為了“雙碳"目標的實(shí)現，可再生能源的開(kāi)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(lái)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(lái)得到廣泛應用，呈現出跨越式發(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(shí)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(jìn)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(jiǎn)稱(chēng)“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(chǎng)房?jì)?，利用現有廠(chǎng)房屋頂建設分布式光伏發(fā)電項目，總建設規模約712.8kWp。本項目投資方為上海寶鋼環(huán)?？萍疾块T(mén)

介紹了光伏電站接入系統方案、系統繼電保護及安全自動(dòng)化裝置、系統通信、系統調度自動(dòng)化方案等的論證。

現場(chǎng)技術(shù)闡述

現有客戶(hù)配電電站為10kV客戶(hù)變壓器，全站10kV變壓器3臺，變壓器容量為1600+1250+1250。用戶(hù)變壓器經(jīng)10kV“31-4安賽洛"線(xiàn)路接至10kV本特開(kāi)關(guān)站第二段母線(xiàn)，再接至110kV百安10kV四段母線(xiàn)。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(guān)設備安裝在一期屋面低跨區域，與已安裝一期光伏設備的高跨屋面相鄰。一、二生產(chǎn)線(xiàn)屋面(低跨)為彩鋼瓦結構，屋面板為角Chi型III型結構。整個(gè)屋頂跨度55米，長(cháng)189米，總面積約1萬(wàn)平方米。除照明和排風(fēng)通風(fēng)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(chǎng)房東側相鄰電氣室外綠化帶內，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(kāi)關(guān)柜。然后通過(guò)回出線(xiàn)與位于一期電氣室的廠(chǎng)區10KV母線(xiàn)連接。高壓并網(wǎng)線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)柜安裝在母線(xiàn)上，實(shí)現并網(wǎng)。設備位置示意圖見(jiàn)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(shù)方案

規模約712.8kWp，利用廠(chǎng)房屋頂建設光伏發(fā)電系統，關(guān)鍵設備光伏組件、逆變器、變壓器等國內Z名產(chǎn)品。分布式光伏系統產(chǎn)生的電能就地吸收，自行發(fā)電，剩余電量在線(xiàn)。本項目光伏發(fā)電系統輸出的直流電經(jīng)串聯(lián)逆變器轉換為交流電，現場(chǎng)升壓至10KV。開(kāi)關(guān)柜接10KV進(jìn)線(xiàn)母線(xiàn)，廠(chǎng)負荷接電網(wǎng)。結合用戶(hù)供廠(chǎng)變壓器容量(4100KVA)和一期光伏并網(wǎng)系統總數(1200kW)分析，光伏并網(wǎng)容量不超過(guò)廠(chǎng)可變容量的80%，再根據屋頂勘測考慮，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(xiàn)或低壓機柜輸出線(xiàn)上。交流母線(xiàn)負載開(kāi)關(guān)具有通斷保護功能。變壓器側輸出接10KV進(jìn)回線(xiàn)，設開(kāi)關(guān)柜、PT柜、計量柜。開(kāi)關(guān)柜輸出后，通過(guò)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(chǎng)的10KV母線(xiàn)拼接，由母線(xiàn)連接。具體的接入方式以實(shí)際設計為準。

4.2繼電保護及安全自動(dòng)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，以滿(mǎn)足信息傳輸的需求。

1）并網(wǎng)線(xiàn)路繼電保護及安全自動(dòng)裝置

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

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(kāi)與電網(wǎng)連接的能力。防孤島方案需與繼電保護、安全自動(dòng)裝置和低電壓檢測系統等配合，并確保時(shí)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(guò)熱保護、過(guò)載保護和接地保護等功能。同時(shí)，高壓開(kāi)關(guān)柜上應安裝測控保護裝置，其中包括過(guò)電流保護和零序過(guò)電流保護。所有信息將通過(guò)通訊方式上傳至光伏本地監控系統。

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

系統結構

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

該光伏電站監控系統分為站控層和就地層，采用開(kāi)放式分層、分布式結構。通過(guò)以太網(wǎng)與就地層相連，就地層根據不同功能和系統分布在逆變器區域或箱變中。即使站控層或網(wǎng)絡(luò )失效，就地層仍能獨立監測就地各電氣設備的運行。計算機監控系統通過(guò)專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )與上海市電力公司進(jìn)行數據通信。

站控層由計算機網(wǎng)絡(luò )連接的服務(wù)器、操作員站和遠動(dòng)站組成，提供站內運行的人機界面，實(shí)現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、數據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(zhì)量在線(xiàn)監測裝置、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場(chǎng)電氣數據，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳送給站控層監控主站，同時(shí)接收來(lái)自站控層的控制操作命令，經(jīng)過(guò)有效性判斷、閉鎖檢測、同步檢測等步驟，最終對設備進(jìn)行操作控制。每個(gè)光伏發(fā)電單元配備數據采集裝置，用于采集光伏組件數據、逆變器參數、保護測控裝置數據和智能計量表數據，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )傳輸給監控系統進(jìn)行監視。

系統功能

光伏發(fā)電效率監測

現場(chǎng)測控單元和數據采集器采集相關(guān)信息，并進(jìn)行各種預處理，包括數據合理性校驗，實(shí)時(shí)更新數據庫。這些信息包括模擬量（如電流、電壓、功率等）和數字量（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分布式光伏電力監控系統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(dòng)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。系統會(huì )通過(guò)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(hù)，同時(shí)將報警信息發(fā)送至遠方控制中心。報警可手動(dòng)或自動(dòng)確認處理。

人機界面

監控系統允許通過(guò)顯示器監視主要電氣設備的運行參數和狀態(tài)，支持雙屏顯示和無(wú)級縮放操作，具有網(wǎng)絡(luò )拓撲分析功能，可動(dòng)態(tài)顯示設備狀態(tài)。主要顯示內容包括設備運行狀態(tài)、各電氣參數實(shí)時(shí)值、環(huán)境數據、發(fā)電量監視、保護信息、控制操作記錄等信息。

結語(yǔ)

分布式光伏發(fā)電系統因其清潔可再生特性而被廣泛應用，然而其發(fā)電量的非穩定性給電力系統的穩定運行和經(jīng)濟效益帶來(lái)挑戰。因此，在分布式光伏項目并網(wǎng)時(shí)，需要接受調度主站系統的調控，以協(xié)助用戶(hù)和電網(wǎng)實(shí)現分布式光伏的有序并網(wǎng)，加強統一管控，促進(jìn)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度管理體系，實(shí)現數據透明、便捷調控和能源互動(dòng)。