摘 要：人類對地球傳統(tǒng)能源需求的增加給環(huán)境帶來了致命負擔。太陽能的開發(fā)利用為人類開辟了一條兼顧發(fā)展與生態(tài)的新路徑，其中分布式光伏的興起尤為關鍵。作為能源利用方式的革新，分布式光伏通過“就近發(fā)電、就近消納”的靈活模式，不僅有效降低了傳統(tǒng)化石能源的依賴程度，更在推動清潔能源體系構建、促進能源結構轉型中扮演著重要角色，為全球減碳目標的實現(xiàn)注入了新動能。為保證光伏發(fā)電的安全性，需要采用一套既能夠保證發(fā)電的安全性，又能夠保證發(fā)電的質量的優(yōu)質性的保護方案。

關鍵詞：分布式光伏；減碳目標；“就近發(fā)電、就近消納”

1. 概述

在分布式光伏是一種以太陽能光伏發(fā)電為基礎的電力供應方式，與傳統(tǒng)的集中式光伏發(fā)電不同，分布式光伏分布在用戶集中的地區(qū)，是更加靈活、高效的光伏發(fā)電系統(tǒng)。[1]光伏發(fā)電具有顯著的能源、環(huán)保和經濟效益，是最優(yōu)質的綠色能源之一，在我國平均日照條件下安裝1 千瓦光伏發(fā)電系統(tǒng)，1 年可發(fā)出1200 度電，可減少煤炭(標準煤)使用量約400 千克，減少二氧化碳排放約1 噸。根據(jù)世界自然基金會研究結果：從減少二氧化碳效果而言，安裝1平米光伏發(fā)電系統(tǒng)相當于植樹造林100 平米，目前發(fā)展光伏發(fā)電等可再生能源是根本上解決霧霾、酸雨等環(huán)境問題的有效手段之一。

廣西省大塘至浦北高速公路光伏發(fā)電項目（以下簡稱“本項目”）是響應國家“優(yōu)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(fā)電應用示范項目。

本項目位于欽州市大塘至浦北高速公路浦北縣大茅垌路段，利用高速公路沿線邊坡建設分布式光伏發(fā)電站，項目采用“全額上網”模式，利用高速公路沿線斜坡建設分布式光伏發(fā)電項目，總建設規(guī)模約為4.08MWp。通過原有10KV更山支52+1號桿接入電網的接入系統(tǒng)，屬于欽州市供電公司管理范圍。

本期項目采用高效光伏組件，總容量為4.08MW，本項目電量結算原則為：全額上網。項目計劃2025年4月底建成投產。本項目二次設計選用安科瑞Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)解決方案，光伏監(jiān)控平臺在配套操作系統(tǒng)下運行，使得本地保護、監(jiān)控方案更為穩(wěn)定可靠。通過本次分布式光伏的投建與實施，為用戶提供了清潔、可再生的電力能源，有助于減少對傳統(tǒng)能源的依賴，降低碳排放。

本文介紹光伏電站接入系統(tǒng)方案的論證，系統(tǒng)繼電保護及安全自動裝置、系統(tǒng)通信、系統(tǒng)調度自動化方案研究等。

圖1 項目現(xiàn)場圖

2. 解決方案

本項目為屋頂分布式光伏項目，該期項目的容量為4.08MW，項目采用全額上網的消納方式。新增并網點設置光伏出線柜柜，計量柜，PT柜，光伏進線柜。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{控中心DMS系統(tǒng)。光伏發(fā)電逆變器電源電壓為800V，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,通過并網柜并入原有10KV六橋線。項目采用Acrel-1000DP光伏監(jiān)控平臺。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2 項目電站編號圖

3. 技術方案

本項目規(guī)模約為4.08MWp，利用高速公路沿線空地建設光伏發(fā)電系統(tǒng)，關鍵設備光伏組件、逆變器、變壓器等采用國內知名產品。分布式光伏系統(tǒng)所發(fā)電量采用全額上網。本項目光伏發(fā)電系統(tǒng)所輸出的直流電經組串式逆變器轉換成交流電后，就地升壓至10KV，經開關柜通過1回出線接入至一次倉10KV并網柜母線，并網柜傳輸光伏發(fā)電至柱上開關進行并網。本工程規(guī)劃擬建裝機容量為4.896MWp，交流側容量為4.08MW，按照光伏電站使用壽命25年進行計算得到，本項目平均每年發(fā)電容量為559.41KWh，25年總共發(fā)電量為13985.27KWh，計劃投產時間2025年，擬采用“全額上網”模式。

3.1升壓變壓器及高低壓配電設備

本項目配備一臺三相交流1000KVA的干式變壓器、一臺三相交流800KVA的干式變壓器、一臺三相交流500KVA的干式變壓器、一臺三相交流630KVA的干式變壓器、五臺三相交流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，能效等級滿足國家規(guī)范要求。

圖3 新建光伏一次圖

3.2繼電保護及安全自動裝置

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(guī)程》（GB14285－2006）配置。

1）防孤島檢測

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。在本光伏電站并網點裝設防孤島保護裝置，防止產生非計劃性孤島。

2）并網線路繼電保護及安全自動裝

分布式光伏項目線路發(fā)生短路故障時，線路保護應快速動作，瞬時跳開相應并網點斷路器，滿足全線故障快速可靠切除故障的要求。安裝光伏發(fā)電項目的用戶變電站10kV母線應配置故障解列裝置，實現(xiàn)頻率電壓異常緊急控制功能，跳開相應斷路器（專用開關）。

3）電能質量監(jiān)測裝置

根據(jù)Q/GDW10651—2015《電能質量評估技術導則》的相關要求；通過10(6)kV～35kV電壓等級并網的變流器類型電源應在公共連接點裝設滿足GB/T19862要求的A級電能質量在線監(jiān)測裝置，以滿足接入福建電網電能質量監(jiān)測子站通信機的接入規(guī)范，對電壓、頻率、諧 波、功率因數(shù)等電能質量參數(shù)進行監(jiān)測，電能質量監(jiān)測數(shù)據(jù)應至少保存一年。

光伏電站應滿足《國網湖北電力做好中低壓分布式電源接入系統(tǒng)優(yōu)質服務指導意見》有關電能質量要求的規(guī)定，當接入配電網的分布式電源導致公共連接點 電能質量不滿足相關要求時，運營管理方應在規(guī)定時間內采取改善電能質量措施，未采取治理措施或采取改善措施后電能質量仍無法滿足要求時，電網運營管理部門采取斷開該分布式電源管控措施，直至電能質量滿足要求時方可重新并網。

通過10KV電壓等級并網的分布式電源，應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滿足現(xiàn)行技術規(guī)范要求。

通過10(6)kV～35kV電壓等級并網的分布式電源，應在并網運行后6個月內向縣供電公司提供運行特性檢測報告，檢測結果應符合Q/GDW10651—2015《電能質量評估技術導則》的相 關要求。分布式電源接入電網的檢測點為電源并網點，應由具有相應資質的單位或部門進行檢測，并在檢測前將檢測方案報縣供電公司調控中心備案。

在新(擴)建諧波源用戶投運后，縣供電公司營銷部組織對用戶諧波進行測試。如發(fā)現(xiàn)評估不超標而實測超標的用戶，縣供電公司營銷部應對該用戶下發(fā)諧波整改通知，及時落實用戶諧波治理措施。

4）AGC/AVC裝置

根據(jù)南網調度部門的設計要求分布式光伏項目對接入南網需要滿足《光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網技術規(guī)定（GB/T 29319-2024）》。配置AGC/AVC裝置可以實現(xiàn)對逆變器有功功率和無功功率進行調節(jié)，滿足設計所要求的“四可(可觀、可測、可控、可調）”。

5）態(tài)勢感知裝置

根據(jù)《南方電網分布式新能源并網網絡安全防拍方案》（辦總調（2022）7號附件1）分布式新能源場站配置配網安全防護裝置，并實現(xiàn)網絡安全威脅的實時監(jiān)測與審計，上送電力監(jiān)控系統(tǒng)網絡安全態(tài)勢感知系統(tǒng)。配置態(tài)勢感知裝置能夠及時的監(jiān)測出潛在風險，在遭遇風險攻擊時能夠及時發(fā)出告警。

圖4 態(tài)勢感知配置圖

4. 系統(tǒng)結構

本項目光伏電站配置一套綜合自動化系統(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、控制、通信、測量等功能，可實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)、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(tài)信號均接入本監(jiān)控系統(tǒng)。

本項目光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)通過以太網與就地層相連,就地層按照不同的功能、系統(tǒng)劃分，以相對獨立的方式分散在逆變器區(qū)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(jiān)測。計算機監(jiān)控系統(tǒng)通過遠動工作站GPRS公網與欽州市電力公司實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。

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，提供站內運行的人機界面，實現(xiàn)管理控制就地層設備等功能，形成全站監(jiān)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(tǒng)通訊單元、逆變器數(shù)據(jù)采集單元、多功能電能表等構成，主要電氣設備包括逆變器、箱變、并網開關。它直接采集處理現(xiàn)場的原始數(shù)據(jù)，通過網絡傳送給站控層監(jiān)控主站，同時接收站控層發(fā)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。

站控層與就地層之間的通訊網絡采用GPRS無線通訊網絡。

每個光伏發(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、智能計量表計的數(shù)據(jù)，打包后通過無線網絡傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)視。

圖5 監(jiān)控系統(tǒng)網絡結構圖系統(tǒng)功能

4.1. 實時監(jiān)測

Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)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(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分閘狀態(tài)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6 實時監(jiān)測主界面功能圖

4.2. 電能質量監(jiān)視

在電能質量監(jiān)控圖中，可以直接查看電流電壓總有效值、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)視界面圖面功能圖

4.3. 實時曲線監(jiān)測

在實時曲線監(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時顯示數(shù)據(jù)的變化，方便用戶分析數(shù)據(jù)的變化情況，目前實時曲線支持最多四條曲線同時變化顯示。

圖8 實時曲線監(jiān)測功能圖

4.4. 實時報表監(jiān)測

在實時報表監(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)的設備，能查詢各回路或設備實時的運行參數(shù)，報表中顯示的電參量信息應包括：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。遙測量包括實時值（處于不同狀態(tài)時應給以不同顏色區(qū)分）、測點狀態(tài)（越限、置入、通信異常等）、日最值及其發(fā)生時間、日平均值等。遙信量包括實時值（處于不同狀態(tài)時應給以不同顏色區(qū)分）、測點狀態(tài)（置入、通信異常等）、日變位次數(shù)等，報表可以導出和打印。

圖9 實時報表監(jiān)測功能圖

5. 結語

太陽能光伏發(fā)電市場規(guī)模在過去紀念里持續(xù)擴大，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[3]本項目積極響應了國家的號召，大力發(fā)展高速公路陸域光伏建設，在發(fā)展的同時需要符合當?shù)毓╇娋謱﹄娏Π踩囊蟆Ｒ虼朔植际焦夥⒕W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)方案能夠為用戶、電網助力分布式光伏高比例有序并網，強化分布式光伏的統(tǒng)一管控，具有能夠推動分布式光伏和大電網的協(xié)調運行，搭建數(shù)據(jù)透明、調控便捷、能源互動的新型分布式新能源調度管理的體系。

審核編輯 黃宇