摘 要：在“雙碳”和新型電力系統建設背景下，分布式光伏接入比例不斷提高，對配電網(wǎng)電壓、調度運行及調峰等環(huán)節造成強烈沖擊。本文設計包含平臺層、設備層二層架構體系的分布式光伏管控平臺，以及小容量工商業(yè)分布式光伏本地和遠程通信方案，并研究分布式光伏采集模型的構建、多源數據融合估計、面向分布式光伏的有功、無(wú)功功率優(yōu)化控制等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現了對小容量工商業(yè)分布式光伏的可觀(guān)可測可調可控。

關(guān)鍵詞：分布式光伏；光伏管控平臺；遠程通信

1. 概述

上海華電奉賢平高食品 4408.085kwp 分布式光伏發(fā)電項目（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“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。上海華電奉賢新能源有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“上海華電”）租賃上海平高食品有限公司廠(chǎng)房屋頂建設4408.085kWp屋頂分布式光伏發(fā)電項目，采用“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)”方案。

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

圖1項目現場(chǎng)驗收圖

2. 現有電網(wǎng)情況

本工程位于上海市奉賢區航塘公路 1618 號，屬于上海市電力公司奉賢供電公司管理范圍。目前用戶(hù)配電站為 10kV 電壓用戶(hù)站，站內 4 臺 10kV 變壓器，變壓器容量為（1250+1600）kVA和（1250+1600）kVA。用戶(hù)甲線(xiàn)變壓器通過(guò) 10kV 線(xiàn)路“22 平高食品甲”線(xiàn)接入利口福開(kāi)關(guān)站 10kV 一段母線(xiàn)，再通過(guò)“梁 19 利口福甲”線(xiàn)接入 35kV 梁典站10kV 一段母線(xiàn)。用戶(hù)乙線(xiàn)變壓器通過(guò) 10kV 線(xiàn)路“32 平高食品乙”線(xiàn)接入利口福開(kāi)關(guān)站 10kV 二段母線(xiàn)，再通過(guò)“梁 33 利口福乙”線(xiàn)接入 35kV 梁典站 10kV 三段母線(xiàn)。

本期工程光伏組件容量為 4408.085kWp，根據《國家電網(wǎng)分布式光伏發(fā)電接入系統典型設計》的規定和現場(chǎng)條件，本工程為 2 個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)，光伏組件逆變后接入用戶(hù)光伏站升壓變高壓側母線(xiàn)的高壓配電柜內。用戶(hù)光伏通過(guò) 10kV 線(xiàn)路接入分別接入 35kV梁典站 10kV 一段母線(xiàn)和 35kV 梁典站 10kV 三段母線(xiàn)。

上海華電奉賢平高食品 4408.085kwp 分布式光伏發(fā)電項目接入方案示意圖如下：

圖2分布式光伏發(fā)電項目接入方案示意圖

3. 技術(shù)方案

本項目規模約為 4408.085kWp，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、變壓器等采用國內*名產(chǎn)品。分布式光伏系統所發(fā)電量采用就地消納，自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。本項目分為4個(gè)光伏發(fā)電分系統，光伏發(fā)電系統對應接入2臺1000kVA升壓變壓器和2臺1250kVA升壓變壓器。1#升壓變1000kVA的發(fā)電單元采用3臺300kW組串式逆變器；2#升壓變1250kVA的發(fā)電單元采用4臺300kW組串式逆變器；3#升壓變1000kVA的發(fā)電單元采用3臺300kW組串式逆變器；4#升壓變1250kVA的發(fā)電單元采用4臺300kW組串式逆變器，將直流電逆變?yōu)槿嘟涣麟姟?4臺300kW逆變器分別接入對應容量的升壓變低壓側，經(jīng)升壓變升壓至 10kV。4個(gè)光伏發(fā)電單元1，2，3,4#升壓變，通過(guò)2回10kV線(xiàn)纜送入光伏開(kāi)關(guān)站內10kV匯流母線(xiàn)。光伏開(kāi)關(guān)站采用單母接線(xiàn)，通過(guò)2回出線(xiàn)與原變電所10kV一段母線(xiàn)；10kV二段母線(xiàn)母排拼接新增間隔，接入電網(wǎng)。

3.1. 一次系統簡(jiǎn)介

本工程新增10kV開(kāi)關(guān)站兩座，配電裝置共14面高壓柜，分別為：接入柜2面、并網(wǎng)柜2面、計量柜2面、PT柜2面、光伏進(jìn)線(xiàn)柜4面、無(wú)功補償柜2面、采用單母線(xiàn)接線(xiàn)，并入電網(wǎng)。

圖3新建1#并網(wǎng)點(diǎn)光伏一次圖

圖4新建2#并網(wǎng)點(diǎn)光伏一次圖

3.2. 繼電保護及安全自動(dòng)裝置配置原則

本光伏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》（GB14285－2006）配置，貫徹執行有關(guān)設計技術(shù)規程、規定，貫徹執行國家電網(wǎng)公司有關(guān)系統繼電保護及安全自動(dòng)裝置的配置和反事故措施文件精神，盡量利用原有系統繼電保護裝置。

1）線(xiàn)路保護

根據《分布式電源接入系統典型設計》，當本工程光伏電站線(xiàn)路發(fā)生短路故障時(shí)，要求有線(xiàn)路保護能快速動(dòng)作，瞬時(shí)跳開(kāi)相應的斷路器（即光伏電站的光伏進(jìn)線(xiàn)柜斷路器），滿(mǎn)足全線(xiàn)故障快速可靠切除故障的要求。

根據本工程實(shí)際，在本工程在光伏站側配置逆功率保護，方向指向升壓變。接入柜配置1套方向過(guò)流保護裝置，含方向過(guò)流保護，方向指向并網(wǎng)線(xiàn)路。保護裝置具備方向電流速斷、過(guò)流保護、過(guò)負荷保護、零序電流保護等功能，光伏電站并網(wǎng)線(xiàn)路發(fā)生短路故障時(shí)，線(xiàn)路保護能快速動(dòng)作跳開(kāi)相應斷路器，滿(mǎn)足全線(xiàn)故障時(shí)快速可靠切除故障的要求。

2）母線(xiàn)保護

光伏電站采用單母線(xiàn)接線(xiàn)，當母線(xiàn)出線(xiàn)故障時(shí)，由母線(xiàn)開(kāi)關(guān)處配置的方向過(guò)流保護切除故障，不單獨配置母線(xiàn)保護。

3）防孤島措施

光伏電站內逆變器需具備防孤島保護功能，逆變器的防孤島保護主要有頻率偏移、功率變動(dòng)、電壓相位跳動(dòng)等檢測手段，動(dòng)作時(shí)間在100ms～1s。孤島現象保護是逆變器并網(wǎng)保護中很重要、優(yōu)先級別高的保護，要求光伏系統需要在電網(wǎng)失壓2s以?xún)韧Ｖ瓜螂娋W(wǎng)線(xiàn)路送電。

本期光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)再配置1套獨立的防孤島保護裝置，保護動(dòng)作于光伏電站側并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)。該套獨立的防孤島保護裝置應包含過(guò)電壓及低電壓保護功能、過(guò)頻率及低頻率保護等功能，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。

4）頻率電壓緊急控制

本期在光伏電站側配置1套頻率電壓緊急控制裝置，在頻率、電壓超出允許范圍后跳開(kāi)光伏并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)。

圖5繼電保護及安全自動(dòng)裝置現場(chǎng)實(shí)物圖

4. 系統結構

本項目光伏電站配置1套安科瑞電氣股份有限公司所提供的Acrel-1000DP分布式光伏電力監控系統具有保護、控制、通信、測量等功能，可實(shí)現光伏發(fā)電系統、開(kāi)關(guān)站的全功能綜合自動(dòng)化管理。本項目逆變器、高低壓設備等狀態(tài)信號都要接入本監控系統。

本項目光伏電站監控系統包括兩部分：站控層和就地層，網(wǎng)絡(luò )結構為開(kāi)放式分層、分布式結構。監控系統通過(guò)以太網(wǎng)與就地層相連,就地層按照不同的功能、系統劃分，以相對獨立的方式分散在逆變器區域或箱變中，在站控層及網(wǎng)絡(luò )失效的情況下，就地層仍能獨立完成就地各電氣設備的監測。計算機監控系統通過(guò)遠動(dòng)通信裝置通過(guò)專(zhuān)網(wǎng)與上海市調度平臺實(shí)現遠程通訊。

站控層由計算機網(wǎng)絡(luò )連接的監控主機兼操作員站、遠動(dòng)通信裝置等組成，提供站內運行的人機界面，實(shí)現管理控制就地層設備等功能，形成全站監控、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(wǎng)絡(luò )系統通訊單元、逆變器數據采集單元、多功能電能表等構成，主要電氣設備包括匯流柜（根據實(shí)際設計確定是否需要）、逆變器、箱變、并網(wǎng)開(kāi)關(guān)。它直接采集處理現場(chǎng)的原始數據，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳送給站控層監控主站，同時(shí)接收站控層發(fā)來(lái)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，最后對設備進(jìn)行操作控制。

圖6監控系統網(wǎng)絡(luò )結構圖

4.1. 通信方案

本工程采取EPON方式為電廠(chǎng)與調度之間提供一個(gè)光纜數據傳輸通道。

在光伏電站新增ONU設備1套、24芯光配單元1套，建立本工程光伏發(fā)電站至上海市調的通信傳輸通道，將光伏電站的非實(shí)時(shí)電量信息及實(shí)時(shí)運行信息分別接入主站系統。另現場(chǎng)測試無(wú)線(xiàn)信號滿(mǎn)足要求，做為備用通道。

4.2. 調度自動(dòng)化

4.2.1調度自動(dòng)化現狀

目前上海市地調D5000系統接收有關(guān)發(fā)電廠(chǎng)、500kV、220kV變電站以及主要110kV變電站的遠動(dòng)信息，接收的遠動(dòng)信息主要來(lái)自于變電站計算機監控系統。

4.2.2調度關(guān)系及調度管理

本光伏電站所發(fā)電量自發(fā)自用，余電上網(wǎng)，發(fā)電系統性質(zhì)為公用光伏系統?？紤]到光伏電站的特殊性，本光伏電站按上海市市調設計。

4.2.3配置及要求

根據《地區電網(wǎng)調度自動(dòng)化設計技術(shù)規程》、《國家電網(wǎng)公司光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規定》以及國網(wǎng)上電司發(fā)展(2019)858號《國網(wǎng)上海市電力公司關(guān)于印發(fā)光伏發(fā)電接入上海配電網(wǎng)技術(shù)原則》、《國家電網(wǎng)分布式電源接入系統方案》XGF10-Z-1方案等有關(guān)文件進(jìn)行本工程的系統調度自動(dòng)化設計。主要設計范圍為有關(guān)調度系統接口、光伏電站工程及系統內變電站遠動(dòng)設備通道要求及附屬設備選擇等。

（1）調度關(guān)系

本工程建成后，本工程光伏電站按上海市調管轄進(jìn)行設計。

（2）電能量計費

測量、計量表計均按電力行業(yè)標準DL/T448-2016《電能計量裝置技術(shù)管理規程》、江蘇省地方標準DB32/991-2022《電能計量裝置配置規范》、《國家電網(wǎng)公司光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規定》的要求進(jìn)行配置。

本項目在光伏電站側配置主、副計費電能表各1塊，等級為0.2S級。主表作為光伏電站上下網(wǎng)電量關(guān)口計量表，該關(guān)口計量表相關(guān)數據同步上傳至江蘇電網(wǎng)電能量計量系統。光伏電站出線(xiàn)柜處配置1個(gè)等級為0.2S級的參考表，精度要求參考發(fā)電關(guān)口計量。

電能表采用靜止式多功能電能表，至少應具備雙向有功和四象限無(wú)功計量功能、事件記錄功能，配有標準通信接口，具備本地通信和通過(guò)電能信息采集終端遠程通信的功能。根據《電能計量裝置配置規范》（DB32/991-2022）要求，本工程電能表精度要求需達到0.2S級，計量用互感器的二次計量繞組應專(zhuān)用，不得接入與電能計量無(wú)關(guān)的設備，并且要求有關(guān)電流互感器、電壓互感器的精度需分別達到0.2S、0.2級。

（3）電能質(zhì)量監測裝置

根據《國家電網(wǎng)公司光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規定》以及《江蘇省電力公司電能質(zhì)量管理規定》的要求，本期在光伏電站側裝設滿(mǎn)足IEC61000-4-30-2003《電磁兼容第4-30部分試驗和測量技術(shù)一電能質(zhì)量》標準要求的A類(lèi)電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置1套，監測電能質(zhì)量參數，包括電壓、頻率、諧波、功率因數等。

（4）光伏電站群控群調系統

根據《電調〔2021〕44號 江蘇電網(wǎng)分布式電源并網(wǎng)調度管理工作規范》第九條的要求：“分布式電源應接受并執行群控群調指令，其遠動(dòng)信息、電能量計量信息等數據應接入調度自動(dòng)化系統及配電自動(dòng)化系統”。本工程光伏電站側按要求配置1套分布式電源采集控制裝置，具備群控群調控制器功能，滿(mǎn)足與上級調度主站、現場(chǎng)逆變裝置之間的群控群調指令上送與下發(fā)。

為滿(mǎn)足供電群控群調要求，以箱變?yōu)閱挝慌渲孟鄳獢祿杉?，數據采集器采集逆變器數據后通過(guò)箱變測控上傳至光伏電站監控系統?？刂葡到y應具有快速響應的能力，以便及時(shí)調整系統參數并對外部環(huán)境的變化做出響應，響應時(shí)間控制在1min以?xún)?，響應精度小?.5%。

5. 系統功能

5.1. 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。

5.2. 歷史事件

Acrel-2000電力監控系統系統能夠對遙信變位，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)對系統事件和進(jìn)行歷史追溯、查詢(xún)統計、事故分析?？梢园磿r(shí)間、類(lèi)型、等級和設備進(jìn)行查詢(xún)。

圖7報警界面圖

5.3. 電能質(zhì)量在線(xiàn)監視界面

在電能質(zhì)量監控圖中，可以直接查看電能質(zhì)量裝置的運行狀態(tài)、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8電能質(zhì)量在線(xiàn)監視界面圖

6. 結語(yǔ)

分布式光伏發(fā)電系統依靠清潔、可再生的特點(diǎn)廣泛應用，但發(fā)電量呈顯著(zhù)的非穩定特性，這對電力系統的穩定運行和經(jīng)濟效益構成了調成，因此分布式光伏項目并網(wǎng)時(shí)需要配置繼電保護及安全自動(dòng)裝置并接受調度主站系統的調控，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。

參考文獻

[1] 譚大帥,戴彬.分布式光伏管控平臺的設計與實(shí)現[J].電氣技術(shù).24(2), 41-51.

[2] 楊麗娜.分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)對配電網(wǎng)的影響[J].科技資訊,2024,22(11)

[3] 王文靜.我國分布式光伏發(fā)電的現狀與展望[J].中國科學(xué)院院刊,31(2), 165-172.