為了“雙碳"目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，可再生能源的開(kāi)發(fā)利用已成為必然趨勢(shì)。新能源發(fā)電作為一種重要的能源利用形式，越來(lái)越受到人們的重視。與大容量、高電壓、遠(yuǎn)距離輸電的集中發(fā)電相比，分布式光伏具有容量小、電壓低、就地消納等D特優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)得到廣泛應(yīng)用，呈現(xiàn)出跨越式發(fā)展趨勢(shì)，研究分布式光伏接入對(duì)配電網(wǎng)的影響，對(duì)于提高電網(wǎng)和人身安全具有重要意義。本文以分布式光伏為研究對(duì)象，結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)分布式光伏接入配電網(wǎng)的電氣二次配置和通信管理進(jìn)行了研究。

概述

上海寶鋼激光焊接有限公司屋頂光伏發(fā)電項(xiàng)目(二期)(以下簡(jiǎn)稱“項(xiàng)目")是響應(yīng)“優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提供更清潔、更可靠的能源"號(hào)召而投資的分布式光伏發(fā)電應(yīng)用示范項(xiàng)目。

本項(xiàng)目位于上海寶鋼激光焊接有限公司廠房?jī)?nèi)，利用現(xiàn)有廠房屋頂建設(shè)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，總建設(shè)規(guī)模約712.8kWp。本項(xiàng)目投資方為上海寶鋼環(huán)?？萍疾块T(mén)

介紹了光伏電站接入系統(tǒng)方案、系統(tǒng)繼電保護(hù)及安全自動(dòng)化裝置、系統(tǒng)通信、系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化方案等的論證。

現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)闡述

現(xiàn)有客戶配電電站為10kV客戶變壓器，全站10kV變壓器3臺(tái)，變壓器容量為1600+1250+1250。用戶變壓器經(jīng)10kV“31-4安賽洛"線路接至10kV本特開(kāi)關(guān)站第二段母線，再接至110kV百安10kV四段母線。光伏發(fā)電已投產(chǎn)1200kWp。

分布式光伏設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目光伏組件、支架及相關(guān)設(shè)備安裝在一期屋面低跨區(qū)域，與已安裝一期光伏設(shè)備的高跨屋面相鄰。一、二生產(chǎn)線屋面(低跨)為彩鋼瓦結(jié)構(gòu)，屋面板為角Chi型III型結(jié)構(gòu)。整個(gè)屋頂跨度55米，長(zhǎng)189米，總面積約1萬(wàn)平方米。除照明和排風(fēng)通風(fēng)設(shè)施外，屋頂可利用率約75%，光伏設(shè)備占地面積約5000平方米。

在廠房東側(cè)相鄰電氣室外綠化帶內(nèi)，本工程升壓變壓器及并網(wǎng)設(shè)備將以箱式變電站的形式安裝。箱式變電站占地面積約40平方米。逆變器交流輸出升壓至10kV后，接至高壓開(kāi)關(guān)柜。然后通過(guò)回出線與位于一期電氣室的廠區(qū)10KV母線連接。高壓并網(wǎng)線進(jìn)線柜安裝在母線上，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。設(shè)備位置示意圖見(jiàn)下圖。最終平面布置圖以詳細(xì)設(shè)計(jì)完成后出具的施工圖為準(zhǔn)。

技術(shù)方案

規(guī)模約712.8kWp，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、變壓器等國(guó)內(nèi)Z名產(chǎn)品。分布式光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電能就地吸收，自行發(fā)電，剩余電量在線。本項(xiàng)目光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的直流電經(jīng)串聯(lián)逆變器轉(zhuǎn)換為交流電，現(xiàn)場(chǎng)升壓至10KV。開(kāi)關(guān)柜接10KV進(jìn)線母線，廠負(fù)荷接電網(wǎng)。結(jié)合用戶供廠變壓器容量(4100KVA)和一期光伏并網(wǎng)系統(tǒng)總數(shù)(1200kW)分析，光伏并網(wǎng)容量不超過(guò)廠可變?nèi)萘康?0%，再根據(jù)屋頂勘測(cè)考慮，確定光伏項(xiàng)目建設(shè)容量為712.8kWp為宜。

升壓變壓器及高低壓配電設(shè)備

本工程配備三相交流800KVA干式變壓器1臺(tái)。額定電壓10.522.5%/0.38kV

變壓器連接到交流母線或低壓機(jī)柜輸出線上。交流母線負(fù)載開(kāi)關(guān)具有通斷保護(hù)功能。變壓器側(cè)輸出接10KV進(jìn)回線，設(shè)開(kāi)關(guān)柜、PT柜、計(jì)量柜。開(kāi)關(guān)柜輸出后，通過(guò)10KV高壓交流電纜與光伏并網(wǎng)電纜直接連接。電纜柜與工廠的10KV母線拼接，由母線連接。具體的接入方式以實(shí)際設(shè)計(jì)為準(zhǔn)。

4.2繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置

本光伏電站所采用的主要電氣設(shè)備均配置微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)，以滿足信息傳輸?shù)男枨蟆?/p>

1）并網(wǎng)線路繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置

在分布式光伏項(xiàng)目中，當(dāng)發(fā)生線路短路故障時(shí)，應(yīng)確保線路保護(hù)系統(tǒng)能夠快速觸發(fā)，并迅速切斷相應(yīng)并網(wǎng)點(diǎn)的斷路器，以滿足對(duì)整條線路故障的快速可靠隔離要求。此外，光伏發(fā)電項(xiàng)目的用戶變電站10kV母線應(yīng)配置故障解列裝置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率和電壓異常情況的緊急控制，能夠及時(shí)跳開(kāi)相應(yīng)斷路器或開(kāi)關(guān)。

2）防孤島檢測(cè)

分布式光伏項(xiàng)目中的逆變器應(yīng)具備快速檢測(cè)孤島并立即斷開(kāi)與電網(wǎng)連接的能力。防孤島方案需與繼電保護(hù)、安全自動(dòng)裝置和低電壓檢測(cè)系統(tǒng)等配合，并確保時(shí)間上的匹配。逆變器應(yīng)具備極性反接保護(hù)、短路保護(hù)、低電壓穿越保護(hù)、孤島效應(yīng)保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、過(guò)載保護(hù)和接地保護(hù)等功能。同時(shí)，高壓開(kāi)關(guān)柜上應(yīng)安裝測(cè)控保護(hù)裝置，其中包括過(guò)電流保護(hù)和零序過(guò)電流保護(hù)。所有信息將通過(guò)通訊方式上傳至光伏本地監(jiān)控系統(tǒng)。

該光伏電站在故障或異常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)能夠快速切斷與系統(tǒng)的并網(wǎng)連接，停止向電網(wǎng)供電，確保不會(huì)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成影響。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

光伏電站配備了一套綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，采用安科瑞電氣股份有限公司提供的AcrelCloud-1200分布式光伏電力監(jiān)控系統(tǒng)，具備保護(hù)、控制、通信和測(cè)量等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)和升壓變壓器的自動(dòng)化管理。逆變器、高低壓設(shè)備等狀態(tài)信號(hào)都接入該監(jiān)控系統(tǒng)。

該光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)分為站控層和就地層，采用開(kāi)放式分層、分布式結(jié)構(gòu)。通過(guò)以太網(wǎng)與就地層相連，就地層根據(jù)不同功能和系統(tǒng)分布在逆變器區(qū)域或箱變中。即使站控層或網(wǎng)絡(luò)失效，就地層仍能獨(dú)立監(jiān)測(cè)就地各電氣設(shè)備的運(yùn)行。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)專用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與上海市電力公司進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

站控層由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接的服務(wù)器、操作員站和遠(yuǎn)動(dòng)站組成，提供站內(nèi)運(yùn)行的人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)就地層設(shè)備等的管理控制，并具備與遠(yuǎn)方控制通信的接口。就地層設(shè)備由保護(hù)測(cè)控單元、通訊設(shè)備、數(shù)據(jù)采集單元和多功能電能表等構(gòu)成，主要電氣設(shè)備包括微機(jī)保護(hù)、防孤島保護(hù)、電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置、頻率電壓緊急控制裝置、多功能儀表、逆變器、箱變測(cè)控等設(shè)備。這些設(shè)備直接采集處理現(xiàn)場(chǎng)電氣數(shù)據(jù)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送給站控層監(jiān)控主站，同時(shí)接收來(lái)自站控層的控制操作命令，經(jīng)過(guò)有效性判斷、閉鎖檢測(cè)、同步檢測(cè)等步驟，最終對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作控制。每個(gè)光伏發(fā)電單元配備數(shù)據(jù)采集裝置，用于采集光伏組件數(shù)據(jù)、逆變器參數(shù)、保護(hù)測(cè)控裝置數(shù)據(jù)和智能計(jì)量表數(shù)據(jù)，并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視。

系統(tǒng)功能

光伏發(fā)電效率監(jiān)測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元和數(shù)據(jù)采集器采集相關(guān)信息，并進(jìn)行各種預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)合理性校驗(yàn)，實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)庫(kù)。這些信息包括模擬量（如電流、電壓、功率等）和數(shù)字量（如逆變器狀態(tài)、故障信號(hào)等）。

分布式光伏電站運(yùn)維管理

Acrel-Cloud1200分布式光伏電力監(jiān)控系統(tǒng)具有事故報(bào)警和預(yù)警處理功能。事故報(bào)警包括斷路器跳閘和保護(hù)裝置動(dòng)作信號(hào)等，預(yù)警則包括設(shè)備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量越限/復(fù)限等。系統(tǒng)會(huì)通過(guò)聲音報(bào)警、顏色變化、閃爍顯示、打印報(bào)警信息等方式提醒用戶，同時(shí)將報(bào)警信息發(fā)送至遠(yuǎn)方控制中心。報(bào)警可手動(dòng)或自動(dòng)確認(rèn)處理。

人機(jī)界面

監(jiān)控系統(tǒng)允許通過(guò)顯示器監(jiān)視主要電氣設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)，支持雙屏顯示和無(wú)級(jí)縮放操作，具有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龉δ?，可?dòng)態(tài)顯示設(shè)備狀態(tài)。主要顯示內(nèi)容包括設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、各電氣參數(shù)實(shí)時(shí)值、環(huán)境數(shù)據(jù)、發(fā)電量監(jiān)視、保護(hù)信息、控制操作記錄等信息。

結(jié)語(yǔ)

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)因其清潔可再生特性而被廣泛應(yīng)用，然而其發(fā)電量的非穩(wěn)定性給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益帶來(lái)挑戰(zhàn)。因此，在分布式光伏項(xiàng)目并網(wǎng)時(shí)，需要接受調(diào)度主站系統(tǒng)的調(diào)控，以協(xié)助用戶和電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)分布式光伏的有序并網(wǎng)，加強(qiáng)統(tǒng)一管控，促進(jìn)分布式光伏與大電網(wǎng)的協(xié)同運(yùn)行，建立新型的分布式新能源調(diào)度管理體系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)透明、便捷調(diào)控和能源互動(dòng)。