光伏監控系統在5.98MW分布式光伏10KV并網(wǎng)系統的應用

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

關(guān)鍵詞：分布式光伏；全額上網(wǎng)；節能、環(huán)保;

1. 概述

太陽(yáng)能可利用量巨大，據估算一年內到達地球表面的太陽(yáng)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(wàn)倍[1]。大力開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能、風(fēng)能等新能源和可再生能源利用技術(shù)將成為減少環(huán)境污染的重要措施[2]。

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

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(wǎng)。項目計劃2024年3月底建成投產(chǎn)。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(diǎn)。配置適配的逆變器，將光伏組件產(chǎn)生的直流電轉換為交流電，以滿(mǎn)足并網(wǎng)要求。本項目的實(shí)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(lài)，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(jìn)行采集傳輸?，F場(chǎng)設備層的四套并網(wǎng)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(fā)電單監控裝置，通過(guò)光纖將數據傳輸到網(wǎng)絡(luò )通訊層的縱向加密裝置進(jìn)行是數據的傳輸，放置在二次艙的網(wǎng)絡(luò )通信柜中的通訊管理機、公用測控及電能質(zhì)量柜中的測控裝置、電能質(zhì)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(wǎng)線(xiàn)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(wǎng)口全部連接到間隔層以太網(wǎng)交換機，再由以太網(wǎng)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(shí)：本項目采用GPS與北斗兩種衛星進(jìn)行對時(shí)，保證了項目設備對時(shí)的準確性。對時(shí)裝置分別利用以太網(wǎng)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(dòng)上傳裝置的對時(shí)，利用IRIG-B通過(guò)接線(xiàn)的方式對一次艙二次艙的保護裝置進(jìn)行對時(shí)，保證設備時(shí)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(dòng)化系統軟件（Acrel-1000DP光伏監控系統）在windows操作系統的環(huán)境下實(shí)現了對現場(chǎng)保護設備和儀表設備的數據監視與管理，可以實(shí)時(shí)監測分布式光伏發(fā)電系統的電壓、電流、功率等參數，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )將數據傳輸到監控中心。遠程控制：可以通過(guò)監控中心對分布式光伏發(fā)電系統進(jìn)行遠程控制，如逆變器開(kāi)關(guān)機、調節功率等。數據分析：可以對監測到的數據進(jìn)行分析，如發(fā)電量、能耗等，為用戶(hù)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(shí)，會(huì )及時(shí)發(fā)出報警信號，提醒用戶(hù)進(jìn)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(hù)進(jìn)行系統集成等特點(diǎn)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(shí)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(kāi)關(guān)等確保了操作的安全性。項目還配備了光功率預測服務(wù)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(wǎng)絡(luò )結構圖

3. 項目概況

該項目采用“全額上網(wǎng)"模式，利用原有的電源點(diǎn)作為光伏高壓并網(wǎng)點(diǎn)并入電網(wǎng)端，并網(wǎng)點(diǎn)設置集電線(xiàn)路柜，站用變柜，SVG柜，PT柜，計量柜，并網(wǎng)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，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。

圖2 光伏電站一次系統

3.1. 客戶(hù)需求

3.1.1. 繼電保護及安全自動(dòng)裝置需求

繼電保護及安全自動(dòng)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(mǎn)足以下要求：

1.可靠性：繼電保護及安全自動(dòng)裝置應具有高度的可靠性，能夠在電力系統出現故障時(shí)及時(shí)、準確地動(dòng)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(dòng)裝置應具有選擇性，能夠準確地判斷故障點(diǎn)，并僅對故障點(diǎn)附近的電力設備進(jìn)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(dòng)裝置應具有靈敏性，能夠在電力系統出現故障時(shí)及時(shí)動(dòng)作，以保護電力設備和電力系統的安全。

4.速動(dòng)性：繼電保護及安全自動(dòng)裝置應具有速動(dòng)性，能夠在電力系統出現故障時(shí)快速動(dòng)作，以縮短故障時(shí)間，減少故障損失。

5.適應性：繼電保護及安全自動(dòng)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(lèi)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(dòng)裝置應具有可維護性，能夠方便地進(jìn)行維護和檢修，以保證其長(cháng)期穩定運行。

3.1.2. 電能質(zhì)量在線(xiàn)監測需求

光伏項目電能質(zhì)量在線(xiàn)監測的需求包括實(shí)時(shí)監測、數據分析和報警、數據存儲和查詢(xún)、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(zhì)量在線(xiàn)監測的需求：

1.實(shí)時(shí)監測：需要實(shí)時(shí)監測光伏項目的電能質(zhì)量，包括電壓、電流、頻率、功率因數等參數，以及電能質(zhì)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(jìn)行分析和處理，及時(shí)發(fā)現電能質(zhì)量問(wèn)題，并發(fā)出報警信號，以便及時(shí)采取措施解決問(wèn)題。

3.數據存儲和查詢(xún)：需要對監測到的數據進(jìn)行存儲和管理，以便后續查詢(xún)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(shí)隨地了解光伏項目的電能質(zhì)量情況，并進(jìn)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(lèi)型和規模的光伏項目，并能夠與其他監測系統進(jìn)行集成和聯(lián)動(dòng)。

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(shù)方案

3.2.1繼電保護及安全自動(dòng)裝置解決方案

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

1.線(xiàn)路保護測控裝置：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。

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(shí)現欠電壓，過(guò)電壓，零序電壓，不平衡電壓保護，異常緊急控制功能，跳開(kāi)電容器斷路器。

3.頻率電壓緊急控制裝置：實(shí)現變電站低周低壓減載控制,具有測量?jì)啥文妇€(xiàn)或兩條聯(lián)絡(luò )線(xiàn)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(jìn)線(xiàn)、大容量主變壓器出線(xiàn)回路，實(shí)現電參量遙測、開(kāi)關(guān)狀態(tài)與告警信號遙信功能。

5.防孤島保護裝置: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。

6.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。

7.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。

8.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。

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。

3.3.2電能質(zhì)量在線(xiàn)監測解決方案

對于電能質(zhì)量在線(xiàn)監測的需求，使用我司APView500電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置。APView500電能質(zhì)量在線(xiàn)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(shù)-電能質(zhì)量測量方法》中歸定的各電能質(zhì)量指標的測量方法進(jìn)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(zhì)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(shí)鐘同步、事件標記功能等各個(gè)方面均達到IEC61000-4-30標準，能夠滿(mǎn)足110KV及以下供電系統電能質(zhì)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(xié)議、Http協(xié)議、Web服務(wù)器、電能質(zhì)量數據的存儲、統計、分析，ARM2用來(lái)數據采樣、電能質(zhì)量數據計算。裝置每周波采樣高達1024點(diǎn)，具備高測量精度能準確記錄故障波形。采用eMMC進(jìn)口高速存儲芯片容量達到32GB，可以長(cháng)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(diǎn)陣彩色大尺寸液晶可就地查看實(shí)時(shí)波形與故障波形，方便用戶(hù)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(wú)源繼電器出口，二十二路有緣開(kāi)關(guān)量輸入，兩路支持Modbus485的通訊接口，具有三個(gè)支持IEC60303-3-103以及IEC61850MMS的以太網(wǎng)接口，支持IRIG-B方式對時(shí)，具有專(zhuān)屬的以太網(wǎng)調試接口，以及USB調試接口。

3.3. 配置方案

表1我司提供方案設備列表

3.4. 現場(chǎng)應用圖

圖3 光伏電站屏柜布置圖

圖4 安全自動(dòng)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(zhì)量監視

在電能質(zhì)量監控圖中，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(dòng)、電壓總畸變、正反向有功電能、有功、無(wú)功功率等電能質(zhì)量信息?？梢愿鶕@些信息監測現場(chǎng)電能的質(zhì)量，及時(shí)的做出應對方案。

圖6 電能質(zhì)量監視界面圖

4.2. 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。

圖7 站內設備系統網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

4.3. 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)。

圖8 曲線(xiàn)查詢(xún)界面圖

5. 結語(yǔ)

分布式光伏全額上網(wǎng)項目是推動(dòng)可再生能源發(fā)展的重要舉措，通過(guò)充分利用太陽(yáng)能資源，為社會(huì )提供清潔、可持續的電力供應。光伏發(fā)電是全球能源科技和產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向，是具有巨大發(fā)展潛力的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)[4]。該項目的實(shí)施可以有效地推動(dòng)可再生能源的發(fā)展，減少對傳統能源的依賴(lài)，降低能源消耗和環(huán)境污染。通過(guò)分布式光伏的應用，我們成功實(shí)現了太陽(yáng)能的利用，為社會(huì )提供了清潔、可持續的電力供應。在未來(lái)的發(fā)展中，我們將繼續努力，為推動(dòng)可再生能源的發(fā)展和應用做出更大的貢獻。同時(shí)，我們也將不斷提高技術(shù)水平和管理水平，確保項目的順利實(shí)施和運行，為社會(huì )和環(huán)境的可持續發(fā)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(fā)電系統電氣設計與分析[J].云南電力技術(shù)論壇論文集，2014：308

[2]劉鑒民.太陽(yáng)能利用原理.技術(shù)工程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[3]網(wǎng)長(cháng)貴，王斯成主編，太陽(yáng)能光伏發(fā)電實(shí)用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社2009.

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