為了“雙碳"目標的實現(xiàn)，可再生能源的開發(fā)利用已成為必然趨勢。新能源發(fā)電作為一種重要的能源利用形式，越來越受到人們的重視。與大容量、高電壓、遠距離輸電的集中發(fā)電相比，分布式光伏具有容量小、電壓低、就地消納等D特優(yōu)勢，近年來得到廣泛應用，呈現(xiàn)出跨越式發(fā)展趨勢，研究分布式光伏接入對配電網(wǎng)的影響，對于提高電網(wǎng)和人身安全具有重要意義。本文以分布式光伏為研究對象，結合工程實例，對分布式光伏接入配電網(wǎng)的電氣二次配置和通信管理進行了研究。

概述

上海寶鋼激光焊接有限公司屋頂光伏發(fā)電項目(二期)(以下簡稱“項目")是響應“優(yōu)化能源結構，提供更清潔、更可靠的能源"號召而投資的分布式光伏發(fā)電應用示范項目。

本項目位于上海寶鋼激光焊接有限公司廠房內(nèi)，利用現(xiàn)有廠房屋頂建設分布式光伏發(fā)電項目，總建設規(guī)模約712.8kWp。本項目投資方為上海寶鋼環(huán)保科技部門

介紹了光伏電站接入系統(tǒng)方案、系統(tǒng)繼電保護及安全自動化裝置、系統(tǒng)通信、系統(tǒng)調(diào)度自動化方案等的論證。

現(xiàn)場技術闡述

現(xiàn)有客戶配電電站為10kV客戶變壓器，全站10kV變壓器3臺，變壓器容量為1600+1250+1250。用戶變壓器經(jīng)10kV“31-4安賽洛"線路接至10kV本特開關站第二段母線，再接至110kV百安10kV四段母線。光伏發(fā)電已投產(chǎn)1200kWp。

分布式光伏設計

本項目光伏組件、支架及相關設備安裝在一期屋面低跨區(qū)域，與已安裝一期光伏設備的高跨屋面相鄰。一、二生產(chǎn)線屋面(低跨)為彩鋼瓦結構，屋面板為角Chi型III型結構。整個屋頂跨度55米，長189米，總面積約1萬平方米。除照明和排風通風設施外，屋頂可利用率約75%，光伏設備占地面積約5000平方米。

在廠房東側相鄰電氣室外綠化帶內(nèi)，本工程升壓變壓器及并網(wǎng)設備將以箱式變電站的形式安裝。箱式變電站占地面積約40平方米。逆變器交流輸出升壓至10kV后，接至高壓開關柜。然后通過回出線與位于一期電氣室的廠區(qū)10KV母線連接。高壓并網(wǎng)線進線柜安裝在母線上，實現(xiàn)并網(wǎng)。設備位置示意圖見下圖。最終平面布置圖以詳細設計完成后出具的施工圖為準。

技術方案

規(guī)模約712.8kWp，利用廠房屋頂建設光伏發(fā)電系統(tǒng)，關鍵設備光伏組件、逆變器、變壓器等國內(nèi)Z名產(chǎn)品。分布式光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電能就地吸收，自行發(fā)電，剩余電量在線。本項目光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的直流電經(jīng)串聯(lián)逆變器轉換為交流電，現(xiàn)場升壓至10KV。開關柜接10KV進線母線，廠負荷接電網(wǎng)。結合用戶供廠變壓器容量(4100KVA)和一期光伏并網(wǎng)系統(tǒng)總數(shù)(1200kW)分析，光伏并網(wǎng)容量不超過廠可變?nèi)萘康?0%，再根據(jù)屋頂勘測考慮，確定光伏項目建設容量為712.8kWp為宜。

升壓變壓器及高低壓配電設備

本工程配備三相交流800KVA干式變壓器1臺。額定電壓10.522.5%/0.38kV

變壓器連接到交流母線或低壓機柜輸出線上。交流母線負載開關具有通斷保護功能。變壓器側輸出接10KV進回線，設開關柜、PT柜、計量柜。開關柜輸出后，通過10KV高壓交流電纜與光伏并網(wǎng)電纜直接連接。電纜柜與工廠的10KV母線拼接，由母線連接。具體的接入方式以實際設計為準。

4.2繼電保護及安全自動裝置

本光伏電站所采用的主要電氣設備均配置微機保護系統(tǒng)，以滿足信息傳輸?shù)男枨蟆?/p>

1）并網(wǎng)線路繼電保護及安全自動裝置

在分布式光伏項目中，當發(fā)生線路短路故障時，應確保線路保護系統(tǒng)能夠快速觸發(fā)，并迅速切斷相應并網(wǎng)點的斷路器，以滿足對整條線路故障的快速可靠隔離要求。此外，光伏發(fā)電項目的用戶變電站10kV母線應配置故障解列裝置，以實現(xiàn)對頻率和電壓異常情況的緊急控制，能夠及時跳開相應斷路器或開關。

2）防孤島檢測

分布式光伏項目中的逆變器應具備快速檢測孤島并立即斷開與電網(wǎng)連接的能力。防孤島方案需與繼電保護、安全自動裝置和低電壓檢測系統(tǒng)等配合，并確保時間上的匹配。逆變器應具備極性反接保護、短路保護、低電壓穿越保護、孤島效應保護、過熱保護、過載保護和接地保護等功能。同時，高壓開關柜上應安裝測控保護裝置，其中包括過電流保護和零序過電流保護。所有信息將通過通訊方式上傳至光伏本地監(jiān)控系統(tǒng)。

該光伏電站在故障或異常運行狀態(tài)時能夠快速切斷與系統(tǒng)的并網(wǎng)連接，停止向電網(wǎng)供電，確保不會對現(xiàn)有系統(tǒng)的正常運行造成影響。

系統(tǒng)結構

光伏電站配備了一套綜合自動化系統(tǒng)，采用安科瑞電氣股份有限公司提供的AcrelCloud-1200分布式光伏電力監(jiān)控系統(tǒng)，具備保護、控制、通信和測量等功能，能夠實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)和升壓變壓器的自動化管理。逆變器、高低壓設備等狀態(tài)信號都接入該監(jiān)控系統(tǒng)。

該光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)分為站控層和就地層，采用開放式分層、分布式結構。通過以太網(wǎng)與就地層相連，就地層根據(jù)不同功能和系統(tǒng)分布在逆變器區(qū)域或箱變中。即使站控層或網(wǎng)絡失效，就地層仍能獨立監(jiān)測就地各電氣設備的運行。計算機監(jiān)控系統(tǒng)通過專用無線網(wǎng)絡與上海市電力公司進行數(shù)據(jù)通信。

站控層由計算機網(wǎng)絡連接的服務器、操作員站和遠動站組成，提供站內(nèi)運行的人機界面，實現(xiàn)對就地層設備等的管理控制，并具備與遠方控制通信的接口。就地層設備由保護測控單元、通訊設備、數(shù)據(jù)采集單元和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(jiān)測裝置、頻率電壓緊急控制裝置、多功能儀表、逆變器、箱變測控等設備。這些設備直接采集處理現(xiàn)場電氣數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡傳送給站控層監(jiān)控主站，同時接收來自站控層的控制操作命令，經(jīng)過有效性判斷、閉鎖檢測、同步檢測等步驟，最終對設備進行操作控制。每個光伏發(fā)電單元配備數(shù)據(jù)采集裝置，用于采集光伏組件數(shù)據(jù)、逆變器參數(shù)、保護測控裝置數(shù)據(jù)和智能計量表數(shù)據(jù)，并通過無線網(wǎng)絡傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)進行監(jiān)視。

系統(tǒng)功能

光伏發(fā)電效率監(jiān)測

現(xiàn)場測控單元和數(shù)據(jù)采集器采集相關信息，并進行各種預處理，包括數(shù)據(jù)合理性校驗，實時更新數(shù)據(jù)庫。這些信息包括模擬量（如電流、電壓、功率等）和數(shù)字量（如逆變器狀態(tài)、故障信號等）。

分布式光伏電站運維管理

Acrel-Cloud1200分布式光伏電力監(jiān)控系統(tǒng)具有事故報警和預警處理功能。事故報警包括斷路器跳閘和保護裝置動作信號等，預警則包括設備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量越限/復限等。系統(tǒng)會通過聲音報警、顏色變化、閃爍顯示、打印報警信息等方式提醒用戶，同時將報警信息發(fā)送至遠方控制中心。報警可手動或自動確認處理。

人機界面

監(jiān)控系統(tǒng)允許通過顯示器監(jiān)視主要電氣設備的運行參數(shù)和狀態(tài)，支持雙屏顯示和無級縮放操作，具有網(wǎng)絡拓撲分析功能，可動態(tài)顯示設備狀態(tài)。主要顯示內(nèi)容包括設備運行狀態(tài)、各電氣參數(shù)實時值、環(huán)境數(shù)據(jù)、發(fā)電量監(jiān)視、保護信息、控制操作記錄等信息。

結語

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)因其清潔可再生特性而被廣泛應用，然而其發(fā)電量的非穩(wěn)定性給電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和經(jīng)濟效益帶來挑戰(zhàn)。因此，在分布式光伏項目并網(wǎng)時，需要接受調(diào)度主站系統(tǒng)的調(diào)控，以協(xié)助用戶和電網(wǎng)實現(xiàn)分布式光伏的有序并網(wǎng)，加強統(tǒng)一管控，促進分布式光伏與大電網(wǎng)的協(xié)同運行，建立新型的分布式新能源調(diào)度管理體系，實現(xiàn)數(shù)據(jù)透明、便捷調(diào)控和能源互動。