任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：為實現(xiàn)“雙碳目標”即中國明確提出的2030年“碳達峰”與2060年“碳中和”目標。推動節(jié)能減排、實現(xiàn)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，我國政府采取了一系列方案和行動。其中就包括能源綠色低碳轉型行動：大力發(fā)展新能源，‌推動煤電節(jié)能降碳，‌優(yōu)化油氣管線和儲備設施，‌加快新型電力系統(tǒng)建設，‌逐步減少傳統(tǒng)化石能源消費。光伏發(fā)電作為新型能源得到了國家的大力支持。分布式光伏發(fā)電具有提高能源效率、促進綠色低碳轉型以及推動經(jīng)濟發(fā)展和社會進步等重要意義。本項目旨在利用分布式光伏發(fā)電技術，實現(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，同時減少對傳統(tǒng)能源的依賴，促進可持續(xù)發(fā)展。

關鍵詞：雙碳目標；新型能源；分布式光伏;

1. 項目概述

近十幾年來,隨著工業(yè)化的不斷發(fā)展,我國能源資源不斷減少,各種環(huán)境問題隨之不斷增加。因而在火力發(fā)電產(chǎn)業(yè)尋找新能源來緩解煤炭資源所帶來的緊張壓力勢在必行。而隨著人們對太陽能資源的不斷探索與研究發(fā)現(xiàn),可以利用太陽能光伏發(fā)電技術來達到清潔無污染的發(fā)電目的^[1]。人類對太陽能的高效利用已使得現(xiàn)代生活變得舒適環(huán)保,尤其在應對當今全球能源短缺問題方面,太陽能在其能源轉化領域發(fā)揮著突出貢獻,促進了人類社會的綠色可持續(xù)發(fā)展^[2]。

分布式光伏一般分為三種類型：屋頂光伏、基于公共設施的光伏、以及基于農(nóng)村能源供給的光伏。其中屋頂光伏被廣泛應用與家庭、商業(yè)和工業(yè)建筑物。它可以將光伏板安裝在建筑物的屋頂上，使得該建筑物既可以用于發(fā)電，又可以提供防水和保護建筑結構的作用。屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)通常與電網(wǎng)相連，發(fā)電并向電網(wǎng)饋送電力，居民和企業(yè)可以根據(jù)自己的用電需求進行選擇。該項目采用屋頂發(fā)電的方式進行發(fā)電，使用“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)”（將光伏所發(fā)電量首先用于廠站內(nèi)使用，電量有多余的可以并入電網(wǎng)）的模式進行電力傳輸。

本項目具有東區(qū)、西區(qū)兩個集中并網(wǎng)點，多個分散并網(wǎng)點，總容量為21.35WM。選用安科瑞光伏二次設計方案，使用光纖差動、故障解列、防孤島等保護裝置具有穩(wěn)定可靠的特點，使用光伏監(jiān)控軟件可監(jiān)控廠站實時數(shù)據(jù)。本項目的實施將為當?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 項目現(xiàn)場圖

2. 解決方案

項目為屋頂分布式光伏項目，該項目的容量為21.35MW，項目采用自發(fā)自用、余電上網(wǎng)的消納方式。利用原有的電源點作為光伏高壓并網(wǎng)點并入電網(wǎng)端，在東區(qū)和西區(qū)設置一次預制艙，預制艙內(nèi)安裝有光伏出線柜，計量柜，光伏集電柜，PT柜，站用變柜，光伏并網(wǎng)柜。逆變器發(fā)的電通過10個低壓并網(wǎng)柜并入0.4kv母線通過變壓器升壓后并入10kv電網(wǎng)，東區(qū)、西區(qū)集中并網(wǎng)點經(jīng)過箱變升壓后并入10kv電網(wǎng)。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)控中心DMS系統(tǒng)。光伏發(fā)電逆變器電源電壓為800V，經(jīng)箱變升壓變升壓至10kV后,通過高壓電纜接入新增的10kV光伏集電柜,通過并網(wǎng)柜并入原10kV市電高壓柜。項目采用Acrel-1000DP光伏監(jiān)控平臺。監(jiān)控平臺具有對全站數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測、事故告警提示等功能

圖3 光伏電站一次系統(tǒng)圖

項目光伏發(fā)電并入復特變10kv#3和復特變10kv#4兩段10kv母線最終并入電網(wǎng)。東區(qū)并網(wǎng)點卓冉111并入1#10kv母線6#并網(wǎng)點；卓冉06并入0.4kv經(jīng)過變壓器升壓后并入1#10kv母線，1#10kv母線通過23號并網(wǎng)點并入復特變10kv#3母線；7#并網(wǎng)點卓冉07經(jīng)升壓后并入3#10kv母線I段通過20號并網(wǎng)點并入復特變10kv#3母線；3#并網(wǎng)點卓冉03和1#并網(wǎng)點卓冉01經(jīng)升壓后通過并入4#10kv母線I段，4#10kv母線I段通過19號并網(wǎng)點并入復特變10kv#3母線；4#并網(wǎng)點卓冉04經(jīng)升壓后并入4#10kv母線III段通過18號并網(wǎng)點并入復特變10kv#3母線；5#并網(wǎng)點卓冉05經(jīng)升壓后并入2#10kv母線通過25號并網(wǎng)點并入復特變10kv#4母線；9#并網(wǎng)點卓冉09和10#并網(wǎng)點卓冉10經(jīng)升壓后并入東區(qū)配電室10kv母線通過30號并網(wǎng)點并入復特變10kv#4母線；8#并網(wǎng)點卓冉08經(jīng)升壓后并入3#10kv母線II段通過29號并網(wǎng)點并入復特變10kv#4母線；西區(qū)并網(wǎng)點卓冉506并入5#10kv母線，5#母線并入4#10kv母線II段，2#并網(wǎng)點卓冉02經(jīng)升壓后并入4#10kvII段母線；4#10kvII段母線通過25t鍋爐配電室10kv母線最終并入復特變10kv#4母線。

圖4 光伏電站并網(wǎng)圖

3. 系統(tǒng)結構

3.1. 方案綜述

項目主要有東區(qū)、西區(qū)兩個集中并網(wǎng)點以及分散安裝的十個低壓并網(wǎng)點。東區(qū)和西區(qū)預制艙內(nèi)都配備有就地高壓柜、二次保護裝置柜，預制艙附近安裝有箱式變壓器可將逆變器傳輸?shù)牡碗妷荷龎簽?/span>10kv進行傳輸。項目西區(qū)、西區(qū)各安裝一套監(jiān)控系統(tǒng)，可以監(jiān)視廠區(qū)的光伏系統(tǒng)的運行狀態(tài)。

每個低壓并網(wǎng)柜配備有一臺光纖收發(fā)裝置通過光纖連接到西區(qū)通訊屏，西區(qū)與西區(qū)通過光纖進行數(shù)據(jù)傳輸，每個低壓并網(wǎng)柜裝有一臺防孤島保護裝置，可以防止產(chǎn)生非計劃性孤島。

東區(qū)、西區(qū)集中并網(wǎng)點各配置有一套光纖差動保護裝置，用于與主站之間，具有縱聯(lián)電流差動保護、負壓閉鎖過流保護、過流保護等功能；配置電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置，監(jiān)測頻率偏差、電壓偏差、電壓波動和閃變，監(jiān)測電能質(zhì)量的好壞；配置防孤島保護裝置，可以防止產(chǎn)生非計劃性孤島。

東區(qū)、西區(qū)配置有通訊裝置用于采集東區(qū)、西區(qū)預制艙內(nèi)高壓柜、二次保護裝置柜、箱變的數(shù)據(jù)。

監(jiān)控平臺：東區(qū)和西區(qū)各配備了一套套變電站綜合自動化系統(tǒng)軟件（Acrel-1000DP光伏監(jiān)控系統(tǒng)）實現(xiàn)了對現(xiàn)場保護設備和儀表設備的數(shù)據(jù)監(jiān)視與管理，可以實時監(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)絡將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。遠程控制：可以通過監(jiān)控中心對分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)進行遠程控制，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)進行分析，如發(fā)電量、能耗等，為用戶提供決策支持。報警功能：可以設置報警閾值，當系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時，會及時發(fā)出報警信號，提醒用戶進行處理。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡結構圖

3.2. 功能需求

3.2.1. 繼電保護及安全自動裝置需求

分布式電源繼電保護和安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)繼電保護和安全自動裝置配合整定，防止發(fā)生繼電保護和安全自動裝置誤動、拒動，確保人身、設備和電網(wǎng)安全。10kV接入的分布式電源，保護和安全自動裝置配置還應滿足《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規(guī)范》GB/T50062-2008，《繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程》GB/T 14285-2006。

1.光纖縱差保護測控裝置：具有縱聯(lián)電流差動保護、復壓閉鎖過流保護、過流加速保護、PT斷線相過流保護、零序過流保護等保護功能

2.PT監(jiān)測并列裝置：具有PT并列、低電壓告警、PT斷線告警、過電壓告警、零序過壓告警等功能。

3.防孤島保護裝置：防孤島檢測需滿足GB/T19964-2012《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定》、Q/GDW617-2011《光伏電站接入電網(wǎng)技術規(guī)定》等規(guī)范文件的要求。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)側線路重合閘和安全自動裝置動作時間相配合。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安全，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。

4.頻率電壓緊急控制裝置：具有低周低壓減載控制、聯(lián)絡線低頻低壓解列控制等功能。

5.線路保護裝置：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。

6.光伏電站內(nèi)需具備直流電源，供10kV保護及測控裝置，電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置等設備使用。光伏電站內(nèi)需配置交直流一體化電源，供關口電能表、電能量終端服務器、交換機等設備使用。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0.2S、10P級，電壓互感器準確級宜采用0.2、3P級。

7.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。

3.2.2. 電能質(zhì)量在線監(jiān)測需求

根據(jù)“國家電網(wǎng)公司Q/GDW617-2011《光伏電站接入電網(wǎng)技術規(guī)定》”要求，光伏電站需配置電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置，要求電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置應能監(jiān)測電壓偏差、頻率偏差、三相電壓幅值相位不平衡度、三相電流幅值相應不平衡度、負序電流、諧波、電壓波動等電能指標，并能將電能質(zhì)量數(shù)據(jù)遠傳至調(diào)度部門，暫考慮將光伏電站10kV送出線路作為電能質(zhì)量監(jiān)測點。

要求該裝置應為滿足IEC61000-4-30-2003標準要求的A類電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置。

電能質(zhì)量裝置具有電壓測量范圍為0～1.2Un，測量精度≤±0.2%，裝置電流測量范圍為0～1.2In，測量精度在I≥0.05IN時，≤±0.2%；在0.01IN＜I＜0.05IN時，精度≤±1%，裝置具有電壓暫升、電壓暫降、短時中斷監(jiān)測功能：測量精度≤0.1%等參數(shù)，具有暫態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測、瞬態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測、故障錄波等功能。滿足電能質(zhì)量的設計要求。

光伏電站應滿足有關電能質(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)。

3.2.3. 計量需求

10kV出線關口表（主副表）應選用通過荊州市電力公司計量認證的裝置。電能表應符合IEC687標準、IEC1036標準、中國國家標準和行業(yè)標準；關口表為有功0.5S級，無功2.0級；考核表為有功0.5s級，無功2.0級；電能表具有窗口顯示功能，顯示不少于8位。顯示的信號包括測量值；各種費率、需量及方向、脈沖輸出、需量周期結束等識別符號；自檢報警信號顯示；需要時，能自動循環(huán)顯示預置數(shù)值。

3.3. 配置設備清單

根據(jù)3.2所述的光伏監(jiān)控系統(tǒng)需求，安科瑞電氣配置1套完整的分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)，詳細設備清單如表1。

表1我司提供方案設備列表

3.4. 典型設備介紹

AM6-LD光纖縱差保護測控裝置具有縱聯(lián)電流差動保護、復壓閉鎖過流保護、過流加速保護、PT斷線相過流保護等功能，具有手合同期、有效值/功率/電度計算/、遙信、遙控等測控功能。裝置的主要特點有快速、靈敏的縱聯(lián)差動保護盤踞，動作事件小于35ms、同步識別和波形識別等綜合判據(jù)實現(xiàn)CT飽和判斷，確保在系統(tǒng)發(fā)送故障、CT飽和或故障轉換、發(fā)展時，保護裝置始終正確并快速反應、記錄信息量大、記錄信息完整、安全、可靠，記錄的錄波為10個，故障報告128條，可記錄的事件最多達4096、具有與COMTRADE兼容的故障錄波功能。統(tǒng)通訊支持 DL/T667-1999（IEC60870-5-103）和 IEC61850 等國際標準通訊規(guī)約，通訊介質(zhì)可選用雙絞線或光纖；可選擇B碼對時、SNTP或通訊對時。

AMSSE-IS防孤島裝置主要用于35KV、10KV以及低壓380V光伏發(fā)電、燃氣發(fā)電等新能源并網(wǎng)供電系統(tǒng)。具有三段式過流保護、反時限保護、兩段式零序IO過流/IO反時限過流保護等保護功能。防孤島裝置具有以下作用1：保護人員安全：在電網(wǎng)或光伏側失電時，防孤島裝置能迅速動作，切斷并網(wǎng)點，避免維修人員在不知情的情況下接觸帶電部分，從而保障其生命安全。2：防止電網(wǎng)沖擊和設備損壞：通過快速切斷連接，防孤島裝置防止了孤島效應可能導致的電壓和頻率異常，從而避免了這些異常對電網(wǎng)和光伏設備造成的沖擊和損壞。3：提高系統(tǒng)可靠性：通過實時監(jiān)測和快速響應，防孤島裝置有助于維持光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而提高其與大電網(wǎng)的功率平衡，增強系統(tǒng)的整體可靠性。

APView500PV電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置采用了高性能多核平臺和嵌入式操作系統(tǒng)，遵照IEC61000-4-30《測試和測量技術-電能質(zhì)量測量方法》中規(guī)定的各電能質(zhì)量指標的測量方法進行測量，集諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監(jiān)測、電壓不平衡度監(jiān)測、事件記錄、測量控制等功能為一體。裝置在電能質(zhì)量指標參數(shù)測量方法的標準化和指標參數(shù)的測量精度以及時鐘同步、事件告警功能等各個方面均達到了國家標準Aji要求，能夠滿足通過0.4-35kV電壓等級并網(wǎng)的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)要求，廣泛適用于工業(yè)廠房、商業(yè)屋頂、物流基地、機場交通、高速服務區(qū)等行業(yè)的分布式光伏并網(wǎng)點電能質(zhì)量監(jiān)測。電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置的作用主要包括實時監(jiān)測電能質(zhì)量參數(shù)、‌分析電能質(zhì)量問題、‌提高電能利用效率、‌保障電氣設備安全運行、‌降低電能損耗、‌預防電力事故、‌提高用戶滿意度等。實時監(jiān)測電能質(zhì)量參數(shù)：‌通過監(jiān)測電網(wǎng)中的電壓、‌電流等參數(shù)，‌及時發(fā)現(xiàn)電能質(zhì)量問題，‌如電壓波動、‌電流諧波、‌電能失真等。分析電能質(zhì)量問題：‌通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，‌可以深入了解電能質(zhì)量問題的性質(zhì)、‌原因和影響，‌為后續(xù)的處理提供依據(jù)。提高電能利用效率：‌通過監(jiān)測和分析電能質(zhì)量問題，‌可以采取相應的措施來改善電能質(zhì)量，‌從而提高電能利用效率，‌減少能源浪費。提高用戶滿意度：‌通過監(jiān)測和分析電力系統(tǒng)的運行狀況，‌幫助電力系統(tǒng)管理人員了解電力系統(tǒng)的運行狀況，‌及時調(diào)整電力系統(tǒng)的負載和運行模式，‌提高電力系統(tǒng)的效率，‌減少能源浪費，‌降低能源成本，‌從而提高用戶滿意度。

3.5. 現(xiàn)場應用圖

圖5 光伏電站西區(qū)屏柜布置圖

圖6 光伏電站東區(qū)屏柜布置圖

圖7 光伏電站監(jiān)控主機屏與監(jiān)控臺布置圖

4. 系統(tǒng)功能

4.1. 主接線圖

在此界面為項目一次設計圖，可以查看直接保護裝置的電量參數(shù)，監(jiān)視斷路器和手車的狀態(tài)。裝置在遠方狀態(tài)時可以遙控斷路器的分合，實時監(jiān)測廠站數(shù)據(jù)，能夠及時的發(fā)現(xiàn)異常告警，便于及時做出相應的處理。

圖8 主接線界面圖

4.2. 電能報表

在監(jiān)控軟件中可以點擊查看光伏發(fā)電項目的電能報表，報表可以使用打印機打印出，可清晰的查看歷史發(fā)電量。

圖9 電能報表界面圖

4.3. 直流屏監(jiān)視界面

此界面可實時監(jiān)視直流屏的電參量、通訊狀態(tài)以及開關量狀態(tài)。用于監(jiān)視直流屏的狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)，發(fā)出報警信息。

圖10 直流屏監(jiān)視界面圖

4.4. 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，及時的做出應對方案

圖11 電能質(zhì)量在線監(jiān)視界面圖

4.5. 并網(wǎng)柜監(jiān)視界面

以三號并網(wǎng)柜為例。在并網(wǎng)柜監(jiān)控圖中，可以直接查看并網(wǎng)柜的運行狀態(tài)、電流、電壓、發(fā)電功率、有功電能等電參量實時數(shù)據(jù)，可以清晰的查看到電流的流向。

圖12 并網(wǎng)柜監(jiān)視界面圖

5. 結語

由于太陽能是一種可再生的資源，光伏發(fā)電是一種可持續(xù)的能源形式，可以在限制資源和環(huán)保的前提下，滿足人們對于能源的需求。提高光伏發(fā)電項目的效益能夠在一定程度上提升資源的利用率，以緩解我國人口眾多卻能源不足的窘境，從而促進我國經(jīng)濟建設的進一步發(fā)展。光伏發(fā)電項目能夠增加企業(yè)的盈利，不斷積累財富，促進我國社會各行各業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展^[3]。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)展和應用做出更大的貢獻。同時，我們也將不斷提高技術水平和管理水平，確保項目的順利實施和運行，為社會和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展做出積極貢獻。

參考文獻

[1]鄭有民，光伏發(fā)電技術應用與推廣[J].科技創(chuàng)新與應用，2016.第23期.

[2]藺阿琳，城市太陽能可利用空間評估與規(guī)劃研究——以哈爾濱為例，工程博士論文[D].博士電子期刊，2021.第01期.

[3]馮倫，丁官元，光伏發(fā)電項目的效益分析.[J].光源與照明，2023.第178期.

作者介紹：

任運業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究變電站綜合自動化解決方案、分布式光伏監(jiān)控解決方案。