安科瑞 劉秋霞
摘 要：在“雙碳"和新型電力系統建設背景下，分布式光伏接入比例不斷提高，對配電網電壓、調度運行及調峰等環節造成強烈沖擊。本文設計包含平臺層、設備層二層架構體系的分布式光伏管控平臺，以及小容量工商業分布式光伏本地和遠程通信方案，并研究分布式光伏采集模型的構建、多源數據融合估計、面向分布式光伏的有功、無功功率優化控制等關鍵技術，實現了對小容量工商業分布式光伏的可觀可測可調可控。。
關鍵詞：分布式光伏；光伏管控平臺；遠程通信
1.概述
上海某食品 4408.085kwp 分布式光伏發電項目（以下簡稱“本項目"）是響應國家“優化能源結構，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范項目。上海某有限公司（以下簡稱“上海華電"）租賃上海某食品有限公司廠房屋頂建設4408.085kWp屋頂分布式光伏發電項目，采用“自發自用，余電上網"方案。
本文介紹光伏電站接入系統方案的論證，系統繼電保護及安全自動裝置、系統通信、系統調度自動化方案研究等。
圖 項目現場驗收圖
2.現有電網情況
本工程位于上海市奉賢區航塘公路 1618 號，屬于上海市電力公司奉賢供電公司管理范圍。目前用戶配電站為 10kV 電壓用戶站，站內 4 臺 10kV 變壓器，變壓器容量為（1250+1600）kVA和（1250+1600）kVA。用戶甲線變壓器通過 10kV 線路“22 平高食品甲"線接入利口福開關站 10kV 一段母線，再通過“梁 19 利口福甲"線接入 35kV 梁典站10kV 一段母線。用戶乙線變壓器通過 10kV 線路“32 平高食品乙"線接入利口福開關站 10kV 二段母線，再通過“梁 33 利口福乙"線接入 35kV 梁典站 10kV 三段母線。
本期工程光伏組件容量為 4408.085kWp，根據《國家電網分布式光伏發電接入系統典型設計》的規定和現場條件，本工程為 2 個并網點，光伏組件逆變后接入用戶光伏站升壓變高壓側母線的高壓配電柜內。用戶光伏通過 10kV 線路接入分別接入 35kV梁典站 10kV 一段母線和 35kV 梁典站 10kV 三段母線。
上海華電奉賢平高食品 4408.085kwp 分布式光伏發電項目接入方案示意圖如下：
圖 分布式光伏發電項目接入方案示意圖
3.技術方案
本項目規模約為 4408.085kWp，利用廠房屋頂建設光伏發電系統，關鍵設備光伏組件、逆變器、變壓器等采用國內知產品。分布式光伏系統所發電量采用就地消納，自發自用，余電上網。本項目分為4個光伏發電分系統，光伏發電系統對應接入2臺1000kVA升壓變壓器和2臺1250kVA升壓變壓器。1#升壓變1000kVA的發電單元采用3臺300kW組串式逆變器；2#升壓變1250kVA的發電單元采用4臺300kW組串式逆變器；3#升壓變1000kVA的發電單元采用3臺300kW組串式逆變器；4#升壓變1250kVA的發電單元采用4臺300kW組串式逆變器，將直流電逆變為三相交流電。14臺300kW逆變器分別接入對應容量的升壓變低壓側，經升壓變升壓至 10kV。4個光伏發電單元1，2，3,4#升壓變，通過2回10kV線纜送入光伏開關站內10kV匯流母線。光伏開關站采用單母接線，通過2回出線與原變電所10kV一段母線；10kV二段母線母排拼接新增間隔，接入電網。
3.1. 一次系統簡介
本工程新增10kV開關站兩座，配電裝置共14面高壓柜，分別為：接入柜2面、并網柜2面、計量柜2面、PT柜2面、光伏進線柜4面、無功補償柜2面、采用單母線接線，并入電網。
圖 新建1#并網點光伏一次圖
圖 新建2#并網點光伏一次圖
3.2. 繼電保護及安全自動裝置配置原則
本光伏電站內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，貫徹執行有關設計技術規程、規定，貫徹執行國家電網公司有關系統繼電保護及安全自動裝置的配置和反事故措施文件精神，盡量利用原有系統繼電保護裝置。
1）線路保護
根據《分布式電源接入系統典型設計》，當本工程光伏電站線路發生短路故障時，要求有線路保護能快速動作，瞬時跳開相應的斷路器（即光伏電站的光伏進線柜斷路器），滿足全線故障快速可靠切除故障的要求。
根據本工程實際，在本工程在光伏站側配置逆功率保護，方向指向升壓變。接入柜配置1套方向過流保護裝置，含方向過流保護，方向指向并網線路。保護裝置具備方向電流速斷、過流保護、過負荷保護、零序電流保護等功能，光伏電站并網線路發生短路故障時，線路保護能快速動作跳開相應斷路器，滿足全線故障時快速可靠切除故障的要求。
2）母線保護
光伏電站采用單母線接線，當母線出線故障時，由母線開關處配置的方向過流保護切除故障，不單獨配置母線保護。
3）防孤島措施
光伏電站內逆變器需具備防孤島保護功能，逆變器的防孤島保護主要有頻率偏移、功率變動、電壓相位跳動等檢測手段，動作時間在100ms～1s。孤島現象保護是逆變器并網保護中很重要、優先級別高的保護，要求光伏系統需要在電網失壓2s以內停止向電網線路送電。
本期光伏電站并網點再配置1套獨立的防孤島保護裝置，保護動作于光伏電站側并網點開關。該套獨立的防孤島保護裝置應包含過電壓及低電壓保護功能、過頻率及低頻率保護等功能，具備快速監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，其防孤島保護應與電網側線路重合閘和安全自動裝置動作時間相配合。
4）頻率電壓緊急控制
本期在光伏電站側配置1套頻率電壓緊急控制裝置，在頻率、電壓超出允許范圍后跳開光伏并網點開關。
圖 繼電保護及安全自動裝置現場實物圖
4.系統結構
本項目光伏電站配置1套安科瑞電氣股份有限公司所提供的Acrel-1000DP分布式光伏電力監控系統具有保護、控制、通信、測量等功能，可實現光伏發電系統、開關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系統。
本項目光伏電站監控系統包括兩部分：站控層和就地層，網絡結構為開放式分層、分布式結構。監控系統通過以太網與就地層相連,就地層按照不同的功能、系統劃分，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。計算機監控系統通過遠動通信裝置通過專網與上海市調度平臺實現遠程通訊。
站控層由計算機網絡連接的監控主機兼操作員站、遠動通信裝置等組成，提供站內運行的人機界面，實現管理控制就地層設備等功能，形成全站監控、管理中心，并具備與遠方控制中心通信的接口。
就地層設備由智能測控單元、網絡系統通訊單元、逆變器數據采集單元、多功能電能表等構成，主要電氣設備包括匯流柜（根據實際設計確定是否需要）、逆變器、箱變、并網開關。它直接采集處理現場的原始數據，通過網絡傳送給站控層監控主站，同時接收站控層發來的控制操作命令，經過有效性判斷、閉鎖檢測、同步檢測等，最后對設備進行操作控制。
圖 監控系統網絡結構圖
4.1. 通信方案
本工程采取EPON方式為電廠與調度之間提供一個光纜數據傳輸通道。
在光伏電站新增ONU設備1套、24芯光配單元1套，建立本工程光伏發電站至上海市調的通信傳輸通道，將光伏電站的非實時電量信息及實時運行信息分別接入主站系統。另現場測試無線信號滿足要求，做為備用通道。
4.2. 調度自動化
4.2.1調度自動化現狀
目前上海市地調D5000系統接收有關發電廠、500kV、220kV變電站以及主要110kV變電站的遠動信息，接收的遠動信息主要來自于變電站計算機監控系統。
4.2.2調度關系及調度管理
本光伏電站所發電量自發自用，余電上網，發電系統性質為公用光伏系統。考慮到光伏電站的特殊性，本光伏電站按上海市市調設計。
4.2.3配置及要求
根據《地區電網調度自動化設計技術規程》、《國家電網公司光伏電站接入電網技術規定》以及國網上電司發展(2019)858號《國網上海市電力公司關于印發光伏發電接入上海配電網技術原則》、《國家電網分布式電源接入系統方案》XGF10-Z-1方案等有關文件進行本工程的系統調度自動化設計。主要設計范圍為有關調度系統接口、光伏電站工程及系統內變電站遠動設備通道要求及附屬設備選擇等。
（1）調度關系
本工程建成后，本工程光伏電站按上海市調管轄進行設計。
（2）電能量計費
測量、計量表計均按電力行業標準DL/T448-2016《電能計量裝置技術管理規程》、江蘇省地方標準DB32/991-2022《電能計量裝置配置規范》、《國家電網公司光伏電站接入電網技術規定》的要求進行配置。
本項目在光伏電站側配置主、副計費電能表各1塊，等級為0.2S級。主表作為光伏電站上下網電量關口計量表，該關口計量表相關數據同步上傳至江蘇電網電能量計量系統。光伏電站出線柜處配置1個等級為0.2S級的參考表，精度要求參考發電關口計量。
電能表采用靜止式多功能電能表，至少應具備雙向有功和四象限無功計量功能、事件記錄功能，配有標準通信接口，具備本地通信和通過電能信息采集終端遠程通信的功能。根據《電能計量裝置配置規范》（DB32/991-2022）要求，本工程電能表精度要求需達到0.2S級，計量用互感器的二次計量繞組應專用，不得接入與電能計量無關的設備，并且要求有關電流互感器、電壓互感器的精度需分別達到0.2S、0.2級。
（3）電能質量監測裝置
根據《國家電網公司光伏電站接入電網技術規定》以及《江蘇省電力公司電能質量管理規定》的要求，本期在光伏電站側裝設滿足IEC61000-4-30-2003《電磁兼容第4-30部分試驗和測量技術一電能質量》標準要求的A類電能質量在線監測裝置1套，監測電能質量參數，包括電壓、頻率、諧波、功率因數等。
（4）光伏電站群控群調系統
根據《電調〔2021〕44號 江蘇電網分布式電源并網調度管理工作規范》第九條的要求：“分布式電源應接受并執行群控群調指令，其遠動信息、電能量計量信息等數據應接入調度自動化系統及配電自動化系統"。本工程光伏電站側按要求配置1套分布式電源采集控制裝置，具備群控群調控制器功能，滿足與上級調度主站、現場逆變裝置之間的群控群調指令上送與下發。
為滿足供電群控群調要求，以箱變為單位配置相應數據采集器，數據采集器采集逆變器數據后通過箱變測控上傳至光伏電站監控系統。控制系統應具有快速響應的能力，以便及時調整系統參數并對外部環境的變化做出響應，響應時間控制在1min以內，響應精度小于1.5%。
5.系統功能
5.1. 實時監測
Acrel-1000DP分布式光伏監控系統人機界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分閘狀態及有關故障、告警等信號。同時可以設計整體界面，供用戶選擇對應配電房對應光伏組件或高壓部分進行查看。
圖 實時監測主界面圖
5.2. 歷史事件
Acrel-2000電力監控系統系統能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和進行歷史追溯、查詢統計、事故分析。可以按時間、類型、等級和設備進行查詢。
圖 報警界面圖
5.3. 電能質量在線監視界面
在電能質量監控圖中，可以直接查看電能質量裝置的運行狀態、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。可以根據這些信息監測現場電能的質量，及時的做出應對方案。
圖 電能質量在線監視界面圖
6. 結語
分布式光伏發電系統依靠清潔、可再生的特點廣泛應用，但發電量呈顯著的非穩定特性，這對電力系統的穩定運行和經濟效益構成了調成，因此分布式光伏項目并網時需要配置繼電保護及安全自動裝置并接受調度主站系統的調控，助力分布式光伏高比例有序并網，強化分布式光伏的統一管控，推動分布式光伏和大電網的協調運行，搭建數據透明、調控便捷、能源互動的新型分布式新能源調度管理體系。
參考文獻
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