摘 要：隨著(zhù)我國新能源市場(chǎng)規模的擴大，光伏發(fā)電、風(fēng)電等可再生能源的大規模并網(wǎng)推動(dòng)了源網(wǎng)側儲能配置需求的增長(cháng)，系統對儲能資源的配置與利用要求也進(jìn)一步提高。本文介紹的能量管理系統、繼電保護、電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置等硬件配套設備，可實(shí)現岷山環(huán)能高科儲能項目中儲能電站數據的采集、處理及上傳調度，并保障電力系統的安全穩定運行。

關(guān)鍵詞：并網(wǎng)；儲能；能量管理系統；繼電保護；電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置

1 概述

岷山環(huán)能高科儲能電站為浙江申光電氣有限公司的儲能項目，該公司聚焦電力行業(yè)節能技術(shù)研發(fā)，涵蓋儲能、光伏、風(fēng)電場(chǎng)相關(guān)裝銷(xiāo)售等新能源領(lǐng)域，同時(shí)從事高壓電器元器件、成套高低壓開(kāi)關(guān)設備及戶(hù)外真空斷路器的研發(fā)、設計、生產(chǎn)及銷(xiāo)售。

本電站位于河南省安陽(yáng)市龍安區岷山環(huán)能高科股份公司北側空地，占地面積約2116平方米，規劃設計至大功率17.25MW，總裝機容量33.5 MWh，采用磷酸鐵鋰電池，儲能單元由儲能電池-儲能變流器-變壓器構成，預計年放電量1386萬(wàn)度。項目共配置10座儲能電池艙、5座升壓一體艙、1座儲能預制艙以及1座10kV電站。根據項目技術(shù)協(xié)議要求、系統拓撲圖結構并借鑒當地類(lèi)似項目調度經(jīng)驗的基礎上，對本項目進(jìn)行評估，制定經(jīng)濟有效的系統解決方案，確保儲能電站的安全可靠運行。

2 項目情況

該儲能項目采用3.45MW/6.7MWh-1500V液冷系統標準儲能單元5套，每個(gè)儲能子系統通過(guò)一臺箱逆變一體機升壓至10kV后匯流，經(jīng)由10kV電纜集電線(xiàn)路接入升壓站10kV配電裝置。項目共有2個(gè)并網(wǎng)柜，2套儲能單元經(jīng)升壓變匯集到10kV預制艙的I段母線(xiàn)上，經(jīng)并網(wǎng)出線(xiàn)柜接入到原有配電室的接入柜；3套儲能單元經(jīng)升壓變匯集到10kV預制艙的II段母線(xiàn)上，經(jīng)并網(wǎng)出線(xiàn)柜接入到原有配電室的接入柜。需配置硬件及計算機監控系統軟件實(shí)現全站數據的安全監護及實(shí)時(shí)監測。儲能電站場(chǎng)區布置1套環(huán)境輔控系統，通過(guò)球機攝像頭、水浸煙感等傳感器，實(shí)現全站安全、防盜功能配置，監測、調節并管理現場(chǎng)環(huán)境參數，保障設備安全運行。

圖1 儲能站電氣主接線(xiàn)圖

圖2 儲能站總平面布置圖

3 技術(shù)方案

本儲能項目的發(fā)電上網(wǎng)模式要求“自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)，因此需配置防逆流保護裝置。原有配電室為10kV的兩進(jìn)線(xiàn)一母聯(lián)的供電系統，要求逆流不允許返送到10kV進(jìn)線(xiàn)處，故需要監測10kV進(jìn)線(xiàn)處是否有逆流產(chǎn)生。由于并網(wǎng)點(diǎn)與10kV公共連接點(diǎn)距離較遠，需配置主從機方案的防逆流保護裝置。并在原有10kV配電室到儲能一次倉之間配置光纖差動(dòng)保護裝置；儲能一次倉并網(wǎng)柜配置安全自動(dòng)裝置屏（防止于二次艙室），含防孤島保護、電能質(zhì)量監測裝置、故障解列裝置、公共測控裝置。儲能一次倉其他回路配置線(xiàn)路保護、站用變保護和光纖差動(dòng)保護。

    儲能監控系統整體架構為站控層、通訊層及設備層，通過(guò)通訊管理機、交換機、光纖收發(fā)器等設備將設備層的信息進(jìn)行采集和處理，處理好的數據上傳至本地的監控系統和遠動(dòng)裝置，遠動(dòng)數據經(jīng)縱向加密通過(guò)無(wú)線(xiàn)路由的方式上傳至河南安陽(yáng)調度部門(mén)。

3.1繼電保護及安全自動(dòng)裝置

本儲能電站內主要電氣設備采用微機保護，以滿(mǎn)足信息上送。元件保護按照《繼電保護和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規程》（GB/T14285-2023）配置。

1）線(xiàn)路保護裝置

在儲能進(jìn)線(xiàn)處配置線(xiàn)路保護裝置，保護功能包括三段可經(jīng)復壓和方向閉鎖的過(guò)流保護，兩段零序過(guò)流保護、過(guò)負荷、低周減載等功能，以便線(xiàn)路發(fā)生故障時(shí)快速切除，避免事故范圍擴大。

2）光纖差動(dòng)保護裝置

針對并網(wǎng)出線(xiàn)柜和儲能接入柜距離較遠的情況，在并網(wǎng)出線(xiàn)柜和儲能接入柜配置光纖差動(dòng)保護裝置，實(shí)現縱聯(lián)電流差動(dòng)保護、復壓閉鎖過(guò)流保護、零序過(guò)流等保護功能，對此處線(xiàn)路進(jìn)行保護。

3）變壓器保護裝置

在儲能預制艙內站用變處配置變壓器保護裝置，實(shí)現過(guò)流保護、零流保護、超溫等非電量保護功能。

4）故障解列裝置

標準中明確要求分布式可再生能源發(fā)電系統并網(wǎng)時(shí)，應配置故障解列裝置，包含過(guò)電壓、低電壓、高頻、低頻等保護功能，確保電網(wǎng)故障時(shí)及時(shí)隔離電源，保障電網(wǎng)安全。

5）公用測控裝置

根據各地調度上傳要求，公共測控裝置主要實(shí)現儲能站內保護裝置的事故總信號、裝置異常信號；電能質(zhì)量監測裝置的異常信號；交直流屏電壓采集、故障信號、異常信號；儲能預制艙內站用變及母線(xiàn)電壓等數據采集。

6）防孤島保護裝置

分布式電源應具備快速監測孤島且立即斷開(kāi)與電網(wǎng)連接的能力，防孤島保護動(dòng)作時(shí)間不大于2s，其防孤島保護應與配電網(wǎng)側線(xiàn)路重合閘和安全自動(dòng)裝置動(dòng)作時(shí)間相配合。在本儲能電站并網(wǎng)點(diǎn)裝設防孤島保護裝置，防止產(chǎn)生非計劃性孤島。

7）電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置

根據GB/T 19964的相關(guān)要求，并網(wǎng)點(diǎn)應裝設滿(mǎn)足《電能質(zhì)量檢測設備通用要求》GB/T 19862標準要求的A類(lèi)電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置，且監測點(diǎn)應放置在并網(wǎng)點(diǎn)。對儲能電站可能引起的諧波、直流分量、電壓波動(dòng)和閃變、三相不平衡度、注入電網(wǎng)直流分量進(jìn)行在線(xiàn)監測，裝置具有通訊接口，具備遠傳電能質(zhì)量數據功能，電能質(zhì)量數據通過(guò)綜合業(yè)務(wù)數據網(wǎng)上傳至電能質(zhì)量檢測主站，以確保儲能發(fā)電系統與電網(wǎng)的穩定運行和電能質(zhì)量的可靠性。

3.2防逆流保護裝置

由于公共連接點(diǎn)和儲能并網(wǎng)點(diǎn)的距離有800米，故需要配置光纖通訊的主從機防逆流保護裝置保護電網(wǎng)的安全。在總配電房2個(gè)10kV總進(jìn)線(xiàn)配置防逆流保護主機裝置，在并網(wǎng)柜放置防逆流保護從機裝置，當市電出現逆功率時(shí)可以通過(guò)主機采集逆功率值，并經(jīng)過(guò)邏輯運算后將逆功率跳閘命令通過(guò)光纖傳輸到從機，用從機跳開(kāi)儲能并網(wǎng)柜開(kāi)關(guān)。

3.3系統調度自動(dòng)化

1）Ⅱ型網(wǎng)絡(luò )安全監測裝置

Ⅱ型網(wǎng)絡(luò )安全監測裝置搭配探針軟件能夠實(shí)時(shí)監測系統中的網(wǎng)絡(luò )流量和數據包，通過(guò)探針軟件的深度分析，識別和記錄潛在的網(wǎng)絡(luò )安全威脅和異常行為，及時(shí)發(fā)出警報并采取相應措施，從而有效防止網(wǎng)絡(luò )攻擊、數據泄露和系統故障，為系統的可靠運行提供堅強的網(wǎng)絡(luò )安全支撐。

2）AGC/AVC設備

本儲能電站具備完整的AGC/AVC控制功能，能夠與調度系統協(xié)同實(shí)現發(fā)電和電壓的綜合控制。有功功率控制系統具備快速調節能力，可準確響應調度指令，參與電力系統的調頻、調峰及備用服務(wù)。無(wú)功電壓控制系統接受調度電壓控制指令，通過(guò)PCS實(shí)現動(dòng)態(tài)無(wú)功功率調節，有效支撐電網(wǎng)電壓穩定。系統采用分層控制架構，既可接受上級調度遠程控制，也可根據本地策略自主調節，確保電網(wǎng)安全穩定運行的同時(shí)提升新能源消納能力。

4 系統結構

為實(shí)時(shí)監視本地儲能電站的運行以及數據采集，該項目配置一套Acrel-2000MG監控系統，采用了分層式架構確保了系統的有效和穩定運行，主要由三個(gè)核心部分組成：站控層、通信層和設備層。

站控層作為系統的管理和控制中心，負責集中監控和管理整個(gè)系統。操作員可以通過(guò)這一層實(shí)時(shí)監測系統狀態(tài)，并進(jìn)行數據分析與處理。

通信層則專(zhuān)注于信息的傳遞和數據的交互，確保了不同設備和系統組件之間的無(wú)縫連接和協(xié)同工作。該層支持多種網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，并能根據不同的應用場(chǎng)景規模和需求靈活調整，從而提升了系統的靈活性和可擴展性^[2]。

設備層由各種硬件設備構成，是系統的基礎執行單元。這些設備不僅實(shí)時(shí)采集現場(chǎng)數據，還能根據上級指令執行控制操作，是實(shí)現自動(dòng)化操作的關(guān)鍵部分。

該儲能電站為全部自用10kV電壓等級接入，根據相關(guān)規定要求，應建立調度關(guān)系。將并網(wǎng)點(diǎn)設備狀態(tài)、并網(wǎng)點(diǎn)電壓和電流、系統有功 功率和無(wú)功功率等數據上傳至配網(wǎng)調度部門(mén)。儲能電站遠動(dòng)裝置與站內計算機監控系統統一考慮，遠動(dòng)裝置按1套配置，并優(yōu)先選用裝置型，具有與調度自動(dòng)化系統交換信息的能力，遠動(dòng)信息滿(mǎn)足“直采直送”。信息傳送方式按需求設置，滿(mǎn)足電網(wǎng) 調度自動(dòng)化系統的有關(guān)要求。儲能電站接入系統后，接入安陽(yáng)調度，采用IEC60870-5-104 遠動(dòng)規約。

圖3 監控系統網(wǎng)絡(luò )拓撲

項目配置設備主要清單如下表所示：

系統可實(shí)現的功能如下：

1）實(shí)時(shí)監測：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)，可以實(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)。

2）電參量查詢(xún)：在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細電參量，包括三相電流、三相電壓、總有功功率、總無(wú)功功率、總功率因數、正向有功電能等。

3）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9 電能質(zhì)量監視界面

4）運行報表： 查詢(xún)各回路或設備時(shí)間的運行參數，報表中顯示電參量信息應包括：各相電流、三相電壓、總功率因數、總有功功率、總無(wú)功功率、正向有功電能等，報表格式有日報表、月報表、年報表等。

5）實(shí)時(shí)告警：能夠對配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀分、合動(dòng)作等遙信變位，保護動(dòng)作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。

6）歷史事件查詢(xún)：能夠對遙信變位，保護動(dòng)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(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統事件和報警信息進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統計、事故分析。

7）故障錄波： 能夠在系統發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)準確地記錄故障前、后過(guò)程的各種電氣量的變化情況，通過(guò)對這些電氣量的分析、比較，對分析處理事故、判斷保護是否正確動(dòng)作、提高電力系統安全運行水平有著(zhù)重要作用。

8）事故追憶：能夠自動(dòng)記錄事故時(shí)刻前后一段時(shí)間的所有實(shí)時(shí)穩態(tài)信息，包括開(kāi)關(guān)位置、 保護動(dòng)作狀態(tài)、遙測量等，形成事故分析的數據基礎。

9）曲線(xiàn)查詢(xún)：能夠查詢(xún)實(shí)時(shí)曲線(xiàn)和歷史曲線(xiàn)，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無(wú)功功率、功率因數等所有遙測量。

10）用戶(hù)權限管理：設置了用戶(hù)權限管理功能，通過(guò)用戶(hù)權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作（如遙控的操作，數據庫修改等）。系統可以定義不同操作權限的權限組（如管理員組、工程師組、操作員組等），在每個(gè)權限組里分配不同用戶(hù)，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

11）網(wǎng)絡(luò )拓撲圖：支持實(shí)時(shí)監視接入系統的各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統網(wǎng)絡(luò )結構；可在線(xiàn)診斷設備通訊狀態(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。

12）通信管理：可以對整個(gè)配電系統范圍內的設備通信情況進(jìn)行管理、控制、數據的實(shí)時(shí)監測。

5 現場(chǎng)安裝圖片

本項目微機保護就地分散安裝在各個(gè)高壓開(kāi)關(guān)柜上，Acrel-2000MG監控系統主機及顯示器布置于操作臺上，如下圖所示，該項目已送電使用，運行正常。

現場(chǎng)圖片

6 結語(yǔ)

本文介紹的系統在分布式儲能發(fā)電項目中起著(zhù)核心作用，通過(guò)實(shí)時(shí)監測、數據采集與分析，實(shí)現對分散的儲能資源的動(dòng)態(tài)整合與管理。該系統與繼電保護裝置、安全自動(dòng)裝置及遠動(dòng)終端等硬件配合，構建多層次的安全防護體系，有效保障電網(wǎng)運行的穩定性與可靠性。作為新型電力系統的關(guān)鍵技術(shù)支撐，該系統不僅顯著(zhù)提升了能源利用效率，更為電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行提供了智能化保障，是推動(dòng)能源數字化轉型的重要基礎設施。

參考文獻

[1] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.6月版

[2] 李斌. 110kV智能化變電站的自動(dòng)化系統架構研究[D]. 山東大學(xué), 2015.

[3] 安科瑞用戶(hù)變電站綜合自動(dòng)化與運維解決方案.2021.11月版