摘 要：

隨著全球?qū)鹘y(tǒng)能源需求的持續(xù)攀升，地球生態(tài)正承受著日益沉重的環(huán)境壓力。太陽能作為清潔可再生能源的重要代表，其開發(fā)利用為人類社會(huì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展開辟了全新路徑，而分布式光伏發(fā)電的蓬勃興起更是其中的關(guān)鍵突破。作為能源利用模式的革命性變革，分布式光伏憑借 “就近發(fā)電、就近消納” 的靈活運(yùn)行機(jī)制，不僅顯著降低了人類對傳統(tǒng)化石能源的依賴程度，更在構(gòu)建新型清潔能源體系、加速能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)的進(jìn)程中發(fā)揮著核心推動(dòng)作用，為全球碳減排目標(biāo)的落地注入了強(qiáng)勁動(dòng)能。

值得關(guān)注的是，為確保光伏發(fā)電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，亟需構(gòu)建一套兼具安全性與可靠性的綜合保護(hù)方案。該方案需在保障發(fā)電設(shè)備安全運(yùn)行的同時(shí)，同步實(shí)現(xiàn)對電能質(zhì)量的準(zhǔn)確把控，通過技術(shù)創(chuàng)新與系統(tǒng)優(yōu)化的雙重驅(qū)動(dòng)，為分布式光伏能源的規(guī)模化應(yīng)用筑牢安全基石，推動(dòng)清潔能源產(chǎn)業(yè)向更可靠的方向邁進(jìn)。

關(guān)鍵詞：分布式光伏；減碳目標(biāo)；“就近發(fā)電、就近消納”

1.概述

分布式光伏作為太陽能發(fā)電領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用模式，與傳統(tǒng)集中式光伏發(fā)電形成鮮明對比。它深度融入用戶集中區(qū)域，憑借靈活的部署特性構(gòu)建起新型電力供應(yīng)體系。憑借顯著的能源替代優(yōu)勢、環(huán)境友好效益與經(jīng)濟(jì)效益，分布式光伏已成為全球綠色能源發(fā)展的重要方向。據(jù)測算，在我國平均日照條件下，1 千瓦光伏發(fā)電系統(tǒng)年發(fā)電量可達(dá) 1200 度，相當(dāng)于減少標(biāo)準(zhǔn)煤使用量約 400 千克、降低二氧化碳排放約 1 噸。世界自然基金會(huì)研究表明，每安裝 1 平米光伏發(fā)電設(shè)備，其碳減排效果等同于造林 100 平米，充分彰顯了光伏發(fā)電在應(yīng)對霧霾、酸雨等環(huán)境問題上的戰(zhàn)略價(jià)值。

廣西大塘至浦北高速公路光伏發(fā)電項(xiàng)目積極響應(yīng)國家 “優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，構(gòu)建清潔可靠能源體系” 的戰(zhàn)略部署，作為分布式光伏發(fā)電領(lǐng)域的示范工程，其意義尤為突出。項(xiàng)目選址于欽州市大塘至浦北高速公路浦北縣大茅垌路段，創(chuàng)新性地利用高速公路沿線邊坡資源，規(guī)劃建設(shè)總裝機(jī)容量達(dá) 4.08MWp 的分布式光伏發(fā)電站。項(xiàng)目采用 “全額上網(wǎng)” 運(yùn)營模式，通過 10KV 更山支 52+1 號(hào)桿接入電網(wǎng)，納入欽州市供電公司統(tǒng)一管理范疇。

在項(xiàng)目建設(shè)規(guī)劃中，光伏組件總裝機(jī)容量達(dá) 4.08MW，采用全額上網(wǎng)的電量結(jié)算模式，計(jì)劃于 2025 年 4 月底建成投產(chǎn)。二次設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)選用安科瑞 Acrel-1000DP 分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)解決方案，依托穩(wěn)定的配套操作系統(tǒng)，為項(xiàng)目構(gòu)建起可靠的本地保護(hù)與智能監(jiān)控體系。該項(xiàng)目的實(shí)施不僅為區(qū)域電網(wǎng)注入清潔可再生電力，更對優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、降低碳排放具有重要推動(dòng)作用。

本文將圍繞光伏電站接入系統(tǒng)方案展開深度論證，系統(tǒng)探討繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置配置、通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)搭建等關(guān)鍵技術(shù)方案，為項(xiàng)目的科學(xué)實(shí)施運(yùn)行提供技術(shù)支撐。

圖1 項(xiàng)目現(xiàn)場圖

2.解決方案

本項(xiàng)目為屋頂分布式光伏發(fā)電工程，建設(shè)規(guī)模達(dá) 4.08MW，采用全額上網(wǎng)的電力消納模式。在電氣設(shè)備配置方面，新增并網(wǎng)點(diǎn)部署光伏出線柜、計(jì)量柜、PT 柜及光伏進(jìn)線柜，構(gòu)成完整的接入系統(tǒng)架構(gòu)。同時(shí)，配套建設(shè)光伏自動(dòng)化系統(tǒng)，通過實(shí)時(shí)采集并網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并將信息無縫上傳至當(dāng)?shù)卣{(diào)控中心 DMS 系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與調(diào)度管理。

在電力傳輸環(huán)節(jié)，800V 電壓等級(jí)的光伏發(fā)電逆變器輸出電能，經(jīng)箱式變電站升壓至 10kV，通過高壓電纜接入新增的 10kV 光伏進(jìn)線柜，最終經(jīng)由并網(wǎng)柜并入原有 10kV 六橋線，完成電力并網(wǎng)流程。

項(xiàng)目采用 Acrel-1000DP 光伏監(jiān)控平臺(tái)，該平臺(tái)具備全站數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測、事故智能告警、運(yùn)行狀態(tài)分析等功能，能夠?qū)φ麄€(gè)光伏電站的運(yùn)行狀況進(jìn)行全時(shí)段的監(jiān)控管理，有效保障項(xiàng)目安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

圖2 項(xiàng)目電站編號(hào)圖

3.技術(shù)方案

本項(xiàng)目規(guī)模約為4.08MWp，利用高速公路沿線空地建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)，關(guān)鍵設(shè)備光伏組件、逆變器、變壓器等采用國內(nèi)知名產(chǎn)品。分布式光伏系統(tǒng)所發(fā)電量采用全額上網(wǎng)。本項(xiàng)目光伏發(fā)電系統(tǒng)所輸出的直流電經(jīng)組串式逆變器轉(zhuǎn)換成交流電后，就地升壓至10KV，經(jīng)開關(guān)柜通過1回出線接入至一次倉10KV并網(wǎng)柜母線，并網(wǎng)柜傳輸光伏發(fā)電至柱上開關(guān)進(jìn)行并網(wǎng)。本工程規(guī)劃擬建裝機(jī)容量為4.896MWp，交流側(cè)容量為4.08MW，按照光伏電站使用壽命25年進(jìn)行計(jì)算得到，本項(xiàng)目平均每年發(fā)電容量為559.41KWh，25年總共發(fā)電量為13985.27KWh，計(jì)劃投產(chǎn)時(shí)間2025年，擬采用“全額上網(wǎng)”模式。

3.1升壓變壓器及高低壓配電設(shè)備

本項(xiàng)目配備一臺(tái)三相交流1000KVA的干式變壓器、一臺(tái)三相交流800KVA的干式變壓器、一臺(tái)三相交流500KVA的干式變壓器、一臺(tái)三相交流630KVA的干式變壓器、五臺(tái)三相交流630KVA的干式變壓器。額定電壓10.5±2×2.5%/0.8kV，接線組別為 Dy11。交流頻率為50Hz,可以戶外使用，能效等級(jí)滿足國家規(guī)范要求。

圖3 新建光伏一次圖

3.2繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置

本光伏電站內(nèi)主要電氣設(shè)備采用微機(jī)保護(hù)，以滿足信息上送。元件保護(hù)按照《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》（GB14285－2006）配置。

1）防孤島檢測

分布式電源應(yīng)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(hù)動(dòng)作時(shí)間不大于2S,其防孤島保護(hù)應(yīng)與配電網(wǎng)側(cè)線路重合閘和安全自動(dòng)裝置動(dòng)作時(shí)間相配合。在本光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)裝設(shè)防孤島保護(hù)裝置，防止產(chǎn)生非計(jì)劃性孤島。

2）并網(wǎng)線路繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝

分布式光伏項(xiàng)目線路發(fā)生短路故障時(shí)，線路保護(hù)應(yīng)快速動(dòng)作，瞬時(shí)跳開相應(yīng)并網(wǎng)點(diǎn)斷路器，滿足全線故障快速可靠切除故障的要求。安裝光伏發(fā)電項(xiàng)目的用戶變電站10kV母線應(yīng)配置故障解列裝置，實(shí)現(xiàn)頻率電壓異常緊急控制功能，跳開相應(yīng)斷路器（專用開關(guān)）。

3）電能質(zhì)量監(jiān)測裝置

根據(jù)Q/GDW10651—2015《電能質(zhì)量評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》的相關(guān)要求；通過10(6)kV～35kV電壓等級(jí)并網(wǎng)的變流器類型電源應(yīng)在公共連接點(diǎn)裝設(shè)滿足GB/T19862要求的A級(jí)電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置，以滿足接入福建電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測子站通信機(jī)的接入規(guī)范，對電壓、頻率、諧 波、功率因數(shù)等電能質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，電能質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)至少保存一年。

光伏電站應(yīng)滿足《國網(wǎng)湖北電力做好中低壓分布式電源接入系統(tǒng)服務(wù)指導(dǎo)意見》有關(guān)電能質(zhì)量要求的規(guī)定，當(dāng)接入配電網(wǎng)的分布式電源導(dǎo)致公共連接點(diǎn) 電能質(zhì)量不滿足相關(guān)要求時(shí)，運(yùn)營管理方應(yīng)在規(guī)定時(shí)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(shí)，電網(wǎng)運(yùn)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(shí)方可重新并網(wǎng)。

通過10KV電壓等級(jí)并網(wǎng)的分布式電源，應(yīng)具備低電壓穿越能力和高電壓穿越能力，高低 電壓穿越的考核曲線應(yīng)滿足現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范要求。

通過10(6)kV～35kV電壓等級(jí)并網(wǎng)的分布式電源，應(yīng)在并網(wǎng)運(yùn)行后6個(gè)月內(nèi)向縣供電公司提供運(yùn)行特性檢測報(bào)告，檢測結(jié)果應(yīng)符合Q/GDW10651—2015《電能質(zhì)量評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》的相 關(guān)要求。分布式電源接入電網(wǎng)的檢測點(diǎn)為電源并網(wǎng)點(diǎn)，應(yīng)由具有相應(yīng)資質(zhì)的單位或部門進(jìn)行檢測，并在檢測前將檢測方案報(bào)縣供電公司調(diào)控中心備案。

在新(擴(kuò))建諧波源用戶投運(yùn)后，縣供電公司營銷部組織對用戶諧波進(jìn)行測試。如發(fā)現(xiàn)評(píng)估不超標(biāo)而實(shí)測超標(biāo)的用戶，縣供電公司營銷部應(yīng)對該用戶下發(fā)諧波整改通知，及時(shí)落實(shí)用戶諧波治理措施。

4）AGC/AVC裝置

根據(jù)南網(wǎng)調(diào)度部門的設(shè)計(jì)要求分布式光伏項(xiàng)目對接入南網(wǎng)需要滿足《光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定（GB/T 29319-2024）》。配置AGC/AVC裝置可以實(shí)現(xiàn)對逆變器有功功率和無功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，滿足設(shè)計(jì)所要求的“四可(可觀、可測、可控、可調(diào)）”。

5）態(tài)勢感知裝置

根據(jù)《南方電網(wǎng)分布式新能源并網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)安全防拍方案》（辦總調(diào)（2022）7號(hào)附件1）分布式新能源場站配置配網(wǎng)安全防護(hù)裝置，并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全威脅的實(shí)時(shí)監(jiān)測與審計(jì)，上送電力監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知系統(tǒng)。配置態(tài)勢感知裝置能夠及時(shí)的監(jiān)測出潛在風(fēng)險(xiǎn)，在遭遇風(fēng)險(xiǎn)攻擊時(shí)能夠及時(shí)發(fā)出告警。

圖4 態(tài)勢感知配置圖

4.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本項(xiàng)目光伏電站配置一套綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，采用安科瑞電氣股份有限公司所提供的Acrel-1000DP分布式光伏電力監(jiān)控系統(tǒng)具有保護(hù)、控制、通信、測量等功能，可實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)、開關(guān)站的全功能綜合自動(dòng)化管理。本項(xiàng)目逆變器、高低壓設(shè)備等狀態(tài)信號(hào)均接入本監(jiān)控系統(tǒng)。

本項(xiàng)目光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)包括兩部分：站控層和就地層，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為開放式分層、分布式結(jié)構(gòu)。

監(jiān)控系統(tǒng)通過以太網(wǎng)與就地層相連,就地層按照不同的功能、系統(tǒng)劃分，以相對獨(dú)立的方式分散在逆變器區(qū)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(dú)立完成就地各電氣設(shè)備的監(jiān)測。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過遠(yuǎn)動(dòng)工作站GPRS公網(wǎng)與欽州市電力公司實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。

站控層由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接的服務(wù)器、操作員站、遠(yuǎn)動(dòng)站等組成，提供站內(nèi)運(yùn)行的人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)管理控制就地層設(shè)備等功能，形成全站監(jiān)控、管理中心，并具備與遠(yuǎn)方控制中心通信的接口。

就地層設(shè)備由智能測控單元、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通訊單元、逆變器數(shù)據(jù)采集單元、多功能電能表等構(gòu)成，主要電氣設(shè)備包括逆變器、箱變、并網(wǎng)開關(guān)。它直接采集處理現(xiàn)場的原始數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)傳送給站控層監(jiān)控主站，同時(shí)接收站控層發(fā)來的控制操作命令，經(jīng)過有效性判斷、閉鎖檢測、同步檢測等，最后對設(shè)備進(jìn)行操作控制。

站控層與就地層之間的通訊網(wǎng)絡(luò)采用GPRS無線通訊網(wǎng)絡(luò)。

每個(gè)光伏發(fā)電單元配帶無線發(fā)射功能的數(shù)據(jù)采集裝置，采集每組光伏組件數(shù)據(jù)，逆變器參數(shù)，測控裝置、智能計(jì)量表計(jì)的數(shù)據(jù)，打包后通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)視。

圖5 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)功能

1）實(shí)時(shí)監(jiān)測

Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號(hào)。同時(shí)可以設(shè)計(jì)整體界面，供用戶選擇對應(yīng)配電房對應(yīng)光伏組件或高壓部分進(jìn)行查看。

圖6 實(shí)時(shí)監(jiān)測主界面功能圖

2）電能質(zhì)量監(jiān)視

在電能質(zhì)量監(jiān)控圖中，可以直接查看電流電壓總有效值、電壓波動(dòng)、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(shí)的做出應(yīng)對方案。

圖7 電能質(zhì)量監(jiān)視界面圖面功能圖

3） 實(shí)時(shí)曲線監(jiān)測

在實(shí)時(shí)曲線監(jiān)測界面中，用戶可以根據(jù)需求直接選擇所想要查看的數(shù)據(jù)，選擇后可在界面中實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)的變化，方便用戶分析數(shù)據(jù)的變化情況，目前實(shí)時(shí)曲線支持至多四條曲線同時(shí)變化顯示。

圖8 實(shí)時(shí)曲線監(jiān)測功能圖

4）實(shí)時(shí)報(bào)表監(jiān)測

在實(shí)時(shí)報(bào)表監(jiān)測界面中，用戶可以根據(jù)需求直接選擇所想要查看數(shù)據(jù)的設(shè)備，能查詢各回路或設(shè)備實(shí)時(shí)的運(yùn)行參數(shù)，報(bào)表中顯示的電參量信息應(yīng)包括：各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無功功率、電能，遙信量等。遙測量包括實(shí)時(shí)值（處于不同狀態(tài)時(shí)應(yīng)給以不同顏色區(qū)分）、測點(diǎn)狀態(tài)（越限、置入、通信異常等）及其發(fā)生時(shí)間、日平均值等。遙信量包括實(shí)時(shí)值（處于不同狀態(tài)時(shí)應(yīng)給以不同顏色區(qū)分）、測點(diǎn)狀態(tài)（置入、通信異常等）、日變位次數(shù)等，報(bào)表可以導(dǎo)出和打印。

圖9 實(shí)時(shí)報(bào)表監(jiān)測功能圖

5.結(jié)語

太陽能光伏發(fā)電市場規(guī)模在過去紀(jì)念里持續(xù)擴(kuò)大，這主要是由于太陽能光伏發(fā)電成本不斷下降和政府的支持本項(xiàng)目積極響應(yīng)了國家的號(hào)召，大力發(fā)展高速公路陸域光伏建設(shè)，在發(fā)展的同時(shí)需要符合當(dāng)?shù)毓╇娋謱﹄娏Π踩囊?。因此分布式光伏并網(wǎng)過程中需要使用到一套安全可靠的分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)解決方案，我司的電力監(jiān)控系統(tǒng)方案能夠?yàn)橛脩?、電網(wǎng)助力分布式光伏高比例有序并網(wǎng)，強(qiáng)化分布式光伏的統(tǒng)一管控，具有能夠推動(dòng)分布式光伏和大電網(wǎng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行，搭建數(shù)據(jù)透明、調(diào)控便捷、能源互動(dòng)的新型分布式新能源調(diào)度管理的體系。

審核編輯 黃宇