分布式光伏監控係統在荊門新眾和紡織等屋頂光伏發電項目中應用

簡婷

韦德1946网址 上海嘉定 201801

摘 要：隨著智能電網的快速發展和新能源技術的普及應用，太陽能作為(wei) 一種清潔能源已逐步成為(wei) 社會(hui) 生產(chan) 生活的重要能源來源。分布式光伏電站憑借其建設投入少、空間需求小的優(you) 勢，在緩解電力供應緊張方麵發揮著重要作用，特別是在我國推進節能減排和綠色發展的政策背景下，其發展勢頭尤為(wei) 迅猛。然而，這類電站長期處於(yu) 戶外環境，運行過程中更容易出現各類故障問題。由於(yu) 其分布範圍廣、布局分散，缺乏統一的運維管理體(ti) 係，導致運維工作麵臨(lin) 諸多挑戰：效率低下、成本居高不下、操作難度大、經濟效益不理想，這些因素都嚴(yan) 重影響了運維人員的積極性，使得運維質量難以得到有效保證，如何建立一套完善的運維管理機製成為(wei) 重中之重。

關(guan) 鍵詞：新能源技術；分布式光伏；運維管理

1.概述

    湖北荊門新眾(zhong) 和紡織等屋頂光伏發電項目（以下簡稱“本項目”）是響應國家“優(you) 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電應用示範項目。

    本項目位於(yu) 湖北荊門銘然裝飾工程有限公司旁，利用現有廠房屋頂建設分布式光伏發電項目，總建設規模約為(wei) 8340kW。光伏發電組件位於(yu) 荊門市東(dong) 寶區新台西路，通過用戶配電站接入公共電網，屬於(yu) 荊門市供電公司管理範圍。

    本文首先應對電站運行狀態進行實時評估，以便及時發現異常情況；其次要科學規劃運維調度方案，提升運維效率和質量，同時降低運營成本。

項目現場

2.現有電網情況

   現有用戶配電站為(wei) 10kV用戶變，站內(nei) 新建7台10kV變壓器，變壓器容量為(wei) 2000、1600、1250、2000、630、1250、1000kVA，光伏發電單元所發直流電通過逆變器逆變為(wei) 交流電後經7台新建變壓器升壓至10kV通過10kV電纜T接至220kV變電站。目前該變電站已接入及在途分布式電源總容量為(wei) 127.1MW，因此剩餘(yu) 可接入容量 52.71MW。滿足本期接入需求。

   現有供電示意圖如下：

用戶配電站現供電示意

3.技術方案

   本項目通過2個(ge) 並網點上網，2個(ge) 並網點的裝機容量分別為(wei) 5.99MW、2.535MW（交流側(ce) ）由7個(ge) 光伏發電單元構成。該項目運營模式為(wei) 全額上網。利用廠房屋頂建設光伏發電係統，關(guan) 鍵設備光伏組件、逆變器、變壓器等采用國內(nei) 產(chan) 品。本項目光伏發電係統所輸出的直流電經組串式逆變器轉換成交流電後，就地升壓至10KV，經開關(guan) 櫃通過1回出線接入至廠區10KV進線母線的用戶側(ce) ，實現並網。變電站近三年最小負荷平均-0.15MW，考慮主變 N-1 情況下，另一主變負載不超過80%，則該變電站可接入的分布式光伏容量為(wei) 179.81MW，目前該變電站已接入及在途分布式光伏容量共 127.1W，因此剩餘(yu) 可接入容量 52.71MW。滿足本期接入需求。光伏監控係統按站控層、就地層、架構，通過通信管理機或協議轉換器對光伏發電係統設備層的各種設備（逆變器、防孤島保護、故障解列裝置、電能質量監測裝置、直流屏等設備）信息進行采集和處理，將處理好的數據上傳(chuan) 至SCADA係統和遠動裝置。遠動裝置數據經縱向加密後通過4G/5G無線通信網將上傳(chuan) 至荊門供電公司配調。

3.1.升壓變壓器及高低壓配電設備

   本項目配備7台三相交流2000KVA的幹式變壓器。額定電壓10.5±2×2.5%/0.38kV，接線組別為(wei) Dy11。交流頻率為(wei) 50Hz,可以戶外使用，能效等級滿足國家規範要求。

3.2.繼電保護及安全自動裝置

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

1）線路保護

   本項目為(wei) 10kV並網，建議光伏開關(guan) 站總出線開關(guan) 建議光伏開關(guan) 站總出線開關(guan) 配置線路方向過流等保護，包括三段可經複壓和方向閉鎖的過流保護，三段零序過流保護、過負荷並具備低周減載功能，以便線路發生故障時快速切除，避免事故範圍擴大。

2）頻率電壓異常緊急控製裝置

   本項目光伏並網點斷路器要求具備失壓跳閘功能，不設重合閘，可通過逆變器內(nei) 低壓保護與(yu) 頻率保護實現解列，不配置獨立的安全自動裝置。

3）防孤島檢測及安全自動裝置

   采用具備防孤島能力的逆變器，逆變器必須具備快速監測孤島且監測到孤島後立即斷開與(yu) 電網連接的能力，其防孤島保護方案應與(yu) 繼電保護配置、頻率電壓異常緊急控製裝置配置和低電壓穿越相配合。

4）電能質量監測

   在公共連接點裝設滿足 GB/T 19862《電能質量監測設備通用要求》標準要求的A 類電能質量在線監測裝置一套。監測電能質量參數，包括電壓、頻率、諧波、功率因數等，電能質量監測數據應至少保存一年。

3.3.係統調度自動化

   本項目為(wei) 10kV電壓等級並網，需通過獨立信息傳(chuan) 輸設備將光伏電站有功、無功、功率因數、逆變器數據、電量及開關(guan) 、刀閘狀態量、功率調節數據和功率預測數據等信息上傳(chuan) 至調度端，場站應配置AGC裝置，具備接收並自動執行有功功率控製指令的能力；需要具備一次調頻能力；10kV 發電係統應上報中期、短期和超短期功率預測數據。

3.4.計量

   本項目采用的運營模式為(wei) 全額上網，並網點共2個(ge) ，關(guan) 口點共1個(ge) ，均設置在光伏出線處。本項目計量配置原則如下。

   (1)在關(guan) 口計量點配置 1 塊三相三線電能表，精確度為(wei) 0.5S，具有雙向計量功能，用於(yu) 計量用戶與(yu) 電網間的上、下網電量。在關(guan) 口計量點配置 GPRS 用電現場管理係統，用於(yu) 采集數據及用戶用電結算。

   (2)在並網點設置C級電能表和 GPRS 用電現場管理係統，用於(yu) 發電量信息采集及營銷係統遠傳(chuan) 。具體(ti) 設備配置規模以現場實際為(wei) 準。

新建並網點一光伏一次圖

新建並網點二光伏一次圖

4.係統結構

   本項目光伏電站配置一套綜合自動化係統，采用韦德1946网址所提供的Acrel-1000分布式光伏電力監控係統具有保護、控製、通信、測量等功能，可實現光伏發電係統、開關(guan) 站的全功能綜合自動化管理。本項目逆變器、高低壓設備等狀態信號都要接入本監控係統。

   本項目光伏電站監控係統包括兩(liang) 部分：站控層和就地層，網絡結構為(wei) 開放式分層、分布式結構。

   監控係統通過以太網與(yu) 就地層相連,就地層按照不同的功能、係統劃分，以相對獨立的方式分散在逆變器區域或箱變中，在站控層及網絡失效的情況下，就地層仍能獨立完成就地各電氣設備的監測。

   站控層由計算機網絡連接的服務器、操作員站、遠動站等組成，提供站內(nei) 運行的人機界麵，實現管理控製就地層設備等功能，形成全站監控、管理中心，並具備與(yu) 遠方控製中心通信的接口。

   就地層設備由智能測控單元、網絡係統通訊單元、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、電能質量在線監測裝置、故障解列裝置、多功能儀(yi) 表、逆變器、箱變測控等設備。它直接采集處理現場的原始數據，通過網絡傳(chuan) 送給站控層監控主站，同時接收站控層發來的控製操作命令，經過有效性判斷、閉鎖檢測、同步檢測等，最後對設備進行操作控製。

   每個(ge) 光伏發電單元配帶無線發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，打包後通過無線網絡傳(chuan) 輸給監控係統實現監視。

監控係統網絡結構圖

項目配置設備清單如下表所示：

表 方案設備列表

5.係統功能

5.1.分布式光伏電站運維管理

   Acrel-1000分布式光伏電力監控係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作信號，後者包括一般設備變位、狀態異常信息、模擬量越限/複限、計算機站控係統的各個(ge) 部件、就地單元的狀態異常等等。

（1）事故報警

   事故報警發生時，公用事故報警器將立即發出音響報警，監控畫麵上用顏色改變和閃爍表示該設備變位，同時顯示紅色報警條文，打印機打印報警條文，數據轉發裝置向遠方控製中心發送報警信息。事故報警通過手動或自動方式確認。

（2）預告報警

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

（3）實時事件

   實時事件告警列表包括序號、發生時間、告警內(nei) 容、告警等級、確認狀態等分列展示，告警信息默認按照發生時間降序排列顯示，以不同的顏色區分已確認、未確認信號。

實時事件

（4）曆史事件

   點擊曆史事件圖標，切換到曆史事件查詢界麵，查看曆史數據庫中記錄的所有係統事件。

曆史事件

（5）監控界麵

   監測逆變器當前電壓、電流、輸出功率、溫度及當前狀態等信息。

逆變器監測

（6）光伏收益界麵

   支持實時統計電站發電量和收益，極大降低了運行維護成本

光收益界麵

5.2.光字牌監測

   隨著變電站綜合自動化技術的發展，傳(chuan) 統光字牌逐漸被監控後台的虛擬光字牌所取代。這種變化主要體(ti) 現在以下幾個(ge) 方麵:

傳(chuan) 統光字牌：依賴於(yu) 硬件接點觸發，通過中央信號屏上的燈光顯示設備狀態。這種方式在有人值班的變電站中應用廣泛，但隨著無人值班技術的普及，其局限性逐漸顯現。

   智能光字牌：在無人值班變電站中，光字牌的功能被集成到監控後台係統中，以虛擬形式實現。智能光字牌不僅(jin) 保留了傳(chuan) 統光字牌的直觀性，還增加了信息過濾、分級顯示和導航功能。例如，通過導航燈閃爍提示異常信號，運行人員可以快速確認並處理。

1號並網點光字牌

2號並網點光字牌

6.結語

   當前，我國分布式光伏發電呈現爆發式增長態勢，在政策紅利的持續推動下，其並網模式正由分散式向規模化快速轉型。這種發展態勢在為(wei) 能源結構轉型注入新動能的同時，也對電力係統安全穩定運行提出了全新挑戰。高滲透率分布式光伏的接入不僅(jin) 會(hui) 引發電壓波動、潮流反送等係列技術難題，還可能影響光伏產(chan) 業(ye) 自身的可持續發展。值得注意的是，規模化並網正倒逼電力係統調控模式進行深度變革。為(wei) 此，需要立足電網實際運行需求和場站管理特點，係統性地研究電網調度運行關(guan) 鍵技術，從(cong) 而構建智能化程度高、安全性能的電網能量管理平台，最終實現新型電力係統多層級協調平衡能力和新能源高效消納水平的全麵提升。

參考文獻

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作者介紹：簡婷，女，本科，現任職於(yu) 韦德1946网址，主要研究變電站綜合自動化解決(jue) 方案、分布式光伏監控解決(jue) 方案。