摘 要：隨著(zhù)“雙碳"目標的提出,開(kāi)發(fā)利用可再生能源已成為必然趨勢。新能源發(fā)電作為能源利用的一種重要形式,已經(jīng)受到越來(lái)越多的關(guān)注。相對于大容量、高電壓、遠距離輸送的集中發(fā)電方式,分布式光伏具有容量小、電壓低、就地消納等優(yōu)勢而被廣泛應用,近年來(lái)呈現跨越式發(fā)展趨勢,研究分布式光伏接入對配電網(wǎng)的影響,對于提升電網(wǎng)及人身安全具有重要意義。本文以分布式光伏為研究對象,結合工程實(shí)例,研究了分布式光伏接入配電網(wǎng)的電氣二次配置以及通信管理。

關(guān)鍵詞：新能源發(fā)電；分布式光伏；電氣二次配置；通信管理

概述

上海寶鋼阿賽洛激光拼焊有限公司屋頂光伏發(fā)電項目（二期）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“本項目"）是響應“優(yōu)化能源結構，提供更加清潔、可靠的能源"的號召，投資建設的分布式光伏發(fā)電應用示范項目。

本項目位于上海寶鋼阿賽洛激光拼焊有限公司廠(chǎng)區內，利用現有廠(chǎng)房屋頂建設分布式光伏發(fā)電項目，總建設規模約為712.8kWp。本項目投資方為上海寶鋼節能環(huán)保技術(shù)有限公司，光伏發(fā)電組件位于上海市嘉定區安亭鎮百安公路1369號，通過(guò)用戶(hù)配電站接入公共電網(wǎng)，屬于上海市電力公司嘉定供電公司管理范圍。

本文介紹光伏電站接入系統方案的論證，系統繼電保護及安全自動(dòng)裝置、系統通信、系統調度自動(dòng)化方案研究等。

圖 項目現場(chǎng)驗收圖

現有電網(wǎng)情況

現有用戶(hù)配電站為10kV用戶(hù)變，站內3臺10kV變壓器，變壓器容量為1250+1250+1600kVA。用戶(hù)變壓器通過(guò)10kV“31本4阿賽洛"線(xiàn)接入10kV本特開(kāi)關(guān)站二段母線(xiàn)，再接入110kV百安10kV四段母線(xiàn)?，F已投運光伏1200kWp。

現有供電示意圖如下：

圖 用戶(hù)配電站現供電示意圖

新增分布式光伏設計

本項目光伏組件、支架及相關(guān)設備等安裝在一二期屋面的低跨區域，鄰接已安裝一期光伏設備的高跨屋面。一二期產(chǎn)線(xiàn)屋面（低跨）為彩鋼瓦結構，屋面板為角馳Ⅲ型結構。整個(gè)屋面跨度為55米，長(cháng)189米，總面積約10000平方米。除去采光帶及排氣通風(fēng)等設施，屋面可利用率約75%，而光伏設備的占用面積約5000平方米。

寶鋼阿賽洛一二期廠(chǎng)房屋面原設計恒荷載標準值為0.3kN/m2，在本光伏項目中，安裝光伏組件和光伏支架增加恒荷載0.13 kN/m2，經(jīng)計算，屋面檁條及剛架梁柱的部分區域不滿(mǎn)足強度及穩定性要求，需要對屋面檁條以及剛架梁柱的局部區域進(jìn)行加固處理。對于屋面檁條，可通過(guò)在下方增加隅撐的方式進(jìn)行加固；對于梁和柱，在不滿(mǎn)足的區域進(jìn)行兩側貼鋼板加固。

圖 光伏組件示意圖

在廠(chǎng)房東側鄰接的電氣室的外側綠化帶內，將安裝本項目的升壓變壓器及并網(wǎng)設備，采用箱式變電站的形式。箱式變電站占用面積約40平方米。逆變器輸出的交流電升壓至10kV后接入高壓開(kāi)關(guān)柜，再通過(guò)1回出線(xiàn)接入位于1期電氣室的廠(chǎng)區進(jìn)線(xiàn)10KV母排，在母排處拼裝高壓并網(wǎng)進(jìn)線(xiàn)柜，實(shí)現并網(wǎng)。設備位置見(jiàn)以下示意圖，終布置以詳細設計完成后出具的施工圖紙為準。

另外在此區域內已安裝有一期光伏電站的組件沖洗水箱，因此將共用沖洗水站，二期將在屋面上擴展安裝沖洗管網(wǎng)。

圖 平面關(guān)系示意圖

技術(shù)方案

本項目規模約為712.8kWp，利用廠(chǎng)房屋頂建設光伏發(fā)電系統，關(guān)鍵設備光伏組件、逆變器、變壓器等采用國內產(chǎn)品。分布式光伏系統所發(fā)電量采用就地消納，自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。本項目光伏發(fā)電系統所輸出的直流電經(jīng)組串式逆變器轉換成交流電后，就地升壓至10KV，經(jīng)開(kāi)關(guān)柜通過(guò)1回出線(xiàn)接入至廠(chǎng)區10KV進(jìn)線(xiàn)母線(xiàn)的用戶(hù)側，實(shí)現并網(wǎng)，供廠(chǎng)區負荷使用。結合用戶(hù)的總廠(chǎng)用變壓器容量（4100KVA）及一期已經(jīng)并網(wǎng)運行的光伏系統總量（1200kW）分析，光伏并網(wǎng)容量不超過(guò)廠(chǎng)變容量的80%，再根據屋面的勘查情況考慮，確定本光伏項目的建造容量為712.8kWp為宜。

升壓變壓器及高低壓配電設備

本項目配備1臺三相交流800KVA的干式變壓器。額定電壓10.5±2×2.5%/0.38kV，接線(xiàn)組別為 Dy11。交流頻率為50Hz,可以戶(hù)外使用，能效等級滿(mǎn)足規范要求。

變壓器一次側接入自交流匯流柜或低壓接入柜輸出的線(xiàn)路，交流匯流柜負荷開(kāi)關(guān)兼具通斷保護功能，變壓器二次側輸出接至10KV進(jìn)回線(xiàn)，配備開(kāi)關(guān)柜、PT柜及計量柜，采用預制艙設計安裝。開(kāi)關(guān)柜輸出后經(jīng)1回10KV高壓交流電纜直接接至光伏并網(wǎng)進(jìn)線(xiàn)柜，進(jìn)線(xiàn)柜與廠(chǎng)區10KV進(jìn)線(xiàn)母線(xiàn)拼接，利用母排連接，具體接入方式以實(shí)際設計為準。

繼電保護及安全自動(dòng)裝置

本光伏電站內主要電氣設備采用微機保護，以滿(mǎn)足信息上送。元件保護按照《繼電保護和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規程》（GB14285－2006）配置。

1）并網(wǎng)線(xiàn)路繼電保護及安全自動(dòng)裝置

分布式光伏項目線(xiàn)路發(fā)生短路故障時(shí)，線(xiàn)路保護應快速動(dòng)作，瞬時(shí)跳開(kāi)相應并網(wǎng)點(diǎn)斷路器，滿(mǎn)足全線(xiàn)故障快速可靠切除故障的要求。安裝光伏發(fā)電項目的用戶(hù)變電站10kV母線(xiàn)應配置故障解列裝置，實(shí)現頻率電壓異常緊急控制功能，跳開(kāi)相應斷路器（開(kāi)關(guān)）。

2）防孤島檢測

分布式光伏項目逆變器具備快速檢測孤島且監測到孤島后立即斷開(kāi)與電網(wǎng)連接的能力，其防孤島方案應與繼電保護配置、安全自動(dòng)裝置和低電壓檢測裝置等相配合，時(shí)間上相匹配。該逆變器防孤島檢測策略應符合電網(wǎng)的相應規定

逆變器具備極性反接保護、短路保護、低電壓穿越、孤島效應保護、過(guò)熱保護、過(guò)載保護、接地保護等。高壓開(kāi)關(guān)柜上裝設測控保護裝置，設置過(guò)電流保護、零序過(guò)電流保護。測控保護裝置以通訊方式將所有信息上傳至光伏本地監控系統。

本項目光伏電站在故障或異常運行狀態(tài)時(shí)能夠迅速斷開(kāi)與系統的并網(wǎng)連接,停止向電網(wǎng)送電，不會(huì )對現有系統的正常運行產(chǎn)生影響。

圖 新建光伏一次圖

系統結構

本項目光伏電站配置一套綜合自動(dòng)化系統，采用安科瑞電氣股份有限公司所提供的Acrel-Cloud1200分布式光伏電力監控系統具有保護、控制、通信、測量等功能，可實(shí)現光伏發(fā)電系統、開(kāi)關(guān)站的全功能綜合自動(dòng)化管理。本項目逆變器、高低壓設備等狀態(tài)信號都要接入本監控系統。

本項目光伏電站監控系統包括兩部分：站控層和就地層，網(wǎng)絡(luò )結構為開(kāi)放式分層、分布式結構。

監控系統通過(guò)以太網(wǎng)與就地層相連,就地層按照不同的功能、系統劃分，以相對獨立的方式分散在逆變器區域或箱變中，在站控層及網(wǎng)絡(luò )失效的情況下，就地層仍能獨立完成就地各電氣設備的監測。計算機監控系統通過(guò)遠動(dòng)工作站GPRS公網(wǎng)與上海市電力公司實(shí)現數據通訊。

站控層由計算機網(wǎng)絡(luò )連接的服務(wù)器、操作員站、遠動(dòng)站等組成，提供站內運行的人機界面，實(shí)現管理控制就地層設備等功能，形成全站監控、管理，并具備與遠方控制通信的接口。

就地層設備由智能測控單元、網(wǎng)絡(luò )系統通訊單元、逆變器數據采集單元、多功能電能表等構成，主要電氣設備包括微機保護、防孤島保護、電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置、故障解列裝置、多功能儀表、逆變器、箱變測控等設備。它直接采集處理現場(chǎng)的原始數據，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳送給站控層監控主站，同時(shí)接收站控層發(fā)來(lái)的控制操作命令，經(jīng)過(guò)有效性判斷、閉鎖檢測、同步檢測等，對設備進(jìn)行操作控制。

每個(gè)光伏發(fā)電單元配帶無(wú)線(xiàn)發(fā)射功能的數據采集裝置，采集每組光伏組件數據，逆變器參數，測控裝置、智能計量表計的數據，打包后通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸給監控系統實(shí)現監視。

圖 監控系統網(wǎng)絡(luò )結構圖

項目配置設備清單如下表所示：

表 方案設備列表

系統功能

光伏發(fā)電效率監測

通過(guò)現場(chǎng)測控單元、數據采集器采集有關(guān)信息，進(jìn)行包括對數據合理性校驗在內的各種預處理，實(shí)時(shí)更新數據庫，其范圍包括模擬量，數字量和脈沖量等。

（1）模擬量

模擬量包括電流、電壓、有功、無(wú)功、頻率、功率因數等電量數據和日照強度、風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、氣壓等非電量數據。

（2）數字量

數字量采集含逆變器運行狀態(tài)、故障信號，開(kāi)關(guān)、隔離開(kāi)關(guān)以及接地刀閘的位置信號，保護動(dòng)作信號、運行監視信號等。

圖9 實(shí)時(shí)監測主界面圖

分布式光伏電站運維管理

Acrel-Cloud1200分布式光伏電力監控系統報警處理分事故報警和預告報警。前者包括非操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動(dòng)作信號，后者包括一般設備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量越限/復限、計算機站控系統的各個(gè)部件、就地單元的狀態(tài)異常等等。

（1）事故報警

事故報警發(fā)生時(shí)，公用事故報警器將立即發(fā)出音響報警，監控畫(huà)面上用顏色改變和閃爍表示該設備變位，同時(shí)顯示紅色報警條文，打印機打印報警條文，數據轉發(fā)裝置向遠方控制發(fā)送報警信息。事故報警通過(guò)手動(dòng)或自動(dòng)方式確認。

（2）預告報警

預告報警發(fā)生時(shí)，其處理方式除與事故報警處理相同外，音響和提供信息顏色可區別于事故報警。能有選擇地向遠方發(fā)送信息。

圖 報警界面圖

人機界面

能通過(guò)顯示器對主要電氣設備運行參數和設備狀態(tài)進(jìn)行監視，畫(huà)面支持雙屏顯示，畫(huà)面操作支持無(wú)級縮放，可以平滑漫游，具有導游圖功能。具有網(wǎng)絡(luò )拓撲分析功能，能對設備進(jìn)行動(dòng)態(tài)著(zhù)色，確定帶電設備的顏色。主要顯示畫(huà)面包括：

（1）運行監視圖，包括顯示設備運行狀態(tài)、各主要電氣量(電流、電壓、頻率、有功、無(wú)功)、環(huán)境數據(氣溫、濕度、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向、日照強度等)等的實(shí)時(shí)值；

（2）網(wǎng)絡(luò )監視圖，用圖形方式及顏色變化顯示出計算機監控系統的設備配置、連接狀態(tài)；

（3）發(fā)電量實(shí)時(shí)監視圖，通過(guò)柱狀圖及數據表直觀(guān)的查看和對比每臺逆變器實(shí)時(shí)發(fā)電量信息，同時(shí)可以通過(guò)鏈接查看和對比發(fā)電量曲線(xiàn)；

（4）發(fā)電單元監控圖，顯示每個(gè)發(fā)電單元詳細信息，允許手動(dòng)控制、和調節每個(gè)發(fā)電單元運行工況；

（5）各種保護信息及報表

（6）二次保護配置圖，反映各套保護投切情況、整定值等

（7）控制操作過(guò)程記錄及報表

（8）事故追憶記錄報告或曲線(xiàn)、事故順序記錄報表

（9）趨勢曲線(xiàn)圖、棒狀圖

（10）各種統計及功能報表等。

圖 人機界面一次圖

結語(yǔ)

分布式光伏發(fā)電系統依靠清潔、可再生的特點(diǎn)廣泛應用，但發(fā)電量呈顯著(zhù)的非穩定特性，這對電力系統的穩定運行和經(jīng)濟效益構成了調成，因此分布式光伏項目并網(wǎng)時(shí)需要接受調度主站系統的調控，助力用戶(hù)、電網(wǎng)分布式光伏高比例有序并網(wǎng)，強化分布式光伏的統一管控，推動(dòng)分布式光伏和大電網(wǎng)的協(xié)調運行，搭建數據透明、調控便捷、能源互動(dòng)的新型分布式新能源調度管理體系。

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