Acrel-1000系列分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)

在湖北荊門新眾和紡織等

屋頂光伏發(fā)電項目中應(yīng)用

摘 要：隨著智能電網(wǎng)的快速發(fā)展和新能源技術(shù)的普及應(yīng)用，太陽能作為一種清潔能源已逐步成為社會生產(chǎn)生活的重要能源來源。分布式光伏電站憑借其建設(shè)投入少、空間需求小的優(yōu)勢，在緩解電力供應(yīng)緊張方面發(fā)揮著重要作用，特別是在我國推進節(jié)能減排和綠色發(fā)展的政策背景下，其發(fā)展勢頭尤為迅猛。然而，這類電站長期處于戶外環(huán)境，運行過程中更容易出現(xiàn)各類故障問題。由于其分布范圍廣、布局分散，缺乏統(tǒng)一的運維管理體系，導(dǎo)致運維工作面臨諸多挑戰(zhàn)：效率低下、成本居高不下、操作難度大、經(jīng)濟效益不理想，這些因素都嚴(yán)重影響了運維人員的積極性，使得運維質(zhì)量難以得到有效保證，如何建立一套完善的運維管理機制成為重中之重。

關(guān)鍵詞：新能源技術(shù)；分布式光伏；運維管理

1.                      概述

湖北荊門新眾和紡織等屋頂光伏發(fā)電項目（以下簡稱“本項目"）是響應(yīng)國家“優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提供更加清潔、可靠的能源"的號召，投資建設(shè)的分布式光伏發(fā)電應(yīng)用示范項目。

本項目位于湖北荊門銘然裝飾工程有限公司旁，利用現(xiàn)有廠房屋頂建設(shè)分布式光伏發(fā)電項目，總建設(shè)規(guī)模約為8340kW。光伏發(fā)電組件位于荊門市東寶區(qū)新臺西路，通過用戶配電站接入公共電網(wǎng)，屬于荊門市供電公司管理范圍。

本文首先應(yīng)對電站運行狀態(tài)進行實時評估，以便及時發(fā)現(xiàn)異常情況；其次要科學(xué)規(guī)劃運維調(diào)度方案，提升運維效率和質(zhì)量，同時降低運營成本。

項目現(xiàn)場

2.                      現(xiàn)有電網(wǎng)情況

現(xiàn)有用戶配電站為10kV用戶變，站內(nèi)新建7臺10kV變壓器，變壓器容量為2000、1600、1250、2000、630、1250、1000kVA，光伏發(fā)電單元所發(fā)直流電通過逆變器逆變?yōu)榻涣麟姾?/span>經(jīng)7臺新建變壓器升壓至10kV通過10kV電纜T接至220kV變電站。目前該變電站已接入及在途分布式電源總?cè)萘?/span>為127.1MW，因此剩余可接入容量 52.71MW。滿足本期接入需求。

現(xiàn)有供電示意圖如下：

用戶配電站現(xiàn)供電示意

3.                      技術(shù)方案

本項目通過2個并網(wǎng)點上網(wǎng)，2個并網(wǎng)點的裝機容量分別為5.99MW、2.535MW（交流側(cè)）由7個光伏發(fā)電單元構(gòu)成。該項目運營模式為全額上網(wǎng)。利用廠房屋頂建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)，關(guān)鍵設(shè)備光伏組件、逆變器、變壓器等采用國內(nèi)產(chǎn)品。本項目光伏發(fā)電系統(tǒng)所輸出的直流電經(jīng)組串式逆變器轉(zhuǎn)換成交流電后，就地升壓至10KV，經(jīng)開關(guān)柜通過1回出線接入至廠區(qū)10KV進線母線的用戶側(cè)，實現(xiàn)并網(wǎng)。變電站近三年至小負荷平均-0.15MW，考慮主變 N-1 情況下，另一主變負載不超過80%，則該變電站可接入的分布式光伏容量為 179.81MW，目前該變電站已接入及在途分布式光伏容量共 127.1W，因此剩余可接入容量 52.71MW。滿足本期接入需求。光伏監(jiān)控系統(tǒng)按站控層、就地層、架構(gòu)，通過通信管理機或協(xié)議轉(zhuǎn)換器對光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備層的各種設(shè)備（逆變器、防孤島保護、故障解列裝置、電能質(zhì)量監(jiān)測裝置、直流屏等設(shè)備）信息進行采集和處理，將處理好的數(shù)據(jù)上傳至SCADA系統(tǒng)和遠動裝置。遠動裝置數(shù)據(jù)經(jīng)縱向加密后通過4G/5G無線通信網(wǎng)將上傳至荊門供電公司配調(diào)。

3.1.                      升壓變壓器及高低壓配電設(shè)備

本項目配備7臺三相交流2000KVA的干式變壓器。額定電壓10.5±2×2.5%/0.38kV，接線組別為Dy11。交流頻率為50Hz,可以戶外使用，能效等級滿足國家規(guī)范要求。

3.2.                      繼電保護及安全自動裝置

本光伏電站內(nèi)主要電氣設(shè)備采用微機保護，以滿足信息上送。元件保護按照《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》（GB14285－2006）配置。

1）線路保護

本項目為10kV并網(wǎng)，建議光伏開關(guān)站總出線開關(guān)建議光伏開關(guān)站總出線開關(guān)配置線路方向過流等保護，包括三段可經(jīng)復(fù)壓和方向閉鎖的過流保護，三段零序過流保護、過負荷并具備低周減載功能，以便線路發(fā)生故障時快速切除，避免事故范圍擴大。

2）頻率電壓異常緊急控制裝置

本項目光伏并網(wǎng)點斷路器要求具備失壓跳閘功能，不設(shè)重合閘，可通過逆變器內(nèi)低壓保護與頻率保護實現(xiàn)解列，不配置獨立的安全自動裝置。

3）       防孤島檢測及安全自動裝置

采用具備防孤島能力的逆變器，逆變器需要具備快速監(jiān)測孤島且監(jiān)測到孤島后立即斷開與電網(wǎng)連接的能力，其防孤島保護方案應(yīng)與繼電保護配置、頻率電壓異常緊急控制裝置配置和低電壓穿越相配合。

4）       電能質(zhì)量監(jiān)測

在公共連接點裝設(shè)滿足 GB/T 19862《電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備通用要求》標(biāo)準(zhǔn)要求的A 類電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置一套。監(jiān)測電能質(zhì)量參數(shù)，包括電壓、頻率、諧波、功率因數(shù)等，電能質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)至少保存一年。

3.3.                      系統(tǒng)調(diào)度自動化

本項目為10kV電壓等級并網(wǎng)，需通過獨立信息傳輸設(shè)備將光伏電站有功、無功、功率因數(shù)、逆變器數(shù)據(jù)、電量及開關(guān)、刀閘狀態(tài)量、功率調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)和功率預(yù)測數(shù)據(jù)等信息上傳至調(diào)度端，場站應(yīng)配置AGC裝置，具備接收并自動執(zhí)行有功功率控制指令的能力；需要具備一次調(diào)頻能力；10kV 發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)上報中期、短期和超短期功率預(yù)測數(shù)據(jù)。

3.4.                      計量

本項目采用的運營模式為全額上網(wǎng)，并網(wǎng)點共2個，關(guān)口點共1個，均設(shè)置在光伏出線處。本項目計量配置原則如下。

(1)在關(guān)口計量點配置 1 塊三相三線電能表，具有雙向計量功能，用于計量用戶與電網(wǎng)間的上、下網(wǎng)電量。在關(guān)口計量點配置 GPRS 用電現(xiàn)場管理系統(tǒng)，用于采集數(shù)據(jù)及用戶用電結(jié)算。

(2)在并網(wǎng)點設(shè)置C級電能表和 GPRS 用電現(xiàn)場管理系統(tǒng)，用于發(fā)電量信息采集及營銷系統(tǒng)遠傳。具體設(shè)備配置規(guī)模以現(xiàn)場實際為準(zhǔn)。

新建并網(wǎng)點一光伏一次圖

新建并網(wǎng)點二光伏一次圖

4.                      系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本項目光伏電站配置一套綜合自動化系統(tǒng)，采用安科瑞電氣股份有限公司所提供的Acrel-1000分布式光伏電力監(jiān)控系統(tǒng)具有保護、控制、通信、測量等功能，可實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)、開關(guān)站的全功能綜合自動化管理。本項目逆變器、高低壓設(shè)備等狀態(tài)信號都要接入本監(jiān)控系統(tǒng)。

本項目光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)包括兩部分：站控層和就地層，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為開放式分層、分布式結(jié)構(gòu)。

監(jiān)控系統(tǒng)通過以太網(wǎng)與就地層相連,就地層按照不同的功能、系統(tǒng)劃分，以相對獨立的方式分散在逆變器區(qū)域或箱變中，在站控層及網(wǎng)絡(luò)失效的情況下，就地層仍能獨立完成就地各電氣設(shè)備的監(jiān)測。

站控層由計算機網(wǎng)絡(luò)連接的服務(wù)器、操作員站、遠動站等組成，提供站內(nèi)運行的人機界面，實現(xiàn)管理控制就地層設(shè)備等功能，形成全站監(jiān)控、管理中心，并具備與遠方控制中心通信的接口。

就地層設(shè)備由智能測控單元、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通訊單元、逆變器數(shù)據(jù)采集單元、多功能電能表等構(gòu)成，主要電氣設(shè)備包括微機保護、防孤島保護、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、故障解列裝置、多功能儀表、逆變器、箱變測控等設(shè)備。它直接采集處理現(xiàn)場的原始數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)傳送給站控層監(jiān)控主站，同時接收站控層發(fā)來的控制操作命令，經(jīng)過有效性判斷、閉鎖檢測、同步檢測等，最后對設(shè)備進行操作控制。

每個光伏發(fā)電單元配帶無線發(fā)射功能的數(shù)據(jù)采集裝置，采集每組光伏組件數(shù)據(jù)，逆變器參數(shù)，測控裝置、智能計量表計的數(shù)據(jù)，打包后通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)視。

監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

項目配置設(shè)備清單如下表所示：

表 方案設(shè)備列表

5.                      系統(tǒng)功能

5.1.                      分布式光伏電站運維管理

Acrel-1000分布式光伏電力監(jiān)控系統(tǒng)報警處理分事故報警和預(yù)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(shè)備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量越限/復(fù)限、計算機站控系統(tǒng)的各個部件、就地單元的狀態(tài)異常等等。

（1）事故報警

事故報警發(fā)生時，公用事故報警器將立即發(fā)出音響報警，監(jiān)控畫面上用顏色改變和閃爍表示該設(shè)備變位，同時顯示紅色報警條文，打印機打印報警條文，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)裝置向遠方控制中心發(fā)送報警信息。事故報警通過手動或自動方式確認。

（2）預(yù)告報警

預(yù)告報警發(fā)生時，其處理方式除與事故報警處理相同外，音響和提供信息顏色可區(qū)別于事故報警。能有選擇地向遠方發(fā)送信息。

（3）       實時事件

實時事件告警列表包括序號、發(fā)生時間、告警內(nèi)容、告警等級、確認狀態(tài)等分列展示，告警信息默認按照發(fā)生時間降序排列顯示，以不同的顏色區(qū)分已確認、未確認信號。

實時事件

（4）       歷史事件

點擊歷史事件圖標(biāo)，切換到歷史事件查詢界面，查看歷史數(shù)據(jù)庫中記錄的所有系統(tǒng)事件。

歷史事件

（5）       監(jiān)控界面

監(jiān)測逆變器當(dāng)前電壓、電流、輸出功率、溫度及當(dāng)前狀態(tài)等信息。

逆變器監(jiān)測

（6）       光伏收益界面

支持實時統(tǒng)計電站發(fā)電量和收益，降低了運行維護成本

光收益界面

5.2.                      光字牌監(jiān)測

隨著變電站綜合自動化技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)光字牌逐漸被監(jiān)控后臺的虛擬光字牌所取代。這種變化主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

傳統(tǒng)光字牌：依賴于硬件接點觸發(fā)，通過中央信號屏上的燈光顯示設(shè)備狀態(tài)。這種方式在有人值班的變電站中應(yīng)用廣泛，但隨著無人值班技術(shù)的普及，其局限性逐漸顯現(xiàn)。

智能光字牌：在無人值班變電站中，光字牌的功能被集成到監(jiān)控后臺系統(tǒng)中，以虛擬形式實現(xiàn)。智能光字牌不僅保留了傳統(tǒng)光字牌的直觀性，還增加了信息過濾、分級顯示和導(dǎo)航功能。例如，通過導(dǎo)航燈閃爍提示異常信號，運行人員可以快速確認并處理。

1號并網(wǎng)點光字牌

2號并網(wǎng)點光字牌

6.                      結(jié)語

當(dāng)前，我國分布式光伏發(fā)電呈現(xiàn)爆發(fā)式增長態(tài)勢，在政策紅利的持續(xù)推動下，其并網(wǎng)模式正由分散式向規(guī)?；焖俎D(zhuǎn)型。這種發(fā)展態(tài)勢在為能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型注入新動能的同時，也對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行提出了全新挑戰(zhàn)。高滲透率分布式光伏的接入不僅會引發(fā)電壓波動、潮流反送等系列技術(shù)難題，還可能影響光伏產(chǎn)業(yè)自身的可持續(xù)發(fā)展。值得注意的是，規(guī)?；⒕W(wǎng)正倒逼電力系統(tǒng)調(diào)控模式進行深度變革。為此，需要立足電網(wǎng)實際運行需求和場站管理特點，系統(tǒng)性地研究電網(wǎng)調(diào)度運行關(guān)鍵技術(shù)，從而構(gòu)建智能化程度高、安全的電網(wǎng)能量管理平臺，實現(xiàn)新型電力系統(tǒng)多層級協(xié)調(diào)平衡能力和新能源消納水平的提升。

參考文獻

[1] 唐銘澤. 智能電網(wǎng)分布式能源協(xié)同優(yōu)化控制方法研究[D]. 華北電力大學(xué)(北京),2024.

[2] 王楠楠. 考慮源荷不確定性的含光伏配電網(wǎng)動態(tài)重構(gòu)方法研究[D].北京石油化工學(xué)院,2024.

[3] 王禹琪. 高能量滲透率可再生能源并網(wǎng)的配電網(wǎng)規(guī)劃與運行研究[D]. 華中科技大學(xué)2022.

[4] 馬煜喆. 面向分布式光伏規(guī)模化接入的電力線載波通信技術(shù)研究[D]. 華北電力大學(xué)(北京) 2024.