分享一篇分布式光伏监测系统的实际案例
作者：安科瑞电子商务（上海）有限公司时间：2024-08-20 我要发布
摘要：随着实现双碳目标的推进，可再生能源的开发正成为一种趋势。分布式光伏因其独特的优势而被广泛采用。研究其并网对配电网的影响，对于保障电网和人身安全至关重要。本文以分布式光伏为例，结合具体案例，探讨了其并入配电网的电气二次配置和通信管理问题。
关键词：新能源发电；分布式光伏；电气二次配置；通信管理
1. 概述
上海宝钢阿赛洛激光拼焊公司屋顶光伏（二期）项目积极回应国家的号召，建设了分布式光伏发电设施。该项目位于公司厂区内，总装机容量约为712.8kWp，通过用户配电站并入公共电网。
本文将介绍光伏电站并网系统方案的论证、系统继电保护及安全自动装置、系统通信、系统调度自动化方案的研究等方面。
2. 现有电网情况
现有的用户配电站为10kV，包含3台变压器，总容量为1250+1250+1600kVA。它接入10kV本特开关站，再连接至110kV百安10kV母线。目前已有1200kWp的光伏系统投入运行。
现有供电示意图如下所示：
3. 新增分布式光伏设计
光伏组件等设备安装在一期和二期屋面的低跨区域。屋面跨度为55米，长度为189米，总面积约为10000平方米，可利用率为75%，光伏设备占用面积约为5000平方米。需要对屋面檩条及刚架梁柱进行加固。升压变压器及并网设备安装在电气室外的绿化带内，采用箱式变电站形式，占用面积约为40平方米。逆变器输出的交流电升压至10kV后接入高压开关柜，再通过一条出线接入厂区进线10KV母排，实现并网。
4. 技术方案
本项目规模约为712.8kWp，采用国内知名品牌产品。发电量将就地消纳，实现自发自用，余电上网。直流电经过逆变器转换成交流电后，升压至10KV，接入厂区10KV进线母线，供负荷使用。结合变压器容量及一期光伏系统分析，确定建造容量为712.8kWp。配备一台800KVA干式变压器，接线组别为Dy11，能效等级满足国家要求。变压器一次侧接入自交流汇流柜或低压接入柜输出线路，二次侧输出接至10KV进回线，配备开关柜、PT柜及计量柜，采用预制舱设计安装。开关柜输出后经一条10KV高压交流电缆接至光伏并网进线柜，与厂区10KV进线母线拼接。
4.1. 升压变压器及高低压配电设备
本项目配备一台三相交流800KVA的干式变压器。额定电压为10.5±2×2.5%/0.38kV，接线组别为Dy11。交流频率为50Hz，适用于户外使用，能效等级满足国家规范要求。
变压器一次侧接入自交流汇流柜或低压接入柜输出的线路，交流汇流柜负荷开关兼具通断保护功能，变压器二次侧输出接至10KV进回线，配备开关柜、PT柜及计量柜，采用预制舱设计安装。开关柜输出后经一条10KV高压交流电缆直接接至光伏并网进线柜，进线柜与厂区10KV进线母线拼接，利用母排连接，具体接入方式以实际设计为准。
4.2. 继电保护及安全自动装置
本光伏电站内主要电气设备采用微机保护，以满足信息上送需求。元件保护按照《继电保护和安全自动装置技术规程》（GB14285－2006）配置。
1）并网线路继电保护及安全自动装置
分布式光伏项目线路发生短路故障时，线路保护应快速动作，瞬时跳开相应并网点断路器，满足全线故障快速可靠切除故障的要求。安装光伏发电项目的用户变电站10kV母线应配置故障解列装置，实现频率电压异常紧急控制功能，跳开相应断路器（专用开关）。
2）防孤岛检测
分布式光伏项目逆变器须具备快速检测孤岛且监测到孤岛后立即断开与电网连接的能力，其防孤岛方案应与继电保护配置、安全自动装置和低电压检测装置等相配合，时间上相匹配。该逆变器防孤岛检测策略应符合国家电网的相应规定。
逆变器具备极性反接保护、短路保护、低电压穿越、孤岛效应保护、过热保护、过载保护、接地保护等。高压开关柜上装设测控保护装置，设置过电流保护、零序过电流保护。测控保护装置以通讯方式将所有信息上传至光伏本地监控系统。
本项目光伏电站在故障或异常运行状态时能够迅速断开与系统的并网连接，停止向电网送电，不会对现有系统的正常运行产生影响。
5. 系统结构
本项目配置Acrel-Cloud1200监控系统，实现光伏和开关站的全功能管理。逆变器、高低压设备接入系统。系统分站控层和就地层，开放式分层、分布式结构。就地层独立分散，站控层失效时仍能独立监测。系统通过GPRS与上海市电力公司通讯。站控层由服务器、操作员站等组成，形成监控中心。就地层由智能测控单元等组成，采集数据并接收控制命令。
项目配置设备清单:
6. 系统功能
6.1. 光伏发电效率监测
通过测控单元采集信息，实时更新数据库，涵盖模拟量（如电流、电压等电量和非电量数据）和数字量（如逆变器状态、故障信号等）。
6.2. 运维管理
系统提供事故和预告报警功能。在事故报警发生时，报警器将发出警报声，监控画面颜色变化并闪烁以指示设备状态，同时显示红色报警信息，并通过打印机记录报警详情，数据转发装置向远程控制中心发送报警信号。事故报警可通过手动或自动方式确认。
预告报警的处理方式与事故报警类似，但警报声音和信息颜色有所区别。系统可选择性地向远程发送预告报警信息。
6.3. 人机界面
通过显示器监控设备参数和状态，支持双屏显示、无级缩放、平滑漫游等功能。主要显示画面包括运行监视图、网络监视图、发电量实时监视图等。
（1）运行监视图显示设备运行状态、主要电气量（如电流、电压、频率、有功、无功）和环境数据（如气温、湿度、风速、日照强度等）的实时值；
（2）网络监视图以图形方式及颜色变化展示计算机监控系统的设备配置和连接状态；
（3）发电量实时监视图通过柱状图和数据表直观展示每台逆变器的实时发电量信息，并可通过链接查看和对比发电量曲线；
（4）发电单元监控图显示每个发电单元的详细信息，允许手动控制和调节每个发电单元的运行工况；
（5）各种保护信息及报表；
（6）二次保护配置图，反映各套保护的投切情况和整定值；
（7）控制操作过程记录及报表；
（8）事故追忆记录报告或曲线、事故顺序记录报表；
（9）趋势曲线图、棒状图；
（10）各种统计及功能报表等。
7. 结语
分布式光伏发电系统因其清洁、可再生的特性而得到广泛应用。然而，其发电量具有显著的非稳定性，这对电力系统的稳定运行和经济效益构成了挑战。因此，分布式光伏项目并网时需要接受调度主站系统的调控，以助力用户和电网实现高比例有序并网。这将加强分布式光伏的统一管控，推动分布式光伏与大电网的协调运行，构建一个数据透明、调控便捷、能源互动的新型分布式新能源调度管理体系。
[1] 史钺平.分布式光伏对区域配电网的影响研究[D].上海应用技术大学,2022.
[2] 杨丽娜.分布式光伏发电并网对配电网的影响[J].科技资讯,2024,22(11)
[3] 丁坚.基于深度学习的分布式光伏发电系统的优化与性能分析[J].电气技术与经济,2024,(07):308-310.
