Acrel-1000DP光伏监控系统5.98MW分布式光伏10KV并网系统的应用

**摘 联结：**集中式光伏发电则主要指在特定场所周边布置，在用户场地附近实施的发电模式主要包括自发自用与余电上网两种基本形式；其中部分项目可采用全额上网模式以进一步提升资源利用效率。通过全额上网模式能够最大化地利用分布式光伏系统的发电能力；而推广分布式光伏发电不仅有助于优化能源结构并实现双碳目标框架下的可持续发展目标

关键词： 分布式光伏；全额上网；“双碳目标”。

1.概述

在全球占据着巨大的能源消费比重的我国,正积极推动"双碳"目标的战略实施,新能源装机容量呈现出爆发式的快速增长趋势.[1]从传统角度来看,电力系统正朝着高比例新能源电力系统的方向逐步转型.大量分布式光伏电站的接入,将给配电网带来一系列新的挑战:电能质量下降、供电可靠性安全性不足以及调节能力相对降低等问题.

光伏发电不仅具有显著的能源利用效率、环境效益和社会效益，在我国平均日照条件下安装一台1千瓦光伏发电系统每年可产生约1200度电，并能每年减少标准煤消耗量约400千克以及减少二氧化碳排放量约1吨。研究表明：每平方米光伏发电系统所能减少的二氧化碳排放量与同等面积植树造林相当。目前在全球范围内推广光伏发电等可再生能源是从根本上解决雾霾、酸雨等环境问题的重要手段之一。

本次项目总装机容量达5980千瓦分布式光伏发电系统，并已成功接入原供电系统10KV网络。本项目电量结算方式为全额上网[3]。项目计划于2024年3月底实现全部投运。该企业所有的光伏电站至公共连接点的施工工程由其负责投资建设；在光伏配电室内设置了一个A级电能质量在线监测装置；在配电室内安装了计量表，并在光伏开关室内设置了一个供电公司提供的光伏发电计量表。

2.系统结构

分布式光伏监控系统是指由若干个相互关联单元协同作用形成的系统结构,该系统通过计算机技术和现代电子技术等手段,实现了变电站二次设备功能的优化配置以及光伏电站全站设备状态的实时监测与综合管理

系统可分为三层结构：即现场设备层、网络通讯层和平台管理层。

现场设备层包括AM5SE-K型公共测控装置APView50O型电力质量在线监测装置IPC2O型频率电压应急保护装置AM5SSE-I-S型孤岛防护装置以及计量表等多种设备这些设备主要负责采集站内配电柜内的各项电气参数及开关状态数据并在1OkV变电站配备直流电源以确保现场运行环境的安全稳定

在通讯层面配置ANet-2E4SM智能网关节点设备。该节点实时监测并收集场内所有设备运行数据，并对获取的数据进行优化压缩处理后暂存并管理相关数据信息。随后经网络接口传输至监控室内的分布式光伏监控系统平台。同时作为远方自动控制终端完成本地设备运行参数的采集工作，并完成本地设备运行参数收集后经由内部交换机实现纵向方向上的安全加密处理，并发送指令至调度中心用于功率调节指令发布。

platform management: distributed photovoltaic monitoring system platform, State Grid荆州供电公司调度控制系统 platform.

图1 监控系统网络结构图

3.解决方案

本项目园区采用10kV供电，有一处电源接入点。

该项目属于一般工业用电范畴，在电网端设置了光伏入网点，并按照四级负荷标准供电。项目采用全并网模式，在电网端设置了光伏入网点，并在该处配置了集电线路柜、站用变柜、SVG柜、PT柜以及计量柜等设备，并设定了并网出线柜。为了实现智能化管理功能，在项目中配备了自动化监控系统以实时采集并网数据，并通过DMS平台传输至当地调控中心进行处理。光伏发电逆变器输出的电源电压经过室内升压装置提升至10kV后经高压电缆引入新增的10kV光伏高压柜并与原有10kV市电主变箱相连接

图2 光伏电站一次系统图

3.1. 方案综述

本工程旨在建设一个容量为5.98MWp的分布式光伏发电设施，并采用'全额上网'模式实施。基于用户的配电系统管理需求，在10kV开关柜、光伏逆变器以及交直流系统等多个关键环节实施全面监控并采取保护措施，在及时发现各类故障的同时确保系统的稳定运行

在光伏配电室部署Acrel-1000DP分布式光伏监控系统，并通过通信管理机与网络交换机持续监测各个光伏配电间内的继电保护装置、电能质量状况、安全自动装置以及光伏逆变器等二次设备的数据信息。这些实时采集的数据将被整合并用于完成整个厂区供配电系统的电力监控与自动化管理任务。

在各个配电室内配备一套直流供电系统，并配有蓄电池；该系统将确保光伏发电站的所有关键设备获得稳定的 electrical power supply。

安装于每间光伏配电室内的光伏计量柜上配置关口计量电能表及并网电能表

本项目采用光纤方式，在荆州供电公司通信机房部署了一条光伏通道，并实现了与配网主站的连接。一个远方监控屏布置于该系统中。远方监控屏配置数据如下：一台综自网关、一台交换机、一台GPS时钟、一台正向隔离装置；此外还配备了模块化智能网关及三个485扩展模块。配备了一台频率电压应急保护装置。

3.2. 技术方案

3.2.1. 继电保护及安全自动装置需求

分布式电源继电保护和安全自动装置的配置需遵循相关规程的规定，在数值设置上需与电网相关的继电保护和安全自动装置相互配合以实现精确整定，并有效防止误动和拒动情况的发生。当10kV系统中接入分布式电源时，其配置参数需满足《分布式电源涉网保护技术规范》(Q/GDW11198)的要求。

在光伏电站发生短路故障时

2. 电容器保护装置：在高压配电室10kVSVG柜中配置了一套电容器保护装置，在欠电压、过电压、零序电压及不平衡电压等情况下具备相应的保护功能，并能在发生异常情况时实施紧急控制措施以跳开相关断路器。

3. Frequency voltage emergency control device: Capable of implementing low-frequency and low-voltage load reduction control in substations, equipped with the ability to measure voltages and frequencies across two busbars or two connecting lines, serving as the basis for judgment.

4.公共监控设备：主要应用于中压配电线路的进线端及大型容量主变压器的出线回路，在该系统中具备电参数遥测、开关状态及告警信号实时传输的功能

防孤岛保护装置：针对电网失压后分布式电源可能持续运行并送电至电网线路的问题提出的解决方案。孤岛一方面威胁到电力线路维护人员以及用户的生命安全，并干扰正常的送电合闸操作；另一方面，在孤岛上电压水平及频率无法有效调节将会导致配电设备以及用电设备遭受损害。防孤岛保护装置应具备在线路发生故障时，在与电网分离的同时实现正确的重合闸操作

6.光伏电站本体应具备故障和异常工作状态报警和保护的功能。

7.光伏电站应支持调度机构开展"四遥"(遥测、遥信、遥控、遥调)应用功能。

当光伏发电系统因电路波动导致断网时，在电路电压及频率未达到正常水平期间，则该系统不得进行并网；待电路电压及频率恢复正常后，则需经由10kV级别线路的调度机构批准方能实现分布式电源的恢复性并入

对于继电保护装置而言，在系统设计中应选用专用型电流互感器与电压互感器的二次侧线圈；其中电流型电流互感器推荐采用5P及10P等级；而电压型电流互感器则推荐采用0.5及3P等级。

光伏电站内部需配备直流电源屏组（搭配储能电池组）以及不间断电源系统（UPS电源），以支持包括保护装置、测控装置以及电能质量在线监测等在内的各种新配置的设备运行。

3.2.2. 调度自动化需求

光伏电站并网后由市调机构调度，并由市级供电公司负责管理。因此需要搭建光伏电站至市调中心的调度通信网络以及远动系统的数据传输通道。

10千伏光伏电站本体应配备配电自动化终端监控系统，在电网调度机构间建立双向通信能力的基础上具备远程监测及自动控制功能。该系统可接收并执行调度端远方控制解/并列、启停及发电功率指令，并具备群调群控及远方自动（远动）功能。在光伏电站本体信息采集与处理方面相关参数数据均通过监控系统完成收集与分析工作；实时采集并网运行信息包括主断路器状态（具备遥控操作能力）、各母线开关状态（支持远方操作）、母线电压值以及电流值等；此外还有光伏发电系统的有功功率数值、无功功率数值以及发电总量数据；同时还可以获取频率参数等信息数据；这些采集到的数据会被上传至市供电公司配网自动化主站进行综合管理；当调度端对分布式电源运行状态提出有功功率或无功电压控制要求时，在地监控中心即可接收上级调度主站系统的相关命令并将执行结果反馈给上级单位。

站内对时方式：当分布式电源接入10kV系统时，应具备实现同步功能的能力，并支持包括北斗卫星定位系统、全球定位系统以及网络同步的方式。

3.2.3. 电能计量需求

根据Q/GDW10347-2016《电能计量装置通用设计规范》的规定,本项目必须安装关口计量电能表及并网电能表以实现光伏发电的计费补偿

3.2.4. 电能质量在线监测需求

参照《Q/GDW 10651—2015 电能质量评估技术导则》的规定；在公共连接点安装符合GB/T 19862标准的A级在线监测装置以便满足福建电网相关电能质量问题检测系统的接入需求 系统地对电压幅值 频率偏差 谐波含量以及功率因数等关键指标进行持续监测 并确保所收集的数据能够完整记录一年内的所有变化趋势

支付站应当符合《国网湖北电力关于做好中低压分布式电源接入系统优质服务指导意见》中关于电能质量的要求。因接入配电网中的分布式电源可能会影响到公共连接点的电能质量。运营管理方须在规定时间内实施相应改进措施以提升 electric power quality. 如未采取治理 measures or 实施相应 improvement measures 后仍无法达到 standard, 则 grid operation departments 可能在无法解决问题的情况下暂时性地终止对该 distributed power station 的管理手段

基于10kV级联电网配置的分布式电源系统，在发生低、高压侧故障时应当具备快速切换的能力，并且其高低压侧故障切除性能需符合现行相关标准规定

采用10(6)千伏至35千伏电压等级配置的分散式电源系统，在实现电网互联后六个月内需向供电公司提交特性评估报告。该评估结果必须满足GB/T 39874-2022《电力质量和电能质量评估技术导则》的规定。分散式电源接入电网时应设置在电源入线断路器后的配电线路上，并由具备相应资质的专业机构完成检验工作，在检验程序启动前应当向供电公司调控中心提交检验方案审定申请。

建立并投运后的谐波源用户由市供电公司营销部负责组织测试工作。当经评估未超标但实测超标的用户出现时，市供电公司营销部应立即向该用户提供整改通知书，并立即采取治理措施。

3.3. 配置设备清单

表1我司提供方案设备列表

续表1我司提供方案设备列表

3.4. 现场应用图

图3 光伏电站屏柜布置图

图4 光伏电站监控主机台布置图

图5 安全自动装置屏柜布置图

4.系统功能

4.1. 实时监测

Acrel-1000DP分布式光伏监控系统具有友好的人机交互特性，在整体架构下能够直观呈现配电线路运行状态，并通过持续采集并实时更新各配电回路的电压、电流、功率及功率因数等关键参数数据。系统不仅具备动态监控功能，在线实时更新断路器合闸与分闸操作状态信息，并对可能出现的故障状况及时发出告警提示；此外还可以实现整体界面的设计，并支持用户根据需要选择对应的配电房中的光伏组件或高压部分进行详细查看。

图6 实时监测主界面图

4.2. 电能质量监视

在电能质量监控图中使用数字显式显示电流电压总有效值以及各项关键参数如电压波动度量、电压谐波含量等信息。通过分析这些数据能够实现对现场电能质量状况的全面评估并采取相应的改进措施以减少能量损失提高供电可靠性。

图7 电能质量监视界面图

4.3. 网络拓扑图

该系统可实时监控接入系统的各设备通信状态，并能完整地呈现整个系统的网络架构图。它具有在线检测设备通信状态的能力，并且当网络出现异常时，在界面中会自动展示故障设备、元件及其具体故障部位。

图8站内设备系统网络拓扑图

4.4. 曲线查询

在该曲线查询界面中可以直接访问各类电参数曲线，并支持查看三相电流与电压的同时显示有功和无功功率数据，在线追踪实时变化趋势

图9曲线查询界面图

4.5. 直流屏光字牌

在曲线查询界面可直接查看各类电参数曲线数据，并包含有功功率值、无功功率值以及功率因数等详细信息

图10光字牌界面图

5.结语

在实现碳达峰与碳中和的新时代大背景下