安科瑞 陳聰

摘要：隨著我國社會的不斷進(jìn)步,經(jīng)濟(jì)得到迅速的發(fā)展,城市化進(jìn)程也逐漸加快。城市電力配電網(wǎng)絡(luò)的供電壓力逐漸增加,傳統(tǒng)的發(fā)電技術(shù)已經(jīng)不再適用于目前城市電力配電的發(fā)展現(xiàn)狀。傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)電力轉(zhuǎn)化的效率比較低,對空氣的污染也比較大,不利于城市環(huán)境的保護(hù)以及經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。分布式光伏發(fā)電作為一種可再生能源技術(shù)，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。本項(xiàng)目旨在利用分布式光伏發(fā)電技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自發(fā)自用、余電上網(wǎng)，提高能源利用效率，降低能源成本，同時(shí)減少對傳統(tǒng)能源的依賴，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：分布式光伏；自發(fā)自用，余電上網(wǎng)；可持續(xù)發(fā)展;

概述

我國擁有豐富的清潔可再生能源資源儲量，積極開發(fā)利用可再生能源，為解決當(dāng)前化石能源短缺與環(huán)境污染嚴(yán)重的燃眉之急提供了有效途徑^[1]。但是可再生能源的利用和開發(fā)，可再生能源技術(shù)的發(fā)展和推廣以及可再生能源資源對環(huán)境保護(hù)的正向影響，卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到理想的水平。大力開發(fā)太陽能、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]。

光伏發(fā)電主要包括集中式光伏發(fā)電和分布式光伏發(fā)電兩類。集中式光伏發(fā)電一般為大型地面光伏電站;分布式光伏發(fā)電主要指小型分散式光伏電站，其應(yīng)用形式主要為屋頂分布式光伏發(fā)電^[3]。集中式光伏電站的投資大、建設(shè)周期長、占地面積大;而分布式光伏電站的投資小、建設(shè)周期短、政策支持力度大且選址自由等，本項(xiàng)目采用分布式光伏發(fā)電的運(yùn)行方式，在廠區(qū)的屋頂進(jìn)行安裝光伏發(fā)電設(shè)備進(jìn)行發(fā)電。

本項(xiàng)目采用高效光伏組件，總?cè)萘繛?.03WM，本項(xiàng)目電量結(jié)算原則為：自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。項(xiàng)目計(jì)劃2024年6月底建成投產(chǎn)。選用Acrel光伏二次設(shè)計(jì)方案，國產(chǎn)麒麟操作系統(tǒng)下的光伏監(jiān)控平臺具備智能監(jiān)控、保護(hù)裝置具有穩(wěn)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(zhuǎn)換為交流電，以滿足并網(wǎng)要求。本項(xiàng)目的實(shí)施將為當(dāng)?shù)靥峁┣鍧?、可再生的電力能源，有助于減少對傳統(tǒng)能源的依賴，降低碳排放。

圖1 項(xiàng)目現(xiàn)場圖

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場設(shè)備主要分為三部分，就地高壓柜、二次保護(hù)裝置柜、箱變。就地高壓保護(hù)裝置根據(jù)不同功能安裝在對應(yīng)的高壓柜對電力進(jìn)行保護(hù)。二次保護(hù)裝置柜配備防孤島保護(hù)，公共測控裝置、頻率電壓緊急控制裝置、電能質(zhì)量裝置，對時(shí)裝置以及采集上傳設(shè)備，二次保護(hù)裝置主要對一次設(shè)備進(jìn)行保護(hù)、廠站內(nèi)的數(shù)據(jù)采集與調(diào)度上傳。箱變安裝有數(shù)采儀對逆變器的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

本項(xiàng)目modbus、IEC60303-3-103、IEC60870-5-104相結(jié)合的方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集傳輸。就地高壓柜保護(hù)通過modbus-TCP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，二次保護(hù)柜使用了modbus-485、IEC60303-3-103、modbus-TCP三種協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，箱變數(shù)采儀使用了IEC60870-5-104協(xié)議采集逆變器數(shù)據(jù)。

項(xiàng)目對時(shí)：本項(xiàng)目采用GPS與北斗兩種衛(wèi)星進(jìn)行對時(shí)，保證了項(xiàng)目設(shè)備對時(shí)的準(zhǔn)確性。對時(shí)裝置利用以太網(wǎng)連接入站控層交換機(jī)從而完成對監(jiān)控主機(jī)與遠(yuǎn)動上傳裝置的對時(shí)，利用IRIG-B通過接線的方式對就地保護(hù)、二次保護(hù)柜裝置、支流屏等裝置進(jìn)行對時(shí)，保證設(shè)備時(shí)間的一致。

監(jiān)控平臺：配備了一套變電站綜合自動化系統(tǒng)軟件（Acrel-1000DP光伏監(jiān)控系統(tǒng)）在國產(chǎn)麒麟操作系統(tǒng)的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了對現(xiàn)場保護(hù)設(shè)備和儀表設(shè)備的數(shù)據(jù)監(jiān)視與管理，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的電壓、電流、功率等參數(shù)，可以通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控。遠(yuǎn)程控制：可以通過監(jiān)控對分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，如斷路器的分合等。數(shù)據(jù)分析：可以對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如發(fā)電量、能耗等，為用戶提供決策支持。報(bào)警功能：可以設(shè)置報(bào)警閾值，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，會及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號，提醒用戶進(jìn)行處理。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

解決方案

方案綜述

項(xiàng)目為屋頂分布式光伏項(xiàng)目，該項(xiàng)目的容量為4.03MW，項(xiàng)目采用自發(fā)自用余電上網(wǎng)的消納方式。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(shè)置光伏進(jìn)線柜柜，站用變柜，SVG柜，PT柜，計(jì)量柜，出線總柜，并網(wǎng)柜。新增的光伏系統(tǒng)配置自動化系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集并網(wǎng)信息，信息上傳至當(dāng)?shù)卣{(diào)控DMS系統(tǒng)。光伏發(fā)電逆變器電源電壓為1000V，經(jīng)箱變升壓變升壓至10kV后,通過高壓電纜接入新增的10kV光伏進(jìn)線柜,通過并網(wǎng)柜并入原10kV市電高壓柜。項(xiàng)目采用Acrel-1000DP光伏監(jiān)控平臺，操作使用了國產(chǎn)麒麟系統(tǒng)。監(jiān)控平臺具有對全站數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)觀測、事故告警提示等功能。

圖3 光伏電站一次系統(tǒng)圖

功能需求

繼電保護(hù)及安全自動裝置需求

分布式電源繼電保護(hù)和安全自動裝置配置應(yīng)符合相關(guān)繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)程、運(yùn)行規(guī)程和反事故措施的規(guī)定，裝置定值應(yīng)與電網(wǎng)繼電保護(hù)和安全自動裝置配合整定，防止發(fā)生繼電保護(hù)和安全自動裝置誤動、拒動，確保人身、設(shè)備和電網(wǎng)安全。10kV接入的分布式電源，保護(hù)和安全自動裝置配置還應(yīng)滿足《繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》（GB/T14285-2006）。

1.線路保護(hù)裝置：光伏電站線路發(fā)生短路故障時(shí)，線路保護(hù)能快速動作，瞬時(shí)跳開相應(yīng)并網(wǎng)點(diǎn)斷路器，滿足全線故障時(shí)快速可靠切除故障的要求。

2.電容器保護(hù)裝置：在高壓配電室10kVSVG柜，裝設(shè)1套電容器保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)欠電壓，過電壓，零序電壓，不平衡電壓保護(hù)，異常緊急控制功能，跳開電容器斷路器。

3.防孤島保護(hù)裝置：防孤島檢測需滿足GB/T19964-2012《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》、Q/GDW617-2011《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》等規(guī)范文件的要求。分布式電源應(yīng)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)與配電網(wǎng)側(cè)線路重合閘和安全自動裝置動作時(shí)間相配合。針對電網(wǎng)失壓后分布式電源可能繼續(xù)運(yùn)行、且向電網(wǎng)線路送電的情況提出。孤島運(yùn)行一方面危及電網(wǎng)線路維護(hù)人員和用戶的生命安全，干擾電網(wǎng)的正常合閘；另一方面孤島運(yùn)行電網(wǎng)中的電壓和頻率不受控制，將對配電設(shè)備和用戶設(shè)備造成損壞。防孤島裝置應(yīng)具備線路故障時(shí)，確保電源能及時(shí)斷開與電網(wǎng)連接，確保重合閘能正確動作。

4.光伏電站內(nèi)需具備直流電源，供10kV保護(hù)及測控裝置，電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置等設(shè)備使用。光伏電站內(nèi)需配置交直流一體化電源，供關(guān)口電能表、電能量終端服務(wù)器、交換機(jī)等設(shè)備使用。系統(tǒng)繼電保護(hù)應(yīng)使用的互感器和電壓互感器的二次繞組，電流互感器準(zhǔn)確級宜采用0.2S、10P級，電壓互感器準(zhǔn)確級宜采用0.2、3P級

5.光伏電站本體應(yīng)具備故障和異常工作狀態(tài)報(bào)警和保護(hù)的功能。

6.光伏電站應(yīng)支持調(diào)度機(jī)構(gòu)開展"四遙"(遙測、遙信、遙控、遙調(diào))應(yīng)用功能。

7.恢復(fù)并網(wǎng)：當(dāng)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(fù)到正常運(yùn)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(fù)正常后，通過10kV電壓等級并網(wǎng)的分布式電源恢復(fù)并網(wǎng)應(yīng)經(jīng)過電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)的允許。

調(diào)度自動化需求

光伏電站應(yīng)滿足江蘇電力調(diào)度控制關(guān)于印發(fā)《發(fā)電企業(yè)自動化系統(tǒng)接入配置指導(dǎo)意見》的通知（電調(diào)〔2018〕40號）有關(guān)自動化規(guī)定：10kv接入的分布式電源，信息采集、控制調(diào)節(jié)等應(yīng)滿足江蘇電力調(diào)度控制關(guān)于印發(fā)《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》（Q/GDW617-2011）、《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》（GB/T19964-2012）要求。光伏電站投運(yùn)后，由區(qū)調(diào)調(diào)度，并由區(qū)級供電公司對運(yùn)行進(jìn)行管理。因此，需建立光伏電站至區(qū)調(diào)的調(diào)度通信以及運(yùn)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(jī)構(gòu)進(jìn)行雙向通信的能力，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制功能，應(yīng)能接收、執(zhí)行調(diào)度端遠(yuǎn)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(yuǎn)動功能，有關(guān)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議的遠(yuǎn)傳功能。光伏電站配電自動化終端監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集并網(wǎng)運(yùn)行信息，主要包括主斷路器狀態(tài)、并網(wǎng)點(diǎn)開關(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(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)度將數(shù)據(jù)下發(fā)至縣調(diào)，當(dāng)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(shí)，就地監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能夠接收和執(zhí)行上級調(diào)度主站系統(tǒng)的控制命令。

電能質(zhì)量在線監(jiān)測需求

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)通過光伏組件將太陽能轉(zhuǎn)化為直流電位的正弦波電流，并入電網(wǎng)，在將直流電能經(jīng)逆變轉(zhuǎn)換為交流電能的過程中，可能會產(chǎn)生大量諧波及直流分量。

根據(jù)《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》（Q/GDW617-2011）、江蘇省電力公司《光伏電站接入系統(tǒng)導(dǎo)則（2010年版）》及《分布式電源接入系統(tǒng)典型設(shè)計(jì)》（電網(wǎng)公司）規(guī)定，為保證對電能質(zhì)量的有效監(jiān)控，光伏電站側(cè)、宿遷市城區(qū)開發(fā)投資有限公司10kV配電房側(cè)配置1套滿足GB/T19862《電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備通用要求》的A類電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，用于分布式光伏項(xiàng)目的電能質(zhì)量指標(biāo)的監(jiān)測。

電能質(zhì)量在線監(jiān)測數(shù)據(jù)需上傳至相關(guān)主管機(jī)構(gòu)。

配置設(shè)備清單

表1我司提供方案設(shè)備列表

現(xiàn)場應(yīng)用圖

圖4 光伏電站屏柜布置圖

圖5 直流屏柜布置圖

圖6 光伏電站監(jiān)控主機(jī)臺布置圖

系統(tǒng)功能

電能質(zhì)量監(jiān)視

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?？梢愿鶕?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7 電能質(zhì)量監(jiān)視界面圖

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線診斷設(shè)備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)能自動在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。

圖8 站內(nèi)設(shè)備系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

主接線圖

在此界面可以查看高壓保護(hù)柜的電量參數(shù)，監(jiān)視斷路器和手車的狀態(tài)，在遠(yuǎn)方狀態(tài)時(shí)可以遙控?cái)嗦菲鞯姆趾?，監(jiān)視高壓柜保護(hù)裝置的參數(shù)，能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)做出相應(yīng)的處理。

圖8 主接線界面圖

結(jié)語

光伏發(fā)電是我國重要的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，大力推進(jìn)光伏發(fā)電應(yīng)用對優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、保障能源安全、改善生態(tài)環(huán)境、轉(zhuǎn)變城鄉(xiāng)用能方式具有重大戰(zhàn)略意義^[4]。分布式光伏發(fā)電應(yīng)用范圍廣，在城鄉(xiāng)建筑、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、公共設(shè)施等領(lǐng)域都有廣闊應(yīng)用前景，既是推動能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命的重要力量，也是促進(jìn)穩(wěn)增長調(diào)結(jié)構(gòu)促改革惠民生的重要舉措。該項(xiàng)目的實(shí)施可以有效地推動可再生能源的發(fā)展，減少對傳統(tǒng)能源的依賴，降低能源消耗和環(huán)境污染。通過分布式光伏的應(yīng)用，我們成功實(shí)現(xiàn)了太陽能的*大化利用，為社會提供了清潔、可持續(xù)的電力供應(yīng)。在未來的發(fā)展中，我們將繼續(xù)努力，為推動可再生能源的發(fā)展和應(yīng)用做出更大的貢獻(xiàn)。同時(shí)，我們也將不斷提高技術(shù)水平和管理水平，確保項(xiàng)目的順利實(shí)施和運(yùn)行，為社會和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]張欣，分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目綜合效益評價(jià)研究[D].工程碩士論文，2014.

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

[3]李明東，李婧雯主編，“雙碳”目標(biāo)下中國分布式光伏發(fā)電的發(fā)展和展望[J].2023.五期.

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