分布式光伏系統(tǒng)如何實現(xiàn)在重工企業(yè)18MW應用？

摘要：分布式光伏發(fā)電特指在用戶場地附近建設，運行方式以用戶側(cè)自發(fā)自用、余電上網(wǎng)，且在配電系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)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(zhuǎn)換，就近使用的原則，不僅能夠有效提高同等規(guī)模光伏電站的發(fā)電量，同時還有效解決了電力在升壓及長途運輸中的損耗問題,發(fā)展分布式光伏發(fā)電對優(yōu)化能源結構、實現(xiàn)“雙碳目標”、推動節(jié)能減排、實現(xiàn)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

關鍵詞：分布式光伏；光伏監(jiān)控系統(tǒng)；電能計量；電能質(zhì)量在線監(jiān)測；繼電保護

光伏發(fā)電具有顯著的能源、環(huán)保和經(jīng)濟效益，是**質(zhì)的綠色能源之一，在我國平均日照條件下安裝1千瓦光伏發(fā)電系統(tǒng)，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(jù)世界自然基金會研究結果：從減少二氧化碳效果而言，安裝1平米光伏發(fā)電系統(tǒng)相當于植樹造林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)境問題的有效手段之一。

本次建設規(guī)模為18000千瓦分布式光伏發(fā)電。本項目電量結算原則為：自發(fā)自用、余電上網(wǎng)。項目計劃2023年7月底建成投產(chǎn)，本期項目投運后年均發(fā)電量約2400萬千瓦時。該重工企業(yè)光伏電站至公共連接點(豐山*一開閉所904開關、豐山第三開閉所924開關、10KV頂豐Ⅱ回955線路新城支線非15桿)所有工程由投資建設；在豐山*一開閉所904開關、豐山第三開閉所924開關、10kV頂豐Ⅱ回955線路新城支線非15桿、該重工企業(yè)光伏配電室3個并網(wǎng)點處裝設*級電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置；豐山*一開閉所904開關、豐山第三開閉所924開關、10kV頂豐Ⅱ回955線路新城支線非15桿的、重工企業(yè)配電室內(nèi)的計量表、重工企業(yè)光伏開關室的3個并網(wǎng)點裝設供電公司提供的光伏發(fā)電計量表。

圖1項目現(xiàn)場圖

2. 系統(tǒng)結構

分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)是指：通過執(zhí)行規(guī)定功能來實現(xiàn)某一給定目標的一些相互關聯(lián)單元的組合，利用計算機技術、現(xiàn)代電子技術、通信技術和信息處理技術等實現(xiàn)對變電站二次設備的功能進行重新組合、優(yōu)化設計，對光伏電站全部設備的運行情況執(zhí)行監(jiān)視、測量。

系統(tǒng)可分為三層結構：即現(xiàn)場設備層、網(wǎng)絡通訊層和平臺管理層。

現(xiàn)場設備層：包含微機保護、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、故障解列裝置、多功能儀表、計量表等設備，用于采集站內(nèi)配電柜內(nèi)電氣運行參數(shù)、開關狀態(tài)等數(shù)據(jù)，同時分別在10kV變電所配置多套直流電源，保障現(xiàn)場設備良好的運行環(huán)境。

網(wǎng)絡通訊層：包含ANet-2E4SM智能網(wǎng)關。網(wǎng)關主動采集現(xiàn)場設備層設備的數(shù)據(jù)，并可進行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲，分散10kV變電站通過數(shù)據(jù)采集箱（內(nèi)置智能網(wǎng)關）采集數(shù)據(jù)通過光纖上傳至通信室分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)平臺；同時網(wǎng)關充當遠動通信裝置，將現(xiàn)場設備數(shù)據(jù)采集后通過交換機經(jīng)縱向加密數(shù)據(jù)加密后上傳調(diào)度網(wǎng)。

平臺管理層：l分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)平臺、國網(wǎng)漳州供電公司調(diào)度控制*心平臺。

圖2監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡結構圖

3. 解決方案

本項園區(qū)采用10kV供電，電源接入點為4處，變壓器總?cè)萘繛?600+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。三個高壓并網(wǎng)點采用XGF10-Z-1國網(wǎng)典型設計方案。

圖3光伏電站一次系統(tǒng)圖

該項目為一般廠房用電，按三級負荷要求供電，10kV采用單母線接線方式。擬在重工企業(yè)內(nèi)十二個屋面建設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，共利用原有三個電源點作為光伏高壓并網(wǎng)點并入電網(wǎng)端，每個并網(wǎng)點均設置光伏進線柜、光伏并網(wǎng)計量柜、光伏出線柜。新增的光伏系統(tǒng)配置自動化系統(tǒng)，實時采集并網(wǎng)信息，信息上傳至當?shù)卣{(diào)控*心DMS系統(tǒng)。光伏發(fā)電逆變器電源電壓為800V，經(jīng)室內(nèi)升壓變升壓至10kV后,通過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4光伏電站原有一次系統(tǒng)圖

圖5光伏電站原有開閉所屏柜布置圖

3.1. 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，分別接入三個區(qū)域屋頂光伏發(fā)電設備。根據(jù)用戶配電系統(tǒng)管理需求，需要對10kV開關柜、光伏逆變器、交直流系統(tǒng)等進行全方面監(jiān)控與保護，及時發(fā)現(xiàn)故障故障，保證配電系統(tǒng)可靠運行。

在3#光伏配電室配置一套Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)，通過通信管理機及網(wǎng)絡交換機實時采集各個光伏配電間的繼電保護裝置、電能質(zhì)量、*全自動裝置、光伏逆變器等二次設備數(shù)據(jù)，實現(xiàn)整個廠區(qū)供配電系統(tǒng)的*面電力監(jiān)控與自動化管理。

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

在每間光伏配電室光伏計量柜配置關口計量電能表、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；關口計量電能表，用于用戶與電網(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，用于計量用電客戶自用電量。

本項目采用5G無線專用通道方式，通過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。一面遠動通訊屏，遠動通訊屏配置數(shù)據(jù)1臺5G無線路由器、2臺交換機、2臺縱向加密裝置、1臺正向隔離裝置、1臺遠動裝置、1臺群調(diào)群控裝置。具備與電網(wǎng)調(diào)度機構進行雙向通信的能力，能夠?qū)崿F(xiàn)遠程監(jiān)測和控制功能，應能接收、執(zhí)行調(diào)度端遠方控制解/并列、啟停和發(fā)電功率的指令，具備群調(diào)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(jiān)控系統(tǒng)來完成，具備符合相關標準通信協(xié)議的遠傳功能。

分布式電源繼電保護和*全自動裝置配置應符合相關繼電保護技術規(guī)程、運行規(guī)程和反事故措施的規(guī)定，裝置定值應與電網(wǎng)繼電保護和*全自動裝置配合整定，防止發(fā)生繼電保護和*全自動裝置誤動、拒動，確保人身、設備和電網(wǎng)*全。10kV接入的分布式電源，保護和*全自動裝置配置還應滿足《分布式電源涉網(wǎng)保護技術規(guī)范》(Q/GDW11198)的要求。

1.線路保護：光伏電站線路發(fā)生短路故障時，線路保護能快速動作，瞬時跳開相應并網(wǎng)點斷路器，滿足全線故障時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進線柜901開關、#7高壓配電室10kV進線柜901開關、#5高壓配電室10kV進線柜901開關各配置1套帶方向過流保護(保護測控一體)及*全解列裝置。在#1高壓配電室光伏接入柜906開關、#7高壓配電室光伏接入柜903開關、5高壓配電室光伏接入柜904開關各配置1套帶方向過流保護(保護測控一體)。

2.*全自動裝置：在非高壓配電室10kV進線柜901開關、#7高壓配電室10kV進線柜901開關、5高壓配電室10kV進線柜901開關各裝設1套*全自動裝置，實現(xiàn)頻率電壓異常緊急控制功能，跳開光伏電站側(cè)斷路器。

3.防孤島保護：分布式電源應具備快速監(jiān)測孤島且立即斷開與電網(wǎng)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(wǎng)側(cè)線路重合閘和*全自動裝置動作時間相配合。在本光伏電站并網(wǎng)點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(diào)度機構開展"四遙"(遙測、遙信、遙控、遙調(diào))應用功能。

6.恢復并網(wǎng)：當光伏發(fā)電系統(tǒng)因電網(wǎng)擾動脫網(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(tǒng)不允許并網(wǎng)；在電網(wǎng)電壓和頻率恢復正常后，通過10kV電壓等級并網(wǎng)的分布式電源恢復并網(wǎng)應經(jīng)過電網(wǎng)調(diào)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現(xiàn)快速監(jiān)測到孤島后立即斷開與電網(wǎng)的連接，防孤島方案應與繼電保護、*全自動裝置等相配合；逆變器應符合國家、行業(yè)相關技術標準，具備高/低電壓閉鎖、檢有壓自動并網(wǎng)功能，檢有壓定值宜整定為百分之八十五UN(實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(xù)運行、且向電網(wǎng)線路送電的情況提出。孤島運行一方面危及電網(wǎng)線路維護人員和用戶的生命*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(wǎng)連接，確保重合閘能正確動作。

9.系統(tǒng)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5P、10P級，電壓互感器準確級宜采用0.5、3P級。

10.光伏電站內(nèi)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)量在線監(jiān)測裝置等設備使用。

光伏電站應滿足《國網(wǎng)福建電力做好中低壓分布式電源接入系統(tǒng)*質(zhì)服務指導意見》(閩電發(fā)展(2022〕381號)有關自動化的規(guī)定：10kV接入的分布式電源，信息采集、控制調(diào)節(jié)等應滿足《分布式電源并網(wǎng)技術要求》(GB/T33593-2017)及閩電調(diào)〔2022〕268號國網(wǎng)福建電力關于印發(fā)《福建省中低壓分布式電源采集信號規(guī)范(試行)》要求。

光伏電站投運后，由縣調(diào)調(diào)度，并由縣級供電公司對運行進行管理。因此，需建立光伏電站至縣調(diào)的調(diào)度通信以及遠動等信息和數(shù)據(jù)傳輸通道。

10kV光伏電站本體需配置配電自動化終端監(jiān)控系統(tǒng)，具備與電網(wǎng)調(diào)度機構進行雙向通信的能力，能夠?qū)崿F(xiàn)遠程監(jiān)測和控制功能，應能接收、執(zhí)行調(diào)度端遠方控制解/并列、啟停和發(fā)電功率的指令，具備群調(diào)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(jiān)控系統(tǒng)來完成，具備符合相關標準通信協(xié)議的遠傳功能。光伏電站配電自動化終端監(jiān)控系統(tǒng)實時采集并網(wǎng)運行信息，主要包括主斷路器狀態(tài)、并網(wǎng)點開關狀態(tài)(具備遙控功能)、并網(wǎng)點電壓和電流、光伏發(fā)電系統(tǒng)有功功率和無功功率、光伏發(fā)電量、頻率等，上傳至市供電公司配網(wǎng)自動化系統(tǒng)主站，再由市供電公司調(diào)度*心將數(shù)據(jù)下發(fā)至縣調(diào)，當調(diào)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(jiān)控系統(tǒng)應能夠接收和執(zhí)行上級調(diào)度主站系統(tǒng)的控制命令。

站內(nèi)對時方式：分布式電源10kV接入時，應能夠?qū)崿F(xiàn)對時功能，可采用北斗對時方式、GPS對時方式或網(wǎng)絡對時方式。

根據(jù)Q/GDW10347-2016《電能計量裝置通用設計規(guī)范》規(guī)定，運營模式為自發(fā)自用余電上網(wǎng)的分布式電源應采用三點計量法，本項目需設置關口計量電能表、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；關口計量電能表，用于用戶與電網(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，用于計量用電客戶自用電量，具體見項目方案原則電氣主接線示意圖。

1.安裝位置與要求

在豐山*一開閉所904開關、豐山第三開閉所924開關、10kV頂豐Ⅱ回955線路新城支線非15桿各新增某重工企業(yè)的下網(wǎng)關口計量表一個，共新增三個關口計量表。

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

在某重工企業(yè)1#光伏開關室10kV并網(wǎng)點911開關；2#光伏開關室10kV并網(wǎng)點911開關；3#光伏開關室10kV并網(wǎng)點911開關，3個并網(wǎng)點分別設置并網(wǎng)電能表，用于光伏發(fā)電計費補償。

2.技術要求

(1)電能計量裝置的配置和技術要求應符合DL/T448和DU/T614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/T645。(根據(jù)結算精度要求，必要時應具備698通訊協(xié)議)。

(2)10kV關口計量電能表精度要求不低于0.5S級，并且要求有關電流互感器、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用，不得接入與電能計量無關的設備。

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

(4)并網(wǎng)點計量柜安裝專變采集終端，將信息傳輸?shù)接秒娦畔⒉杉到y(tǒng)，應按照《福建省電力有限公司專變采集終端安裝規(guī)范》(營計〔2011〕86號)中的有關規(guī)定設計。

(5)光伏并網(wǎng)計量點應加一面計量屏，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(tǒng)計與傳輸

計費表采集信息通過專變采集終端接入計費主站系統(tǒng)(電費計量信息)和光伏發(fā)電管理部門(政府部門或政府指定部門)電能信息采集系統(tǒng)(電價補償計量信息),作為電費計量和電價補貼依據(jù)；各表計信息統(tǒng)一匯集至計量終端服務器。關口點電能計量裝置應滿足《電能計量裝置技術管理規(guī)程》(DL/T448-2016)要求，關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業(yè)審查合格后方可實施。

根據(jù)Q/GDW10651—2015《電能質(zhì)量評估技術導則》的相關要求；通過10(6kV～35kV電壓等級并網(wǎng)的變流器類型電源應在公共連接點裝設滿足GB/T19862要求的*級電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置，以滿足接入福建電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測子站通信機的接入規(guī)范，對電壓、頻率、諧波、功率因數(shù)等電能質(zhì)量參數(shù)進行監(jiān)測，電能質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)應至少保存一年。本項目在豐山*一開閉所904開關、豐山第三開閉所924開關、10kV頂豐Ⅱ回955線路新城支線#15桿、某重工企業(yè)光伏開關站3個并網(wǎng)點處分別裝設一套電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置。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)量在線監(jiān)測設備檢測報告。

光伏電站應滿足《國網(wǎng)福建電力做好中低壓分布式電源接入系統(tǒng)*質(zhì)服務指導意見》(閩電發(fā)展〔2022〕381號)有關電能質(zhì)量要求的規(guī)定，當接入配電網(wǎng)的分布式電源導致公共連接點電能質(zhì)量不滿足相關要求時，運營管理方應在規(guī)定時間內(nèi)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)量仍無法滿足要求時，電網(wǎng)運營管理部門采取斷開該分布式電源管控措施，直至電能質(zhì)量滿足要求時方可重新并網(wǎng)。

通過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應滿足現(xiàn)行技術規(guī)范要求。

通過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個月內(nèi)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)量評估技術導則》的相關要求。分布式電源接入電網(wǎng)的檢測點為電源并網(wǎng)點，應由具有相應資質(zhì)的單位或部門進行檢測，并在檢測前將檢測方案報縣供電公司調(diào)控*心備案。

在新(擴)建諧波源用戶投運后，縣供電公司營銷部組織對用戶諧波進行測試。如發(fā)現(xiàn)評估不超標而實測超標的用戶，縣供電公司營銷部應對該用戶下發(fā)諧波整改通知，及時落實用戶諧波治理措施。

根據(jù)能監(jiān)局36號文及國家電網(wǎng)公司二次安防要求，配電自動化通道需要加裝*全防護設備。本工程應配置1.臺縱向加密認證裝置，且在電力監(jiān)控系統(tǒng)投運前應通過具有國家認證許可的*全評估機構進行*全評估工作，并向縣調(diào)提交*全評估測評報告。

業(yè)主單位需內(nèi)部集控信息進行遠程監(jiān)視時，不得與傳送上級調(diào)度單位共用傳輸設備，不得使用相同的傳送規(guī)約和端口。

3.3. 配置設備清單

表3我司提供方案設備列表 

圖63#光伏電站屏柜布置圖

圖73#光伏電站監(jiān)控主機與遠動通訊屏柜布置圖

圖83#光伏電站公用測控屏、通信及時鐘同步屏柜布置圖

4. 系統(tǒng)功能4.1. 實時監(jiān)測

Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)人機界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關故障、告警等信號。同時可以設計整體界面，供用戶選擇對應配電房對應光伏組件或高壓部分進行查看。

圖9實時監(jiān)測主界面圖

4.2. 逆變器監(jiān)視

在逆變器監(jiān)控圖中，可以直接查看該回路詳逆變器的交直流兩側(cè)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(jù)項目光伏發(fā)電實際接入情況，分開查看對應光伏逆變器組件數(shù)據(jù)。

圖10逆變器監(jiān)視界面圖

4.3. 網(wǎng)絡拓撲圖

系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡結構；可在線診斷設備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)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11站內(nèi)設備系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖

4.4. 曲線查詢

在曲線查詢界面可以直接查看各電參量曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等曲線。

圖12曲線查詢界面圖

5. 結語

在“雙碳”背景下，隨著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)生的電壓問題，因此在促進分布式光伏并網(wǎng)過程中需要一套*全可靠的分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)解決方案，為用戶、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(tǒng)一管控，推動分布式光伏和大電網(wǎng)的協(xié)調(diào)運行，搭建數(shù)據(jù)透明、調(diào)控便捷、能源互動的新型分布式新能源調(diào)度管理體系。

參考文獻

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安科瑞唐曉娟13774431042