內部正常運行要求。
3.1.2. 繼電保護及安全自動裝置
1）并網線路繼電保護及安全自動裝置
當分布式光伏項目的并網線路發生短路故障時，線路保護應立即啟動，判斷故障并觸發動作，瞬時斷開與故障點相連的并網點斷路器，故障對電網的影響范圍，確保故障能夠被快速且可靠地切除，從而保護其他非故障部分的正常運行。
10kV母線作為關鍵節點，應當配備先進的故障解列裝置，裝置可以實時監測母線頻率和電壓的功能，一旦檢測到異常（如頻率偏離正常范圍、電壓波動過大等），將立即執行緊急控制措施，自動跳開的斷路器（通常是連接光伏系統與電網的專用開關），通過這樣的方式，可以有效防止故障或異常狀況的進一步擴大，保障電網和用戶設備的安全。
2）防孤島檢測
在分布式光伏項目中，為防止孤島現象對電網和人員安全造成威脅，需要配有完善的防孤島方案，需要逆變器的孤島檢測機制、防孤島保護裝置、低壓檢測裝置共同配合，一旦監測到孤島狀態，能夠迅速并自動地與電網斷開連接，此外，該方案還需嚴格遵守國家電網所制定的相關標準和規定，以確保其有效性和合規性。
3.1.3. 運動通訊設備
光伏電站內采用本地監控系統，應具備自動接收并執行調度部門發送的有功功率及無功功率變化的控制指令的能力。同時站內配置智能邊緣計算網關，接入省級配網自動化主站，上傳臨高縣調，采集上傳的信息量應滿足調度機構的運行需求，包括并網設備狀態、并網點電壓、電流、有功功率、無功功率和發電量等，調控應實時監視運行情況。
4. 系統結構
本項目致力于構建一個智能的光伏電站管理體系，集成了一套先進的分布式光伏監控系統Acrel-1000DP與光伏運維云平臺AcrelCloud-1200，來實現對整個光伏發電站的掌控與優化，系統網絡結構為分層、分布式，整體可分為三層：
第一層：站控層。在值班室設置操作員站，采用C/S架構分布式光伏監控系統，配置工控機和管理軟件，工控機主要完成對光伏電站的數據集抄和界面顯示功能；同時配置光伏運維云平臺，采用B/S架構，支持多平臺、多終端網絡訪問，形成了全站監控、管理，并具備與遠方控制中心通信的接口。
第二層：通信層。通訊管理機以相對獨立的方式分散在逆變器區域或箱變中，將整理分析采集到的數據，并通過網絡或者4G上傳至光伏服務器和系統，確保在站控層網絡失效的情況下，仍能獨立完成就地各電氣設備的監測。
第三層：設備層。主要包括微機保護、防孤島保護、電能質量在線監測裝置、故障解列裝置、多功能儀表、逆變器、箱變測控等設備。可以直接采集處理現場的原始數據，通過通信層傳送給站控層，同時接收站控層發來的控制操作命令，經過有效性判斷、閉鎖檢測、同步檢測等，對設備進行操作控制。
圖4.1系統網絡示意圖
項目配置設備清單如下表所示：
表4.1 方案設備列表
5. 系統功能
5.1.1. 綜合看板
在分布式光伏電站的管理與運營中，需要一個高效、直觀的綜合看板，該看板集成了發電功率監測、裝機容量記錄、發電量統計以及光伏收益計算等核心功能，同時特別突出了對環保貢獻的量化評估，包括計算二氧化碳減排量和節約的噸標煤量。
5.1.2. 分布式光伏電站運維管理
分布式光伏運維平臺的報警處理分事故報警和預告報警。前者包括非操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動作信號，后者包括一般設備變位、狀態異常信息、模擬量越限/復限、計算機站控系統的各個部件、就地單元的狀態異常等，針對不同等級的報警，處理方式有所區別，預告報警會有選擇地向遠方發送。
平臺提供設備管理模塊，允許運維人員對設備進行遠程配置、參數調整、軟件升級等操作，這些功能可以大幅提高運維效率，降低現場操作成本。平臺靈活的配置選項，允許用戶根據自己的需求對平臺進行定制和擴展。
圖5.2 設備管理界面
5.1.3. 光伏發電效率監測
平臺集成了多項關鍵功能，來保障和提升電站的運營效能與經濟效益。基于其強大的數據分析與統計能力，可以計算電站的年利用小時數，能夠客觀評估電站的發電效率和使用效率，為運維團隊提供改進方向。同時，電站收益統計功能則根據發電數據和電價政策等因素，自動計算出電站的年度、季度或月度收益情況，為投資者和管理層提供直觀、準確的財務數據支持，助力決策制定與優化。
逆變器負責將光伏電池產生的直流電轉換為交流電并送入電網，其工作狀態直接影響到電站的發電效率和穩定性。所以平臺提供逆變器狀態查詢功能，通過實時查詢逆變器的工作狀態、轉換效率及故障信息，運維團隊可以及時發現并解決逆變器的問題，確保電站的發電效率和穩定性得到保障。
圖5.3 發電站監測界面
6. 結語
分布式光伏發電作為分布式能源之一，在我國實踐中通常包括戶用光伏、工商業分布式光伏，而在畜牧業中應用分布式光伏發電，可以做到生態效益和經濟效益“雙豐收"，同時也可以促進碳減排目標的實現，為構建綠色、智能、可持續的現代養殖業提供了強有力的支持。本文介紹了畜牧業中分布式光伏監控系統與光伏運維平臺相結合的方案，通過集成數據采集、數據傳輸、數據存儲、數據處理分析以及遠程監控、設備管理等功能，顯著提高了光伏發電系統的運行效率和可靠性，降低了運維成本。
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