安科瑞 宣依依

摘要：在“雙碳"和新型電力系統(tǒng)建設(shè)背景下，分布式光伏接入比例不斷提高，對配電網(wǎng)電壓、調(diào)度運(yùn)行及調(diào)峰等環(huán)節(jié)造成強(qiáng)烈沖擊。本文設(shè)計(jì)包含平臺層、設(shè)備層二層架構(gòu)體系的分布式光伏管控平臺，以及小容量工商業(yè)分布式光伏本地和遠(yuǎn)程通信方案，并研究分布式光伏采集模型的構(gòu)建、多源數(shù)據(jù)融合估計(jì)、面向分布式光伏的有功、無功功率優(yōu)化控制等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對小容量工商業(yè)分布式光伏的可觀可測可調(diào)可控。

關(guān)鍵詞：分布式光伏；光伏管控平臺；遠(yuǎn)程通信

1.概述

上海華電奉賢平高食品4408.085kwp分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目（以下簡稱“本項(xiàng)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(xiàng)目。上海華電奉賢新能源有限公司（以下簡稱“上海華電"）租賃上海平高食品有限公司廠房屋頂建設(shè)4408.085kWp屋頂分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，采用“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)"方案。

本文介紹光伏電站接入系統(tǒng)方案的論證，系統(tǒng)繼電保護(hù)及安全自動裝置、系統(tǒng)通信、系統(tǒng)調(diào)度自動化方案研究等。

圖 項(xiàng)目現(xiàn)場驗(yàn)收圖

2.現(xiàn)有電網(wǎng)情況

本工程位于上海市奉賢區(qū)航塘公路1618號，屬于上海市電力公司奉賢供電公司管理范圍。目前用戶配電站為10kV電壓用戶站，站內(nèi)4臺10kV變壓器，變壓器容量為（1250+1600）kVA和（1250+1600）kVA。用戶甲線變壓器通過10kV線路“22平高食品甲"線接入利口福開關(guān)站10kV一段母線，再通過“梁19利口福甲"線接入35kV梁典站10kV一段母線。用戶乙線變壓器通過10kV線路“32平高食品乙"線接入利口福開關(guān)站10kV二段母線，再通過“梁33利口福乙"線接入35kV梁典站10kV三段母線。

本期工程光伏組件容量為4408.085kWp，根據(jù)《國家電網(wǎng)分布式光伏發(fā)電接入系統(tǒng)典型設(shè)計(jì)》的規(guī)定和現(xiàn)場條件，本工程為2個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)，光伏組件逆變后接入用戶光伏站升壓變高壓側(cè)母線的高壓配電柜內(nèi)。用戶光伏通過10kV線路接入分別接入35kV梁典站10kV一段母線和35kV梁典站10kV三段母線。

上海華電奉賢平高食品4408.085kwp分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目接入方案示意圖如下：

圖 分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目接入方案示意圖

3.技術(shù)方案

本項(xiàng)目規(guī)模約為4408.085kWp，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。分布式光伏系統(tǒng)所發(fā)電量采用就地消納，自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。本項(xiàng)目分為4個(gè)光伏發(fā)電分系統(tǒng)，光伏發(fā)電系統(tǒng)對應(yīng)接入2臺1000kVA升壓變壓器和2臺1250kVA升壓變壓器。1#升壓變1000kVA的發(fā)電單元采用3臺300kW組串式逆變器；2#升壓變1250kVA的發(fā)電單元采用4臺300kW組串式逆變器；3#升壓變1000kVA的發(fā)電單元采用3臺300kW組串式逆變器；4#升壓變1250kVA的發(fā)電單元采用4臺300kW組串式逆變器，將直流電逆變?yōu)槿嘟涣麟姟?4臺300kW逆變器分別接入對應(yīng)容量的升壓變低壓側(cè)，經(jīng)升壓變升壓至10kV。4個(gè)光伏發(fā)電單元1，2，3,4#升壓變，通過2回10kV線纜送入光伏開關(guān)站內(nèi)10kV匯流母線。光伏開關(guān)站采用單母接線，通過2回出線與原變電所10kV一段母線；10kV二段母線母排拼接新增間隔，接入電網(wǎng)。

3.1. 一次系統(tǒng)簡介

本工程新增10kV開關(guān)站兩座，配電裝置共14面高壓柜，分別為：接入柜2面、并網(wǎng)柜2面、計(jì)量柜2面、PT柜2面、光伏進(jìn)線柜4面、無功補(bǔ)償柜2面、采用單母線接線，并入電網(wǎng)。

圖 新建1#并網(wǎng)點(diǎn)光伏一次圖

圖 新建2#并網(wǎng)點(diǎn)光伏一次圖

3.2. 繼電保護(hù)及安全自動裝置配置原則

本光伏電站內(nèi)主要電氣設(shè)備采用微機(jī)保護(hù)，以滿足信息上送。元件保護(hù)按照《繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》（GB14285－2006）配置，貫徹執(zhí)行有關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程、規(guī)定，貫徹執(zhí)行國家電網(wǎng)公司有關(guān)系統(tǒng)繼電保護(hù)及安全自動裝置的配置和反事故措施文件精神，盡量利用原有系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置。

1）線路保護(hù)

根據(jù)《分布式電源接入系統(tǒng)典型設(shè)計(jì)》，當(dāng)本工程光伏電站線路發(fā)生短路故障時(shí)，要求有線路保護(hù)能快速動作，瞬時(shí)跳開相應(yīng)的斷路器（即光伏電站的光伏進(jìn)線柜斷路器），滿足全線故障快速可靠切除故障的要求。

根據(jù)本工程實(shí)際，在本工程在光伏站側(cè)配置逆功率保護(hù)，方向指向升壓變。接入柜配置1套方向過流保護(hù)裝置，含方向過流保護(hù)，方向指向并網(wǎng)線路。保護(hù)裝置具備方向電流速斷、過流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、零序電流保護(hù)等功能，光伏電站并網(wǎng)線路發(fā)生短路故障時(shí)，線路保護(hù)能快速動作跳開相應(yīng)斷路器，滿足全線故障時(shí)快速可靠切除故障的要求。

2）母線保護(hù)

光伏電站采用單母線接線，當(dāng)母線出線故障時(shí)，由母線開關(guān)處配置的方向過流保護(hù)切除故障，不單獨(dú)配置母線保護(hù)。

3）防孤島措施

光伏電站內(nèi)逆變器需具備防孤島保護(hù)功能，逆變器的防孤島保護(hù)主要有頻率偏移、功率變動、電壓相位跳動等檢測手段，動作時(shí)間在100ms～1s。孤島現(xiàn)象保護(hù)是逆變器并網(wǎng)保護(hù)中很重要、優(yōu)先級別高的保護(hù)，要求光伏系統(tǒng)需要在電網(wǎng)失壓2s以內(nèi)停止向電網(wǎng)線路送電。

本期光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)再配置1套獨(dú)立的防孤島保護(hù)裝置，保護(hù)動作于光伏電站側(cè)并網(wǎng)點(diǎn)開關(guān)。該套獨(dú)立的防孤島保護(hù)裝置應(yīng)包含過電壓及低電壓保護(hù)功能、過頻率及低頻率保護(hù)等功能，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(hù)動作時(shí)間不大于2s，其防孤島保護(hù)應(yīng)與電網(wǎng)側(cè)線路重合閘和安全自動裝置動作時(shí)間相配合。

4）頻率電壓緊急控制

本期在光伏電站側(cè)配置1套頻率電壓緊急控制裝置，在頻率、電壓超出允許范圍后跳開光伏并網(wǎng)點(diǎn)開關(guān)。

圖 繼電保護(hù)及安全自動裝置現(xiàn)場實(shí)物圖

4.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本項(xiàng)目光伏電站配置1套安科瑞電氣股份有限公司所提供的Acrel-1000DP分布式光伏電力監(jiān)控系統(tǒng)具有保護(hù)、控制、通信、測量等功能，可實(shí)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(xiàng)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(xiàng)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(dú)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(dú)立完成就地各電氣設(shè)備的監(jiān)測。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過遠(yuǎn)動通信裝置通過專網(wǎng)與上海市調(diào)度平臺實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊。

站控層由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接的監(jiān)控主機(jī)兼操作員站、遠(yuǎn)動通信裝置等組成，提供站內(nèi)運(yùn)行的人機(jī)界面，實(shí)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(yuǎn)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)備包括匯流柜（根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)確定是否需要）、逆變器、箱變、并網(wǎng)開關(guān)。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(shí)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(jìn)行操作控制。

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

4.1. 通信方案

本工程采取EPON方式為電廠與調(diào)度之間提供一個(gè)光纜數(shù)據(jù)傳輸通道。

在光伏電站新增ONU設(shè)備1套、24芯光配單元1套，建立本工程光伏發(fā)電站至上海市調(diào)的通信傳輸通道，將光伏電站的非實(shí)時(shí)電量信息及實(shí)時(shí)運(yùn)行信息分別接入主站系統(tǒng)。另現(xiàn)場測試無線信號滿足要求，做為備用通道。

4.2.  調(diào)度自動化

4.2.1調(diào)度自動化現(xiàn)狀

目前上海市地調(diào)D5000系統(tǒng)接收有關(guān)發(fā)電廠、500kV、220kV變電站以及主要110kV變電站的遠(yuǎn)動信息，接收的遠(yuǎn)動信息主要來自于變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

4.2.2調(diào)度關(guān)系及調(diào)度管理

本光伏電站所發(fā)電量自發(fā)自用，余電上網(wǎng)，發(fā)電系統(tǒng)性質(zhì)為公用光伏系統(tǒng)。考慮到光伏電站的特殊性，本光伏電站按上海市市調(diào)設(shè)計(jì)。

4.2.3配置及要求

根據(jù)《地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度自動化設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》、《國家電網(wǎng)公司光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》以及國網(wǎng)上電司發(fā)展(2019)858號《國網(wǎng)上海市電力公司關(guān)于印發(fā)光伏發(fā)電接入上海配電網(wǎng)技術(shù)原則》、《國家電網(wǎng)分布式電源接入系統(tǒng)方案》XGF10-Z-1方案等有關(guān)文件進(jìn)行本工程的系統(tǒng)調(diào)度自動化設(shè)計(jì)。主要設(shè)計(jì)范圍為有關(guān)調(diào)度系統(tǒng)接口、光伏電站工程及系統(tǒng)內(nèi)變電站遠(yuǎn)動設(shè)備通道要求及附屬設(shè)備選擇等。

（1）調(diào)度關(guān)系

本工程建成后，本工程光伏電站按上海市調(diào)管轄進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（2）電能量計(jì)費(fèi)

測量、計(jì)量表計(jì)均按電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T448-2016《電能計(jì)量裝置技術(shù)管理規(guī)程》、江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)DB32/991-2022《電能計(jì)量裝置配置規(guī)范》、《國家電網(wǎng)公司光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》的要求進(jìn)行配置。

本項(xiàng)目在光伏電站側(cè)配置主、副計(jì)費(fèi)電能表各1塊，等級為0.2S級。主表作為光伏電站上下網(wǎng)電量關(guān)口計(jì)量表，該關(guān)口計(jì)量表相關(guān)數(shù)據(jù)同步上傳至江蘇電網(wǎng)電能量計(jì)量系統(tǒng)。光伏電站出線柜處配置1個(gè)等級為0.2S級的參考表，精度要求參考發(fā)電關(guān)口計(jì)量。

電能表采用靜止式多功能電能表，至少應(yīng)具備雙向有功和四象限無功計(jì)量功能、事件記錄功能，配有標(biāo)準(zhǔn)通信接口，具備本地通信和通過電能信息采集終端遠(yuǎn)程通信的功能。根據(jù)《電能計(jì)量裝置配置規(guī)范》（DB32/991-2022）要求，本工程電能表精度要求需達(dá)到0.2S級，計(jì)量用互感器的二次計(jì)量繞組應(yīng)專用，不得接入與電能計(jì)量無關(guān)的設(shè)備，并且要求有關(guān)電流互感器、電壓互感器的精度需分別達(dá)到0.2S、0.2級。

（3）電能質(zhì)量監(jiān)測裝置

根據(jù)《國家電網(wǎng)公司光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》以及《江蘇省電力公司電能質(zhì)量管理規(guī)定》的要求，本期在光伏電站側(cè)裝設(shè)滿足IEC61000-4-30-2003《電磁兼容第4-30部分試驗(yàn)和測量技術(shù)一電能質(zhì)量》標(biāo)準(zhǔn)要求的A類電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置1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。

（4）光伏電站群控群調(diào)系統(tǒng)

根據(jù)《電調(diào)〔2021〕44號 江蘇電網(wǎng)分布式電源并網(wǎng)調(diào)度管理工作規(guī)范》第九條的要求：“分布式電源應(yīng)接受并執(zhí)行群控群調(diào)指令，其遠(yuǎn)動信息、電能量計(jì)量信息等數(shù)據(jù)應(yīng)接入調(diào)度自動化系統(tǒng)及配電自動化系統(tǒng)"。本工程光伏電站側(cè)按要求配置1套分布式電源采集控制裝置，具備群控群調(diào)控制器功能，滿足與上級調(diào)度主站、現(xiàn)場逆變裝置之間的群控群調(diào)指令上送與下發(fā)。

為滿足供電群控群調(diào)要求，以箱變?yōu)閱挝慌渲孟鄳?yīng)數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器采集逆變器數(shù)據(jù)后通過箱變測控上傳至光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)。控制系統(tǒng)應(yīng)具有快速響應(yīng)的能力，以便及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)并對外部環(huán)境的變化做出響應(yīng)，響應(yīng)時(shí)間控制在1min以內(nèi)，響應(yīng)精度小于1.5%。

5.系統(tǒng)功能

5.1.   實(shí)時(shí)監(jiān)測

Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)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(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)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(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(shè)計(jì)整體界面，供用戶選擇對應(yīng)配電房對應(yīng)光伏組件或高壓部分進(jìn)行查看。

圖 實(shí)時(shí)監(jiān)測主界面圖

5.2. 歷史事件

Acrel-2000電力監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，保護(hù)動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和進(jìn)行歷史追溯、查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。可以按時(shí)間、類型、等級和設(shè)備進(jìn)行查詢。

圖 報(bào)警界面圖

5.3.電能質(zhì)量在線監(jiān)視界面

在電能質(zhì)量監(jiān)控圖中，可以直接查看電能質(zhì)量裝置的運(yùn)行狀態(tài)、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(zhì)量信息。可以根據(jù)這些信息監(jiān)測現(xiàn)場電能的質(zhì)量，及時(shí)的做出應(yīng)對方案。

圖 電能質(zhì)量在線監(jiān)視界面圖

6. 結(jié)語

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)依靠清潔、可再生的特點(diǎn)廣泛應(yīng)用，但發(fā)電量呈顯著的非穩(wěn)定特性，這對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益構(gòu)成了調(diào)成，因此分布式光伏項(xiàng)目并網(wǎng)時(shí)需要配置繼電保護(hù)及安全自動裝置并接受調(diào)度主站系統(tǒng)的調(diào)控，助力分布式光伏高比例有序并網(wǎng)，強(qiáng)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(yùn)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(xiàn)

[1] 譚大帥,戴彬.分布式光伏管控平臺的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電氣技術(shù).24(2), 41-51.

[2] 楊麗娜.分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)對配電網(wǎng)的影響[J].科技資訊,2024,22(11)

[3] 王文靜.我國分布式光伏發(fā)電的現(xiàn)狀與展望[J].中國科學(xué)院院刊,31(2), 165-172.