安科瑞 陳聰

摘要：隨著我國社會的不斷進步,經濟得到迅速的發(fā)展,城市化進程也逐漸加快。城市電力配電網絡的供電壓力逐漸增加,傳統(tǒng)的發(fā)電技術已經不再適用于目前城市電力配電的發(fā)展現(xiàn)狀。傳統(tǒng)發(fā)電技術電力轉化的效率比較低,對空氣的污染也比較大,不利于城市環(huán)境的保護以及經濟的持續(xù)發(fā)展。分布式光伏發(fā)電作為一種可再生能源技術，得到了越來越廣泛的應用。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，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：分布式光伏；自發(fā)自用，余電上網；可持續(xù)發(fā)展;

概述

我國擁有豐富的清潔可再生能源資源儲量，積極開發(fā)利用可再生能源，為解決當前化石能源短缺與環(huán)境污染嚴重的燃眉之急提供了有效途徑^[1]。但是可再生能源的利用和開發(fā)，可再生能源技術的發(fā)展和推廣以及可再生能源資源對環(huán)境保護的正向影響，卻遠遠沒有達到理想的水平。大力開發(fā)太陽能、風能等新能源和可再生能源利用技術將成為減少環(huán)境污染的重要措施^[2]。

光伏發(fā)電主要包括集中式光伏發(fā)電和分布式光伏發(fā)電兩類。集中式光伏發(fā)電一般為大型地面光伏電站;分布式光伏發(fā)電主要指小型分散式光伏電站，其應用形式主要為屋頂分布式光伏發(fā)電^[3]。集中式光伏電站的投資大、建設周期長、占地面積大;而分布式光伏電站的投資小、建設周期短、政策支持力度大且選址自由等，本項目采用分布式光伏發(fā)電的運行方式，在廠區(qū)的屋頂進行安裝光伏發(fā)電設備進行發(fā)電。

本項目采用高效光伏組件，總容量為4.03WM，本項目電量結算原則為：自發(fā)自用，余電上網。項目計劃2024年6月底建成投產。選用Acrel光伏二次設計方案，國產麒麟操作系統(tǒng)下的光伏監(jiān)控平臺具備智能監(jiān)控、保護裝置具有穩(wěn)定可靠等特點。配置適配的逆變器，將光伏組件產生的直流電轉換為交流電，以滿足并網要求。本項目的實施將為當?shù)靥峁┣鍧崱⒖稍偕碾娏δ茉矗兄跍p少對傳統(tǒng)能源的依賴，降低碳排放。

圖1 項目現(xiàn)場圖

系統(tǒng)結構

現(xiàn)場設備主要分為三部分，就地高壓柜、二次保護裝置柜、箱變。就地高壓保護裝置根據(jù)不同功能安裝在對應的高壓柜對電力進行保護。二次保護裝置柜配備防孤島保護，公共測控裝置、頻率電壓緊急控制裝置、電能質量裝置，對時裝置以及采集上傳設備，二次保護裝置主要對一次設備進行保護、廠站內的數(shù)據(jù)采集與調度上傳。箱變安裝有數(shù)采儀對逆變器的數(shù)據(jù)進行采集。

本項目modbus、IEC60303-3-103、IEC60870-5-104相結合的方式對數(shù)據(jù)進行采集傳輸。就地高壓柜保護通過modbus-TCP協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸，二次保護柜使用了modbus-485、IEC60303-3-103、modbus-TCP三種協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸，箱變數(shù)采儀使用了IEC60870-5-104協(xié)議采集逆變器數(shù)據(jù)。

項目對時：本項目采用GPS與北斗兩種衛(wèi)星進行對時，保證了項目設備對時的準確性。對時裝置利用以太網連接入站控層交換機從而完成對監(jiān)控主機與遠動上傳裝置的對時，利用IRIG-B通過接線的方式對就地保護、二次保護柜裝置、支流屏等裝置進行對時，保證設備時間的一致。

監(jiān)控平臺：配備了一套變電站綜合自動化系統(tǒng)軟件（Acrel-1000DP光伏監(jiān)控系統(tǒng)）在國產麒麟操作系統(tǒng)的環(huán)境下實現(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)，可以通過網絡將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控。遠程控制：可以通過監(jiān)控對分布式光伏發(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)網絡結構圖

解決方案

方案綜述

項目為屋頂分布式光伏項目，該項目的容量為4.03MW，項目采用自發(fā)自用余電上網的消納方式。利用原有的電源點作為光伏高壓并網點并入電網端，并網點設置光伏進線柜柜，站用變柜，SVG柜，PT柜，計量柜，出線總柜，并網柜。新增的光伏系統(tǒng)配置自動化系統(tǒng)，實時采集并網信息，信息上傳至當?shù)卣{控DMS系統(tǒng)。光伏發(fā)電逆變器電源電壓為1000V，經箱變升壓變升壓至10kV后,通過高壓電纜接入新增的10kV光伏進線柜,通過并網柜并入原10kV市電高壓柜。項目采用Acrel-1000DP光伏監(jiān)控平臺，操作使用了國產麒麟系統(tǒng)。監(jiān)控平臺具有對全站數(shù)據(jù)的實時觀測、事故告警提示等功能。

圖3 光伏電站一次系統(tǒng)圖

功能需求

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《繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程》（GB/T14285-2006）。

1.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，瞬時跳開相應并網點斷路器，滿足全線故障時快速可靠切除故障的要求。

2.電容器保護裝置：在高壓配電室10kVSVG柜，裝設1套電容器保護裝置，實現(xiàn)欠電壓，過電壓，零序電壓，不平衡電壓保護，異常緊急控制功能，跳開電容器斷路器。

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側線路重合閘和安全自動裝置動作時間相配合。針對電網失壓后分布式電源可能繼續(xù)運行、且向電網線路送電的情況提出。孤島運行一方面危及電網線路維護人員和用戶的生命安全，干擾電網的正常合閘；另一方面孤島運行電網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連接，確保重合閘能正確動作。

4.光伏電站內需具備直流電源，供10kV保護及測控裝置，電能質量在線監(jiān)測裝置等設備使用。光伏電站內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)繼電保護應使用的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

5.光伏電站本體應具備故障和異常工作狀態(tài)報警和保護的功能。

6.光伏電站應支持調度機構開展"四遙"(遙測、遙信、遙控、遙調)應用功能。

7.恢復并網：當光伏發(fā)電系統(tǒng)因電網擾動脫網后，在電網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；在電網電壓和頻率恢復正常后，通過10kV電壓等級并網的分布式電源恢復并網應經過電網調度機構的允許。

調度自動化需求

光伏電站應滿足江蘇電力調度控制關于印發(fā)《發(fā)電企業(yè)自動化系統(tǒng)接入配置指導意見》的通知（電調〔2018〕40號）有關自動化規(guī)定：10kv接入的分布式電源，信息采集、控制調節(jié)等應滿足江蘇電力調度控制關于印發(fā)《光伏電站接入電網技術規(guī)定》（Q/GDW617-2011）、《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定》（GB/T19964-2012）要求。光伏電站投運后，由區(qū)調調度，并由區(qū)級供電公司對運行進行管理。因此，需建立光伏電站至區(qū)調的調度通信以及運動等信息和數(shù)據(jù)傳輸通道。

10kv光伏電站本體需配置配電自動化終端監(jiān)控系統(tǒng)，具備與電網調度機構進行雙向通信的能力，能夠實現(xiàn)遠程監(jiān)測和控制功能，應能接收、執(zhí)行調度端遠方控制解/并列、啟停和發(fā)電功率的指令，具備群調群控及遠動功能，有關光伏電站本體信息的采集、處理采用監(jiān)控系統(tǒng)來完成，具備符合相關標準通信協(xié)議的遠傳功能。光伏電站配電自動化終端監(jiān)控系統(tǒng)實時采集并網運行信息，主要包括主斷路器狀態(tài)、并網點開關狀態(tài)(具備遙控功能)、并網點電壓和電流、光伏發(fā)電系統(tǒng)有功功率和無功功率、光伏發(fā)電量、頻率等，上傳至市供電公司配網自動化系統(tǒng)主站，再由市供電公司調度將數(shù)據(jù)下發(fā)至縣調，當調度端對分布式電源有功功率和無功電壓有控制要求時，就地監(jiān)控系統(tǒng)應能夠接收和執(zhí)行上級調度主站系統(tǒng)的控制命令。

電能質量在線監(jiān)測需求

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)通過光伏組件將太陽能轉化為直流電位的正弦波電流，并入電網，在將直流電能經逆變轉換為交流電能的過程中，可能會產生大量諧波及直流分量。

根據(jù)《光伏電站接入電網技術規(guī)定》（Q/GDW617-2011）、江蘇省電力公司《光伏電站接入系統(tǒng)導則（2010年版）》及《分布式電源接入系統(tǒng)典型設計》（電網公司）規(guī)定，為保證對電能質量的有效監(jiān)控，光伏電站側、宿遷市城區(qū)開發(fā)投資有限公司10kV配電房側配置1套滿足GB/T19862《電能質量監(jiān)測設備通用要求》的A類電能質量監(jiān)測裝置，用于分布式光伏項目的電能質量指標的監(jiān)測。

電能質量在線監(jiān)測數(shù)據(jù)需上傳至相關主管機構。

配置設備清單

表1我司提供方案設備列表

現(xiàn)場應用圖

圖4 光伏電站屏柜布置圖

圖5 直流屏柜布置圖

圖6 光伏電站監(jiān)控主機臺布置圖

系統(tǒng)功能

電能質量監(jiān)視

在電能質量監(jiān)控圖中，可以直接查看電能質量裝置的運行狀態(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、無功功率等電能質量信息。可以根據(jù)這些信息監(jiān)測現(xiàn)場電能的質量，及時的做出應對方案。

圖7 電能質量監(jiān)視界面圖

網絡拓撲圖

系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網絡結構；可在線診斷設備通信狀態(tài)，發(fā)生網絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

圖8 站內設備系統(tǒng)網絡拓撲圖

主接線圖

在此界面可以查看高壓保護柜的電量參數(shù)，監(jiān)視斷路器和手車的狀態(tài)，在遠方狀態(tài)時可以遙控斷路器的分合，監(jiān)視高壓柜保護裝置的參數(shù)，能夠及時的發(fā)現(xiàn)異常，及時做出相應的處理。

圖8 主接線界面圖

結語

光伏發(fā)電是我國重要的戰(zhàn)略性新興產業(yè)，大力推進光伏發(fā)電應用對優(yōu)化能源結構、保障能源安全、改善生態(tài)環(huán)境、轉變城鄉(xiāng)用能方式具有重大戰(zhàn)略意義^[4]。分布式光伏發(fā)電應用范圍廣，在城鄉(xiāng)建筑、工業(yè)、農業(yè)、交通、公共設施等領域都有廣闊應用前景，既是推動能源生產和消費革命的重要力量，也是促進穩(wěn)增長調結構促改革惠民生的重要舉措。該項目的實施可以有效地推動可再生能源的發(fā)展，減少對傳統(tǒng)能源的依賴，降低能源消耗和環(huán)境污染。通過分布式光伏的應用，我們成功實現(xiàn)了太陽能的*大化利用，為社會提供了清潔、可持續(xù)的電力供應。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

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[2]劉鑒民，太陽能利用原理，技術工程[M].北京：化學工業(yè)出版社，2009.

[3]李明東，李婧雯主編，“雙碳”目標下中國分布式光伏發(fā)電的發(fā)展和展望[J].2023.五期.

[4]張國輝，分布式光伏發(fā)電項目后評價研究.[D].工程碩士論文，2015.