分布式光伏監控系統10KV并網系統中的應用

摘要：隨著我國社會的不斷進步,經濟得到迅速的發展,城市化進程也逐漸加快。城市電力配電網絡的供電壓力逐漸增加,傳統的發電技術已經不再適用于目前城市電力配電的發展現狀。傳統發電技術電力轉化的效率比較低,對空氣的污染也比較大,不利于城市環境的保護以及經濟的持續發展。分布式光伏發電作為一種可再生能源技術，得到了越來越廣泛的應用。本項目旨在利用分布式光伏發電技術，實現自發自用、余電上網，提高能源利用效率，降低能源成本，同時減少對傳統能源的依賴，促進可持續發展。

關鍵詞：分布式光伏；自發自用，余電上網；可持續發展;

1. 概述

我國擁有豐富的清潔可再生能源資源儲量，積極開發利用可再生能源，為解決當前化石能源短缺與環境污染嚴重的燃眉之急提供了有效途徑[1]。但是可再生能源的利用和開發，可再生能源技術的發展和推廣以及可再生能源資源對環境保護的正向影響，卻遠遠沒有達到理想的水平。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]。

光伏發電主要包括集中式光伏發電和分布式光伏發電兩類。集中式光伏發電一般為大型地面光伏電站;分布式光伏發電主要指小型分散式光伏電站，其應用形式主要為屋頂分布式光伏發電[3]。集中式光伏電站的投資大、建設周期長、占地面積大;而分布式光伏電站的投資小、建設周期短、政策支持力度大且選址自由等，本項目采用分布式光伏發電的運行方式，在廠區的屋頂進行安裝光伏發電設備進行發電。

本項目采用高效光伏組件，總容量為4.03WM，本項目電量結算原則為：自發自用，余電上網。項目計劃2024年6月底建成投產。本項目二次設計選用安科瑞Acrel-1000DP分布式光伏監控系統解決方案，光伏監控平臺采用在國產麒麟操作系統下運行，使得本地保護、監控方案更為穩定可靠。通過本次分布式光伏的投建與實施，為用戶提供了清潔、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。

圖1 項目現場圖

2. 解決方案

本項目為屋頂分布式光伏項目，該項目的容量為4.03MW，項目采用自發自用余電上網的消納方式。利用原有的電源點作為光伏高壓并網點并入電網端，并網點設置光伏進線柜柜，站用變柜，SVG柜，PT柜，計量柜，出線總柜，并網柜。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為1000V，經箱變升壓變升壓至10kV后,通過高壓電纜接入新增的10kV光伏進線柜,通過并網柜并入原10kV市電高壓柜。項目采用Acrel-1000DP光伏監控平臺，操作使用了國產麒麟系統。監控平臺具有對全站數據的實時觀測、事故告警提示等功能。

圖2 光伏電站一次系統圖

3. 系統結構

現場設備主要分為三部分，就地高壓柜、二次保護裝置柜、箱變。就地高壓保護裝置根據不同功能安裝在對應的高壓柜對電力進行保護。二次保護裝置柜配備防孤島保護，公共測控裝置、頻率電壓緊急控制裝置、電能質量裝置，對時裝置以及采集上傳設備，二次保護裝置主要對一次設備進行保護、廠站內的數據采集與調度上傳。箱變安裝有數采儀對逆變器的數據進行采集。

系統可分為三層結構：即現場設備層、網絡通訊層、和平臺管理層。

現場設備層：箱變微機保護、電能質量在線監測裝置、頻率電壓緊急控制裝置、多功能儀表、計量表等裝置用于采集站內配電柜內電氣運行參數、開關狀態等數據，同時在10kv變電所配置直流電源，保障現場設備良好的運行環境。

網絡通訊層：包含安科瑞智能網關。網關主動采集現場設備層設備的數據，并可進行規約轉換，數據存儲，分散10kV變電站通過數據采集箱（內置智能網關）采集數據通過光纖上傳至通信室分布式光伏監控系統統平臺；同時網關充當遠動通信裝置，將現場設備數據采集后通過交換機經縱向加密數據加密后上傳調度網。

平臺管理層：分布式光伏監控系統平臺、國網宿遷供電公司調度控制中心平臺。

圖3 監控系統網絡結構圖

3.1. 功能需求

3.1.1. 繼電保護及安全自動裝置需求

分布式電源繼電保護和安全自動裝置配置應符合相關繼電保護技術規程、運行規程和反事故措施的規定，裝置定值應與電網繼電保護和安全自動裝置配合整定，防止發生繼電保護和安全自動裝置誤動、拒動，確保人身、設備和電網安全。10kV接入的分布式電源，保護和安全自動裝置配置還應滿足《繼電保護和安全自動裝置技術規程》（GB/T14285-2006）。

1.線路保護裝置：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.防孤島保護裝置：防孤島檢測需滿足GB/T19964-2012《光伏發電站接入電力系統技術規定》、Q/GDW617-2011《光伏電站接入電網技術規定》等規范文件的要求。分布式電源應具備快速監測孤島且立即斷開與電網連接的能力，防孤島保護動作時間不大于2S,其防孤島保護應與配電網側線路重合閘和安全自動裝置動作時間相配合。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。

4.光伏電站內需具備直流電源，供10kV保護及測控裝置，電能質量在線監測裝置等設備使用。光伏電站內需配置交直流一體化電源，供關口電能表、電能量終端服務器、交換機等設備使用。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0.2S、10P級，電壓互感器準確級宜采用0.2、3P級。

5.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。

6.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。

7.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。

3.1.2. 調度自動化需求

光伏電站應滿足江蘇電力調度控制中心關于印發《發電企業自動化系統接入配置指導意見》的通知（電調〔2018〕40號）有關自動化規定：10kv接入的分布式電源，信息采集、控制調節等應滿足江蘇電力調度控制中心關于印發《光伏電站接入電網技術規定》（Q/GDW617-2011）、《光伏發電站接入電力系統技術規定》（GB/T19964-2012）要求。光伏電站投運后，由區調調度，并由區級供電公司對運行進行管理。因此，需建立光伏電站至區調的調度通信以及運動等信息和數據傳輸通道。

10kv光伏電站本體需配置配電自動化終端監控系統，具備與電網調度機構進行雙向通信的能力，能夠實現遠程監測和控制功能，應能接收、執行調度端遠方控制解/并列、啟停和發電功率的指令，具備群調群控及遠動功能，有關光伏電站本體信息的采集、處理采用監控系統來完成，具備符合相關標準通信協議的遠傳功能。光伏電站配電自動化終端監控系統實時采集并網運行信息，主要包括主斷路器狀態、并網點開關狀態(具備遙控功能)、并網點電壓和電流、光伏發電系統有功功率和無功功率、光伏發電量、頻率等，上傳至市供電公司配網自動化系統主站，再由市供電公司調度中心將數據下發至縣調，當調度端對分布式電源有功功率和無功電壓有控制要求時，就地監控系統應能夠接收和執行上級調度主站系統的控制命令。

根據上述調度自動化需求，本項目采用104有線、101無線兩路通道進行數據數據調度上傳。利用安科瑞遠動網關進行數據的調度上傳，通過方天裝置與調度之間建立的無線101通道進行數據101上傳；通過ONU裝置與調度之間建立的有線104通道進行數據104上傳。本項目具有AGC控制，通過AGC控制裝置采集數采儀數據，匯總數采儀數據，利用內部邏輯進行處理后輸出群調群控信號，群調群控信號利用網關采集后上傳到調度，調度可以設置發電功率命令通過網關下發到AGC控制裝置，調節逆變器的發電功率。

3.1.3. 電能質量在線監測需求

太陽能光伏發電系統通過光伏組件將太陽能轉化為直流電位的正弦波電流，并入電網，在將直流電

能經逆變轉換為交流電能的過程中，可能會產生大量諧波及直流分量。

根據《光伏電站接入電網技術規定》（Q/GDW617-2011）、江蘇省電力公司《光伏電站接入系統導則（2010年版）》及《分布式電源接入系統典型設計》（國家電網公司）規定，為保證對電能質量的有效監控，光伏電站側、宿遷市城區開發投資有限公司10kV配電房側配置1套滿足GB/T19862《電能質量監測設備通用要求》的A類電能質量監測裝置，用于分布式光伏項目的電能質量指標的監測。

電能質量在線監測數據需上傳至相關主管機構。

3.2. 配置設備清單

根據3.2所述的光伏監控系統需求，安科瑞電氣配置1套完整的分布式光伏監控系統，詳細設備清單如表1。

3.3. 典型設備介紹

AMSSE-IS防孤島裝置主要用于35KV、10KV以及低壓380V光伏發電、燃氣發電等新能源并網供電系統。具有三段式過流保護、反時限保護、兩段式零序IO過流/IO反時限過流保護等保護功能。防孤島裝置具有以下作用1：保護人員安全：在電網或光伏側失電時，防孤島裝置能迅速動作，切斷并網點，避免維修人員在不知情的情況下接觸帶電部分，從而保障其生命安全。2：防止電網沖擊和設備損壞：通過快速切斷連接，防孤島裝置防止了孤島效應可能導致的電壓和頻率異常，從而避免了這些異常對電網和光伏設備造成的沖擊和損壞。3：提高系統可靠性：通過實時監測和快速響應，防孤島裝置有助于維持光伏并網系統的穩定性，從而提高其與大電網的功率平衡，增強系統的整體可靠性。

APView500PV電能質量在線監測裝置采用了高性能多核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》中規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、事件告警功能等各個方面均達到了國家標準要求，能夠滿足通過0.4-35kV電壓等級并網的分布式光伏發電系統要求，廣泛適用于工業廠房、商業屋頂、物流基地、機場交通、高速服務區等行業的分布式光伏并網點電能質量監測。電能質量在線監測裝置的作用主要包括實時監測電能質量參數、?分析電能質量問題、?提高電能利用效率、?保障電氣設備安全運行、?降低電能損耗、?預防電力事故、?提高用戶滿意度等。實時監測電能質量參數：?通過監測電網中的電壓、?電流等參數，?及時發現電能質量問題，?如電壓波動、?電流諧波、?電能失真等。分析電能質量問題：?通過對監測數據的分析，?可以深入了解電能質量問題的性質、?原因和影響，?為后續的處理提供依據。提高電能利用效率：?通過監測和分析電能質量問題，?可以采取相應的措施來改善電能質量，?從而提高電能利用效率，?減少能源浪費。提高用戶滿意度：?通過監測和分析電力系統的運行狀況，?幫助電力系統管理人員了解電力系統的運行狀況，?及時調整電力系統的負載和運行模式，?提高電力系統的效率，?減少能源浪費，?降低能源成本，?從而提高用戶滿意度。

3.4. 現場應用圖

圖4 光伏電站屏柜布置圖

圖5 直流屏柜布置圖

4. 系統功能

4.1. 主接線界面圖

在此界面可以查看配電室內高壓保護柜的電量參數，監視斷路器和手車的狀態，在遠方狀態時可以遙控斷路器的分合，監視高壓柜保護裝置的參數，能夠及時的發現異常，及時做出相應的處理。

圖7 主接線界面圖

4.2. 電能質量監視界面圖

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8 電能質量監視界面圖

4.3. 網絡拓撲界面圖

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9 站內設備網絡拓撲圖

4.4. 逆變器監視界面圖

此界面可以監視逆變器的電流電壓等電參量數據，逆變器的發電有功功率，總發電量以及故障告警信息。通過友好的用戶界面的分析功能，?能夠及時發現并解決潛在問題，?確保光伏發電系統的可靠和穩定運行。?

圖10 逆變器監視界面圖

4.5. 實時曲線監視界面圖

此界面選擇所要設備的電量，查看電量的實時曲線，便于現場人員查看電參量的變化情況，利用曲線的變化情況更加直觀的展示出現場電量的變化方便分析現場運行狀態。?

圖11 實時曲線監視界面圖

5. 結語

光伏發電是我國重要的戰略性新興產業，大力推進光伏發電應用對優化能源結構、保障能源安全、改善生態環境、轉變城鄉用能方式具有重大戰略意義[4]。分布式光伏發電應用范圍廣，在城鄉建筑、工業、農業、交通、公共設施等領域都有廣闊應用前景，既是推動能源生產和消費革命的重要力量，也是促進穩增長調結構促改革惠民生的重要舉措。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]張欣，分布式光伏發電項目綜合效益評價研究[D].工程碩士論文，2014.

[2]肖琳，現代分布式光伏在我國發展趨勢研究[M].2023.第13535期.

[3]李明東，李婧雯主編，“雙碳”目標下中國分布式光伏發電的發展和展望[J].2023.第五期.

[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.