Acrel-1000DP分布式光伏系統在某重工企業(yè)18MW分布式光伏中應用

摘 要：分布式光伏發(fā)電特指在用戶(hù)場(chǎng)地附近建設，運行方式以用戶(hù)側自發(fā)自用、余電上網(wǎng)，且在配電系統平衡調節為特征的光伏發(fā)電設施，是一種新型的、具有廣闊發(fā)展前景的發(fā)電和能源綜合利用方式，它倡導就近發(fā)電，就近并網(wǎng)，就近轉換，就近使用的原則，不僅能夠有效提高同等規模光伏電站的發(fā)電量，同時(shí)還有效解決了電力在升壓及長(cháng)途運輸中的損耗問(wèn)題,發(fā)展分布式光伏發(fā)電對優(yōu)化能源結構、實(shí)現“雙碳目標"、推動(dòng)節能減排、實(shí)現經(jīng)濟可持續發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞：分布式光伏；自發(fā)自用；余電上網(wǎng)；“雙碳目標"

0 概述

光伏發(fā)電具有顯著(zhù)的能源、環(huán)保和經(jīng)濟效益，是綠色能源之一，在我國平均日照條件下安裝1 千瓦光伏發(fā)電系統，1 年可發(fā)出1200 度電，可減少煤炭(標準煤)使用量約400 千克，減少二氧化碳排放約1 噸。根據世界自然基金會(huì )研究結果：從減少二氧化碳效果而言，安裝1平米光伏發(fā)電系統相當于植樹(shù)造林100 平米，目前發(fā)展光伏發(fā)電等可再生能源是根本上解決霧霾、酸雨等環(huán)境問(wèn)題的有效手段之一。

1 系統結構

分布式光伏監控系統是指：通過(guò)執行規定功能來(lái)實(shí)現某一給定目標的一些相互關(guān)聯(lián)單元的組合，利用計算機技術(shù)、現代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信息處理技術(shù)等實(shí)現對變電站二次設備的功能進(jìn)行重新組合、優(yōu)化設計，對光伏電站全部設備的運行情況執行監視、測量。

系統可分為三層結構：即現場(chǎng)設備層、網(wǎng)絡(luò )通訊層和平臺管理層。

現場(chǎng)設備層：包含微機保護、電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置、故障解列裝置、多功能儀表、計量表等設備，用于采集站內配電柜內電氣運行參數、開(kāi)關(guān)狀態(tài)等數據，同時(shí)分別在10kV變電所配置多套直流電源，保障現場(chǎng)設備良好的運行環(huán)境。

網(wǎng)絡(luò )通訊層：包含ANet-2E4SM智能網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)主動(dòng)采集現場(chǎng)設備層設備的數據，并可進(jìn)行規約轉換，數據存儲，分散10kV變電站通過(guò)數據采集箱（內置智能網(wǎng)關(guān)）采集數據通過(guò)光纖上傳至通信室分布式光伏監控系統統平臺；同時(shí)網(wǎng)關(guān)充當遠動(dòng)通信裝置，將現場(chǎng)設備數據采集后通過(guò)交換機經(jīng)縱向加密數據加密后上傳調度網(wǎng)。

平臺管理層：分布式光伏監控系統平臺、國網(wǎng)漳州供電公司調度控制中心平臺。

2 解決方案

本項園區采用10kV供電，電源接入點(diǎn)為4處，變壓器總容量為5600+3250+800+3150=12800kVA。

在1#高計配電房東南測新建一座18.8M*4.5M配電房做為1#光伏配電房；在7#高計配電房東測新建一座6.2M*7.2M配電房做為2#光伏配電房；在5#配電房西測新建一座18.8M*5M配電房做為3#光伏配電房。三個(gè)高壓并網(wǎng)點(diǎn)采用XGF10-Z-1國網(wǎng)典型設計方案。

該項目為一般廠(chǎng)房用電，按三級負荷要求供電，10kV采用單母線(xiàn)接線(xiàn)方式。擬在重工企業(yè)內十二個(gè)屋面建設17.99985MWp分布式光伏發(fā)電項目，項目采用“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)"模式，共利用原有三個(gè)電源點(diǎn)作為光伏高壓并網(wǎng)點(diǎn)并入電網(wǎng)端，每個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)均設置光伏進(jìn)線(xiàn)柜、光伏并網(wǎng)計量柜、光伏出線(xiàn)柜。新增的光伏系統配置自動(dòng)化系統，實(shí)時(shí)采集并網(wǎng)信息，信息上傳至當地調控中心DMS系統。光伏發(fā)電逆變器電源電壓為800V，經(jīng)室內升壓變升壓至10kV后,通過(guò)高壓電纜接入新增的10kV光伏高壓柜,并入原10kV市電高壓柜。

2.1.方案綜述

本次工程為17.99985MWp的分布式光伏發(fā)電項目，項目采用“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)"模式，新建1#、2#、3#光伏配電室，分別接入三個(gè)區域屋頂光伏發(fā)電設備。根據用戶(hù)配電系統管理需求，需要對10kV開(kāi)關(guān)柜、光伏逆變器、交直流系統等進(jìn)行全方面監控與保護，及時(shí)發(fā)現故障故障，保證配電系統可靠運行。

在3#光伏配電室配置一套Acrel-1000DP分布式光伏監控系統，通過(guò)通信管理機及網(wǎng)絡(luò )交換機實(shí)時(shí)采集各個(gè)光伏配電間的繼電保護裝置、電能質(zhì)量、安全自動(dòng)裝置、光伏逆變器等二次設備數據，實(shí)現整個(gè)廠(chǎng)區供配電系統的電力監控與自動(dòng)化管理。

在各個(gè)配電室配置一套直流電源系統(帶蓄電池)和UPS電源，為整個(gè)光伏電站的斷路器執行機構、二次設備及監控主機等重要設備運行提供穩定可靠的電源。

在每間光伏配電室光伏計量柜配置關(guān)口計量電能表、并網(wǎng)電能表、自用電計量電能表，并網(wǎng)電能表，用于光伏發(fā)電計費補償；關(guān)口計量電能表，用于用戶(hù)與電網(wǎng)間的上、下網(wǎng)電量 計量及余電上網(wǎng)的計費；自用電計量電能表，用于計量用電客戶(hù)自用電量。

本項目采用5G無(wú)線(xiàn)專(zhuān)用通道方式，通過(guò)光伏縱向加密上傳到漳州供電公司16樓通信機房，并接入配網(wǎng)主站。一面遠動(dòng)通訊屏，遠動(dòng)通訊屏配置數據1臺5G無(wú)線(xiàn)路由器、2臺交換機、2臺縱向加密裝置、1臺正向隔離裝置、1臺遠動(dòng)裝置、1臺群調群控裝置。具備與電網(wǎng)調度機構進(jìn)行雙向通信的能  力，能夠實(shí)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(fā)電功率的  指令，具備群調群控及遠動(dòng)功能，有關(guān)光伏電站本體信息的采集、處理采用監控系統來(lái)完成，具  備符合相關(guān)標準通信協(xié)議的遠傳功能。

2.2. 功能需求

2.2.1. 繼電保護及安全自動(dòng)裝置需求

分布式電源繼電保護和安全自動(dòng)裝置配置應符合相關(guān)繼電保護技術(shù)規程、運行規程和反事故 措施的規定，裝置定值應與電網(wǎng)繼電保護和安全自動(dòng)裝置配合整定，防止發(fā)生繼電保護和安全自 動(dòng)裝置誤動(dòng)、拒動(dòng)，確保人身、設備和電網(wǎng)安全。10kV接入的分布式電源，保護和安全自動(dòng)裝置 配置還應滿(mǎn)足《分布式電源涉網(wǎng)保護技術(shù)規范》(Q/GDW 11198)的要求。

1.線(xiàn)路保護：光伏電站線(xiàn)路發(fā)生短路故障時(shí)，線(xiàn)路保護能快速動(dòng)作，瞬時(shí)跳開(kāi)相應并網(wǎng)點(diǎn)斷 路器，滿(mǎn)足全線(xiàn)故障時(shí)快速可靠切除故障的要求。為保障供電可靠性，減少停電范圍，在#1高壓配電室10kV進(jìn)線(xiàn)柜901開(kāi)關(guān)、#7高壓配電室10kV進(jìn)線(xiàn)柜901開(kāi)關(guān)、#5高壓配電室 10kV進(jìn)線(xiàn)柜901開(kāi)關(guān)各配置1套帶方向過(guò)流保護(保護測控一體)及安全解列裝置。在#1高壓配電室光伏接入柜906開(kāi)關(guān)、#7高壓配電室光伏接入柜903開(kāi)關(guān)、5高壓配電室光伏 接入柜904開(kāi)關(guān)各配置1套帶方向過(guò)流保護(保護測控一體)。

2.安全自動(dòng)裝置：在非高壓配電室10kV進(jìn)線(xiàn)柜901開(kāi)關(guān)、#7高壓配電室10kV 進(jìn)線(xiàn)柜901開(kāi)關(guān)、5高壓配電室10kV進(jìn)線(xiàn)柜901開(kāi)關(guān)各裝設1套安全自動(dòng)裝置，實(shí)現頻率電壓 異常緊急控制功能，跳開(kāi)光伏電站側斷路器。

3.防孤島保護：分布式電源應具備快速監測孤島且立即斷開(kāi)與電網(wǎng)連接的能力，防孤島保護 動(dòng)作時(shí)間不大于2S,其防孤島保護應與配電網(wǎng)側線(xiàn)路重合閘和安全自動(dòng)裝置動(dòng)作時(shí)間相配合。在 本光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)裝設防孤島保護裝置，防止產(chǎn)生非計劃性孤島。

4.光伏電站本體應具備故障和異常工作狀態(tài)報警和保護的功能。

5.光伏電站應支持調度機構開(kāi)展"四遙"(遙測、遙信、遙控、遙調)應用功能。

6.恢復并網(wǎng)：當光伏發(fā)電系統因電網(wǎng)擾動(dòng)脫網(wǎng)后，在電網(wǎng)電壓和頻率恢復到正常運行范圍之 前，光伏發(fā)電系統不允許并網(wǎng)；在電網(wǎng)電壓和頻率恢復正常后，通過(guò)10kV電壓等級并網(wǎng)的分布式 電源恢復并網(wǎng)應經(jīng)過(guò)電網(wǎng)調度機構的允許。

7.逆變器應具備高/低壓解列及高/低頻解列功能，應具備防孤島保護功能以實(shí)現快速監測到孤 島后立即斷開(kāi)與電網(wǎng)的連接，防孤島方案應與繼電保護、安全自動(dòng)裝置等相配合；逆變器應符合 國家、行業(yè)相關(guān)技術(shù)標準，具備高/低電壓閉鎖、檢有壓自動(dòng)并網(wǎng)功能，檢有壓定值宜整定為85%UN (實(shí)際定值以設計方案為準)。

8.防孤島保護是針對電網(wǎng)失壓后分布式電源可能繼續運行、且向電網(wǎng)線(xiàn)路送電的情況提出。孤島運行一方面危及電網(wǎng)線(xiàn)路維護人員和用戶(hù)的生命安全，干擾電網(wǎng)的正常合閘；另一方面孤島 運行電網(wǎng)中的電壓和頻率不受控制，將對配電設備和用戶(hù)設備造成損壞。防孤島裝置應具備線(xiàn)路 故障時(shí)，確保電源能及時(shí)斷開(kāi)與電網(wǎng)連接，確保重合閘能正確動(dòng)作。

9.系統繼電保護應使用專(zhuān)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(zhì)量在線(xiàn)監測裝置等設備使用。

2.2.2. 調度自動(dòng)化需求

光伏電站應滿(mǎn)足《國網(wǎng)福建電力做好中低壓分布式電源接入系統服務(wù)指導意見(jiàn)》(閩電發(fā)展(2022〕381號)有關(guān)自動(dòng)化的規定：10kV接入的分布式電源，信息采集、控制調節等應 滿(mǎn)足《分布式電源并網(wǎng)技術(shù)要求》(GB/T 33593-2017)及閩電調〔2022〕268號國網(wǎng)福建電力 關(guān)于印發(fā)《福建省中低壓分布式電源采集信號規范(試行)》要求。

光伏電站投運后，由縣調調度，并由縣級供電公司對運行進(jìn)行管理。因此，需建立光伏電站至縣調的調度通信以及遠動(dòng)等信息和數據傳輸通道。

10kV光伏電站本體需配置配電自動(dòng)化終端監控系統，具備與電網(wǎng)調度機構進(jìn)行雙向通信的能 力，能夠實(shí)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(fā)電功率的  指令，具備群調群控及遠動(dòng)功能，有關(guān)光伏電站本體信息的采集、處理采用監控系統來(lái)完成，具  備符合相關(guān)標準通信協(xié)議的遠傳功能。光伏電站配電自動(dòng)化終端監控系統實(shí)時(shí)采集并網(wǎng)運行信息， 主要包括主斷路器狀態(tài)、并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)狀態(tài)(具備遙控功能)、并網(wǎng)點(diǎn)電壓和電流、光伏發(fā)電系統  有功功率和無(wú)功功率、光伏發(fā)電量、頻率等，上傳至市供電公司配網(wǎng)自動(dòng)化系統主站，再由市供電公司調度中心將數據下發(fā)至縣調，當調度端對分布式電源有功功率和無(wú)功電壓有控制 要求時(shí)，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。

站內對時(shí)方式：分布式電源10kV接入時(shí)，應能夠實(shí)現對時(shí)功能，可采用北斗對時(shí)方式、GPS對時(shí)方式或網(wǎng)絡(luò )對時(shí)方式。

2.2.3. 電能計量需求

根據Q/GDW10347-2016《電能計量裝置通用設計規范》規定，運營(yíng)模式為自發(fā)自用余電上網(wǎng) 的分布式電源應采用三點(diǎn)計量法，本項目需設置關(guān)口計量電能表、并網(wǎng)電能表、自用電計量電能表：并網(wǎng)電能表，用于光伏發(fā)電計費補償；關(guān)口計量電能表，用于用戶(hù)與電網(wǎng)間的上、下網(wǎng)電量計量及余電上網(wǎng)的計費；自用電計量電能表，用于計量用電客戶(hù)自用電量，具體見(jiàn)項目方案原則電氣主接線(xiàn)示意圖。

1.安裝位置與要求

將某重工企業(yè)原有下網(wǎng)關(guān)口計量表，視為用于計量用電客戶(hù)自用電量計量表。

在某重工企業(yè)1#光伏開(kāi)關(guān)室10kV并網(wǎng)點(diǎn)911開(kāi)關(guān)；2#光伏開(kāi)關(guān)室10kV 并網(wǎng)點(diǎn)911開(kāi)關(guān)；3#光伏開(kāi)關(guān)室10kV并網(wǎng)點(diǎn)911開(kāi)關(guān)，3個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)分別設置并網(wǎng)電能表，用于 光伏發(fā)電計費補償。

2.技術(shù)要求

(1)電能計量裝置的配置和技術(shù)要求應符合DL/T 448和DU/T 614的要求。電能表采用智能電能表，至少應具備雙向有功和四象限無(wú)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(guò)電能信息采集終端遠程通信的功能，電能表通信協(xié)議符合DL/T 645。(根據結算精度要求，必要時(shí)應具備698通訊協(xié)議)。

(2)10kV關(guān)口計量電能表精度要求不低于0.5S級，并且要求有關(guān)電流互感器、電壓互感器的精 度需分別達到0.2S、0.2級。計量用互感器的二次計量繞組應專(zhuān)用，不得接入與電能計量無(wú)關(guān)的設備。

(3)電能計量裝置應配置專(zhuān)用的整體式電能計量柜(箱),電流、電壓互感器宜在一個(gè)柜內，

(4)并網(wǎng)點(diǎn)計量柜安裝專(zhuān)變采集終端，將信息傳輸到用電信息采集系統，應按照《福建省電力 有限公司專(zhuān)變采集終端安裝規范》(營(yíng)計〔2011〕86號)中的有關(guān)規定設計。

(5)光伏并網(wǎng)計量點(diǎn)應加一面計量屏，且都要有獨立的負控小室和計量小室；需各增加一組負 控獨立的電壓電流互感器，計量裝置等級應與計量CT、PT一樣。

3.計量信息統計與傳輸

計費表采集信息通過(guò)專(zhuān)變采集終端接入計費主站系統(電費計量信息)和光伏發(fā)電管理部門(mén)電能信息采集系統(電價(jià)補償計量信息),作為電費計量和電價(jià)補貼依據；各表計信息統一匯集至計量終端服務(wù)器。關(guān)口點(diǎn)電能計量裝置應滿(mǎn)足《電能計量裝置技 術(shù)管理規程》(DL/T448-2016)要求，關(guān)口電能計量裝置的設計方案、施工圖須經(jīng)漳州供電公司 電能計量專(zhuān)業(yè)審查合格后方可實(shí)施。

2.2.4. 電能質(zhì)量在線(xiàn)監測需求

根據Q/GDW10651—2015《電能質(zhì)量評估技術(shù)導則》的相關(guān)要求；通過(guò)10(6 kV～35kV電壓等級并網(wǎng)的變流器類(lèi)型電源應在公共連接點(diǎn)裝設滿(mǎn)足GB/T19862要求的電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置，以滿(mǎn)足接入福建電網(wǎng)電能質(zhì)量監測子站通信機的接入規范，對電壓、頻率、諧 波、功率因數等電能質(zhì)量參數進(jìn)行監測，電能質(zhì)量監測數據應至少保存一年。本項目應在并網(wǎng)前向縣供電公司提供由具備相應資質(zhì)的機構出具的電能質(zhì)量在線(xiàn)監測設備檢測報告。

光伏電站應滿(mǎn)足《國網(wǎng)福建電力做好中低壓分布式電源接入系統服務(wù)指導意見(jiàn)》(閩電發(fā)展〔2022〕381號)有關(guān)電能質(zhì)量要求的規定，當接入配電網(wǎng)的分布式電源導致公共連接點(diǎn) 電能質(zhì)量不滿(mǎn)足相關(guān)要求時(shí)，運營(yíng)管理方應在規定時(shí)間內采取改善電能質(zhì)量措施，未采取治理措 施或采取改善措施后電能質(zhì)量仍無(wú)法滿(mǎn)足要求時(shí)，電網(wǎng)運營(yíng)管理部門(mén)采取斷開(kāi)該分布式電源管控措施，直至電能質(zhì)量滿(mǎn)足要求時(shí)方可重新并網(wǎng)。

通過(guò)10KV電壓等級并網(wǎng)的分布式電源，應具備低電壓穿越能力和高電壓穿越能力，高低 電壓穿越的考核曲線(xiàn)應滿(mǎn)足現行技術(shù)規范要求。

通過(guò)10(6)kV～35kV電壓等級并網(wǎng)的分布式電源，應在并網(wǎng)運行后6個(gè)月內向縣供電公司提供運行特性檢測報告，檢測結果應符合Q/GDW10651—2015《電能質(zhì)量評估技術(shù)導則》的相 關(guān)要求。分布式電源接入電網(wǎng)的檢測點(diǎn)為電源并網(wǎng)點(diǎn)，應由具有相應資質(zhì)的單位或部門(mén)進(jìn)行檢測，并在檢測前將檢測方案報縣供電公司調控中心備案。

在新(擴)建諧波源用戶(hù)投運后，縣供電公司營(yíng)銷(xiāo)部組織對用戶(hù)諧波進(jìn)行測試。如發(fā)現評估不超標而實(shí)測超標的用戶(hù)，縣供電公司營(yíng)銷(xiāo)部應對該用戶(hù)下發(fā)諧波整改通知，及時(shí)落實(shí)用戶(hù)諧波治理措施。

2.2.5. 電力安全防護需求

配電自動(dòng)化通道需要加裝安全防護設備。本工程應配置1.臺縱向加密認證裝置。

業(yè)主單位需內部集控信息進(jìn)行遠程監視時(shí)，不得與傳送上級調度單位共用傳輸設備，不得使用相同的傳送規約和端口。

2.3. 配置設備清單

2.4. 現場(chǎng)應用圖

3 系統功能

3.1. 實(shí)時(shí)監測

Acrel-1000DP分布式光伏監控系統人機界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀(guān)顯示配電線(xiàn)路的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動(dòng)態(tài)監視各配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。同時(shí)可以設計整體界面，供用戶(hù)選擇對應配電房對應光伏組件或高壓部分進(jìn)行查看。

3.2. 逆變器監視

在逆變器監控圖中，可以直接查看該回路詳逆變器的交直流兩側電壓電流情況、輸入功率、輸出功率、逆變器的溫度等信息。并根據項目光伏發(fā)電實(shí)際接入情況，分開(kāi)查看對應光伏逆變器組件數據。

3.3. 網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

系統支持實(shí)時(shí)監視接入系統的各設備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統網(wǎng)絡(luò )結構；可在線(xiàn)診斷設備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò )異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

3.4. 曲線(xiàn)查詢(xún)

在曲線(xiàn)查詢(xún)界面可以直接查看各電參量曲線(xiàn)，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無(wú)功功率、功率因數等曲線(xiàn)。

4 結語(yǔ)

在“雙碳"背景下，隨著(zhù)分布式新能源的廣泛建設，高滲透率分布式光伏接入配電網(wǎng)后勢必產(chǎn)生的電壓?jiǎn)?wèn)題，因此在促進(jìn)分布式光伏并網(wǎng)過(guò)程中需要一套安全可靠的分布式光伏監控系統解決方案，為用戶(hù)、電網(wǎng)助力分布式光伏高比例有序并網(wǎng)，強化分布式光伏的統一管控，推動(dòng)分布式光伏和大電網(wǎng)的協(xié)調運行，搭建數據透明、調控便捷、能源互動(dòng)的新型分布式新能源調度管理體系。