摘 要：分布式光伏發(fā)電特指在用戶(hù)場(chǎng)地附近建設，運行方式多為自發(fā)自用，余電上網(wǎng)，部分項目采用全額上網(wǎng)模式。分布式光伏全額上網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是可以充分利用分布式光伏發(fā)電系統的發(fā)電量，提高分布式光伏發(fā)電系統的利用率。發(fā)展分布式光伏發(fā)電對優(yōu)化能源結構、實(shí)現“雙碳目標"、推動(dòng)節能減排、實(shí)現經(jīng)濟可持續發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞：分布式光伏；全額上網(wǎng)；“雙碳目標"

1. 概述

作為全球能源消費大國，我國積極推進(jìn)“雙碳"目標發(fā)展，新能源裝機容量大規模、爆發(fā)式增長(cháng)。[1]傳統電力系統正向高比例新能源電力系統轉變。分布式光伏的大規模接入，會(huì )使配電網(wǎng)面臨電能質(zhì)量下降，供電可靠性安全性不足，調節能力下降的挑戰。[2]

光伏發(fā)電具有顯著(zhù)的能源、環(huán)保和經(jīng)濟效益，是優(yōu)質(zhì)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，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。根據世界自然基金會(huì )研究結果：從減少二氧化碳效果而言，安裝1平米光伏發(fā)電系統相當于植樹(shù)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(wèn)題的有效手段之一。

本次建設規模為5980千瓦分布式光伏發(fā)電，以10KV并入原供電系統。本項目電量結算原則為：全額上網(wǎng)。[3]項目計劃2024年3月底建成投產(chǎn)。該企業(yè)光伏電站至公共連接點(diǎn)所有工程由投資建設；該企業(yè)光伏配電室1個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)處裝設電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置；企業(yè)配電室內的計量表、企業(yè)光伏開(kāi)關(guān)室的1個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)裝設供電公司提供的光伏發(fā)電計量表。

2. 系統結構

分布式光伏監控系統是指：通過(guò)執行規定功能來(lái)實(shí)現某一給定目標的一些相互關(guān)聯(lián)單元的組合，利用計算機技術(shù)、現代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信息處理技術(shù)等實(shí)現對變電站二次設備的功能進(jìn)行重新組合、優(yōu)化設計，對光伏電站全部設備的運行情況執行監視、測量。

系統可分為三層結構：即現場(chǎng)設備層、網(wǎng)絡(luò )通訊層和平臺管理層。

現場(chǎng)設備層：包含AM5SE-K公用測控裝置、APView500電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置、IPC200頻率電壓緊急控制裝置、AM5SSE-IS防孤島保護裝置、計量表等設備，用于采集站內配電柜內電氣運行參數、開(kāi)關(guān)狀態(tài)等數據，在10kV變電所配置直流電源，保障現場(chǎng)設備良好的運行環(huán)境。

網(wǎng)絡(luò )通訊層：包含ANet-2E4SM智能網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)主動(dòng)采集現場(chǎng)設備層設備的數據，并可進(jìn)行規約轉換，數據存儲，采集數據通過(guò)網(wǎng)口上傳至通信室分布式光伏監控系統統平臺；同時(shí)網(wǎng)關(guān)充當遠動(dòng)通信裝置，將現場(chǎng)設備數據采集后通過(guò)交換機經(jīng)縱向加密數據加密后上傳調度網(wǎng)。

平臺管理層：分布式光伏監控系統平臺、國網(wǎng)荊州供電公司調度控制中心平臺。

圖1 監控系統網(wǎng)絡(luò )結構圖

3. 解決方案

本項目園區采用10kV供電，有一處電源接入點(diǎn)。該項目為一般廠(chǎng)房用電，按四級負荷要求供電，10kV采用單母線(xiàn)接線(xiàn)方式。該項目采用“全額上網(wǎng)"模式，利用原有的電源點(diǎn)作為光伏高壓并網(wǎng)點(diǎn)并入電網(wǎng)端，并網(wǎng)點(diǎn)設置集電線(xiàn)路柜，站用變柜，SVG柜，PT柜，計量柜，并網(wǎng)出線(xiàn)柜。新增的光伏系統配置自動(dòng)化系統，實(shí)時(shí)采集并網(wǎng)信息，信息上傳至當地調控中心DMS系統。光伏發(fā)電逆變器電源電壓，經(jīng)室內升壓變升壓至10kV后,通過(guò)高壓電纜接入新增的10kV光伏高壓柜,并入原10kV市電高壓柜。

圖2 光伏電站一次系統圖

3.1. 方案綜述

本次工程為5.98MWp的分布式光伏發(fā)電項目，項目采用“全額上網(wǎng)"模式。根據用戶(hù)配電系統管理需求，需要對10kV開(kāi)關(guān)柜、光伏逆變器、交直流系統等進(jìn)行全方面監控與保護，及時(shí)發(fā)現故障故障，保證配電系統可靠運行。

在光伏配電室配置一套Acrel-1000DP分布式光伏監控系統，通過(guò)通信管理機及網(wǎng)絡(luò )交換機實(shí)時(shí)采集各個(gè)光伏配電間的繼電保護裝置、電能質(zhì)量、安全自動(dòng)裝置、光伏逆變器等二次設備數據，實(shí)現整個(gè)廠(chǎng)區供配電系統的全面電力監控與自動(dòng)化管理。

在各個(gè)配電室配置一套直流電源系統(帶蓄電池)和UPS電源，為整個(gè)光伏電站的斷路器執行機構、二次設備及監控主機等重要設備運行提供穩定可靠的電源。

在每間光伏配電室光伏計量柜配置關(guān)口計量電能表、并網(wǎng)電能表，用于光伏發(fā)電計費補償。

本項目采用有線(xiàn)的方式，通過(guò)光伏縱向加密上傳到荊州供電公司通信機房，并接入配網(wǎng)主站。一面遠動(dòng)通訊屏，遠動(dòng)通訊屏配置數據1臺綜自網(wǎng)關(guān)、1臺交換機、1臺GPS時(shí)鐘、1臺正向隔離裝置，一臺模塊化智能網(wǎng)關(guān)和三個(gè)485拓展模塊。1臺頻率電壓緊急控制裝置。

3.2. 技術(shù)方案

3.2.1. 繼電保護及安全自動(dòng)裝置需求

分布式電源繼電保護和安全自動(dòng)裝置配置符合相關(guān)繼電保護技術(shù)規程、運行規程和反事故措施的規定，裝置定值應與電網(wǎng)繼電保護和安全自動(dòng)裝置配合整定，防止發(fā)生繼電保護和安全自動(dòng)裝置誤動(dòng)、拒動(dòng)，確保人身、設備和電網(wǎng)安全。10kV接入的分布式電源，保護和安全自動(dòng)裝置配置還應滿(mǎn)足《分布式電源涉網(wǎng)保護技術(shù)規范》(Q/GDW11198)的要求。

1.線(xiàn)路保護測控裝置：光伏電站線(xiàn)路發(fā)生短路故障時(shí)，線(xiàn)路保護能快速動(dòng)作，瞬時(shí)跳開(kāi)相應并網(wǎng)點(diǎn)斷路器，滿(mǎn)足全線(xiàn)故障時(shí)快速可靠切除故障的要求。為保障供電可靠性，減少停電范圍，在高壓配電室光伏并網(wǎng)出線(xiàn)柜、高壓配電室1#光伏集電線(xiàn)路柜、高壓配電室2#光伏集電線(xiàn)路柜各配置1套帶方向過(guò)流保護。

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(shí)現欠電壓，過(guò)電壓，零序電壓，不平衡電壓保護，異常緊急控制功能，跳開(kāi)電容器斷路器。

3.頻率電壓緊急控制裝置：實(shí)現變電站低周低壓減載控制,具有測量?jì)啥文妇€(xiàn)或兩條聯(lián)絡(luò )線(xiàn)的電壓、頻率，作為判別依據。

4.公共測控裝置：適用于中壓配電系統的進(jìn)線(xiàn)、大容量主變壓器出線(xiàn)回路，實(shí)現電參量遙測、開(kāi)關(guān)狀態(tài)與告警信號遙信功能。

5.防孤島保護裝置:針對電網(wǎng)失壓后分布式電源可能繼續運行、且向電網(wǎng)線(xiàn)路送電的情況提出。孤島運行一方面危及電網(wǎng)線(xiàn)路維護人員和用戶(hù)的生命安全，干擾電網(wǎng)的正常合閘；另一方面孤島運行電網(wǎng)中的電壓和頻率不受控制，將對配電設備和用戶(hù)設備造成損壞。防孤島裝置應具備線(xiàn)路故障時(shí)，確保電源能及時(shí)斷開(kāi)與電網(wǎng)連接，確保重合閘能正確動(dòng)作。

6.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。

7.光伏電站應支持調度機構開(kāi)展"四遙"(遙測、遙信、遙控、遙調)應用功能。

8.恢復并網(wǎng)：當光伏發(fā)電系統因電網(wǎng)擾動(dòng)脫網(wǎng)后，在電網(wǎng)電壓和頻率恢復到正常運行范圍之前，光伏發(fā)電系統不允許并網(wǎng)；在電網(wǎng)電壓和頻率恢復正常后，通過(guò)10kV電壓等級并網(wǎng)的分布式電源恢復并網(wǎng)應經(jīng)過(guò)電網(wǎng)調度機構的允許。

9.系統繼電保護應使用專(zhuān)用的電流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5P、10P級，電壓互感器準確級宜采用0.5、3P級。

10.光伏電站內需配置直流電源屏(帶蓄電池)和UPS電源，供新配置的保護裝置、測控裝置、電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置等設備使用。

3.2.2. 調度自動(dòng)化需求

光伏電站投運后，由市調調度，并由市級供電公司對運行進(jìn)行管理。因此，需建立光伏電站至市調的調度通信以及遠動(dòng)等信息和數據傳輸通道。

10kV光伏電站本體需配置配電自動(dòng)化終端監控系統，具備與電網(wǎng)調度機構進(jìn)行雙向通信的能力，能夠實(shí)現遠程監測和控制功能，應能接收、執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(dòng)功能，有關(guān)光伏電站本體信息的采集、處理采用監控系統來(lái)完成，具備符合相關(guān)標準通信協(xié)議的遠傳功能。光伏電站配電自動(dòng)化終端監控系統實(shí)時(shí)采集并網(wǎng)運行信息，主要包括主斷路器狀態(tài)、并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)狀態(tài)(具備遙控功能)、并網(wǎng)點(diǎn)電壓和電流、光伏發(fā)電系統有功功率和無(wú)功功率、光伏發(fā)電量、頻率等，上傳至市供電公司配網(wǎng)自動(dòng)化系統主站,當調度端對分布式電源有功功率和無(wú)功電壓有控制要求時(shí)，就地監控系統應能夠接收和執行上級調度主站系統的控制命令。

站內對時(shí)方式：分布式電源10kV接入時(shí)，應能夠實(shí)現對時(shí)功能，可采用北斗對時(shí)方式、GPS對時(shí)方式或網(wǎng)絡(luò )對時(shí)方式。

3.2.3. 電能計量需求

根據Q/GDW10347-2016《電能計量裝置通用設計規范》的規定，本項目需設置關(guān)口計量電能表、并網(wǎng)電能表，用于光伏發(fā)電計費補償。

3.2.4. 電能質(zhì)量在線(xiàn)監測需求

根據Q/GDW10651—2015《電能質(zhì)量評估技術(shù)導則》的相關(guān)要求；通過(guò)10(6)kV～35kV電壓等級并網(wǎng)的變流器類(lèi)型電源應在公共連接點(diǎn)裝設滿(mǎn)足GB/T19862要求的電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置，以滿(mǎn)足接入福建電網(wǎng)電能質(zhì)量監測子站通信機的接入規范，對電壓、頻率、諧 波、功率因數等電能質(zhì)量參數進(jìn)行監測，電能質(zhì)量監測數據應至少保存一年。

光伏電站應滿(mǎn)足《國網(wǎng)湖北電力做好中低壓分布式電源接入系統優(yōu)質(zhì)服務(wù)指導意見(jiàn)》有關(guān)電能質(zhì)量要求的規定，當接入配電網(wǎng)的分布式電源導致公共連接點(diǎn) 電能質(zhì)量不滿(mǎn)足相關(guān)要求時(shí)，運營(yíng)管理方應在規定時(shí)間內采取改善電能質(zhì)量措施，未采取治理措施或采取改善措施后電能質(zhì)量仍無(wú)法滿(mǎn)足要求時(shí)，電網(wǎng)運營(yíng)管理部門(mén)采取斷開(kāi)該分布式電源管控措施，直至電能質(zhì)量滿(mǎn)足要求時(shí)方可重新并網(wǎng)。

通過(guò)10KV電壓等級并網(wǎng)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(xiàn)應滿(mǎn)足現行技術(shù)規范要求。

通過(guò)10(6)kV～35kV電壓等級并網(wǎng)的分布式電源，應在并網(wǎng)運行后6個(gè)月內向市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(zhì)量評估技術(shù)導則》的相關(guān)要求。分布式電源接入電網(wǎng)的檢測點(diǎn)為電源并網(wǎng)點(diǎn)，應由具有相應資質(zhì)的單位或部門(mén)進(jìn)行檢測，并在檢測前將檢測方案報市供電公司調控中心備案。

在新(擴)建諧波源用戶(hù)投運后，市供電公司營(yíng)銷(xiāo)部組織對用戶(hù)諧波進(jìn)行測試。如發(fā)現評估不超標而實(shí)測超標的用戶(hù)，市供電公司營(yíng)銷(xiāo)部應對該用戶(hù)下發(fā)諧波整改通知，及時(shí)落實(shí)用戶(hù)諧波治理措施。

3.3.配置設備清單

3.4. 現場(chǎng)應用圖

圖3 光伏電站屏柜布置圖

圖4 光伏電站監控主機臺布置圖

圖5 安全自動(dòng)裝置屏柜布置圖

4. 系統功能

4.1. 實(shí)時(shí)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(guān)顯示配電線(xiàn)路的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動(dòng)態(tài)監視各配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。同時(shí)可以設計整體界面，供用戶(hù)選擇對應配電房對應光伏組件或高壓部分進(jìn)行查看。

圖6 實(shí)時(shí)監測主界面圖

4.2. 電能質(zhì)量監視

在電能質(zhì)量監控圖中，可以直接查看電流電壓總有效值、電壓波動(dòng)、電壓總畸變、正反向有功電能、有功、無(wú)功功率等電能質(zhì)量信息?？梢愿鶕@些信息監測現場(chǎng)電能的質(zhì)量，及時(shí)的做出應對方案。

圖7 電能質(zhì)量監視界面圖

4.3. 網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

系統支持實(shí)時(shí)監視接入系統的各設備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統網(wǎng)絡(luò )結構；可在線(xiàn)診斷設備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò )異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

圖8站內設備系統網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

4.4. 曲線(xiàn)查詢(xún)

在曲線(xiàn)查詢(xún)界面可以直接查看各電參量曲線(xiàn)，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無(wú)功功率、功率因數等曲線(xiàn)。

圖9曲線(xiàn)查詢(xún)界面圖

4.5. 直流屏光字牌

在曲線(xiàn)查詢(xún)界面可以直接查看各電參量曲線(xiàn)，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無(wú)功功率、功率因數等曲線(xiàn)。

圖10光字牌界面圖

5. 結語(yǔ)

在“雙碳"背景下，隨著(zhù)分布式新能源的廣泛建設，高滲透率分布式光伏接入配電網(wǎng)后勢必產(chǎn)生的電壓?jiǎn)?wèn)題，因此在促進(jìn)分布式光伏并網(wǎng)過(guò)程中需要一套安全可靠的分布式光伏監控系統解決方案，為用戶(hù)、電網(wǎng)助力分布式光伏高比例有序并網(wǎng)，強化分布式光伏的統一管控，推動(dòng)分布式光伏和大電網(wǎng)的協(xié)調運行，搭建數據透明、調控便捷、能源互動(dòng)的新型分布式新能源調度管理體系。