1.概述
作為全球能源消費(fèi)大國,我國積極推進(jìn)“雙碳"目標(biāo)發(fā)展,新能源裝機(jī)容量大規(guī)模、爆發(fā)式增長。[1]傳統(tǒng)電力系統(tǒng)正向高比例新能源電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。分布式光伏的大規(guī)模接入,會使配電網(wǎng)面臨電能質(zhì)量下降,供電可靠性安全性不足,調(diào)節(jié)能力下降的挑戰(zhàn)。[2]
光伏發(fā)電具有顯著的能源、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益,,在我國平均日照條件下安裝1千瓦光伏發(fā)電系統(tǒng),1年可發(fā)出1200度電,可減少煤炭(標(biāo)準(zhǔn)煤)使用量約400千克,減少二氧化碳排放約1噸。根據(jù)世界自然基金會研究結(jié)果:從減少二氧化碳效果而言,安裝1平米光伏發(fā)電系統(tǒng)相當(dāng)于植樹造林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)境問題的有效手段之一。
本次建設(shè)規(guī)模為5980千瓦分布式光伏發(fā)電,以10KV并入原供電系統(tǒng)。本項目電量結(jié)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(shè);該企業(yè)光伏配電室1個并網(wǎng)點(diǎn)處裝設(shè)A*電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置;企業(yè)配電室內(nèi)的計量表、企業(yè)光伏開關(guān)室的1個并網(wǎng)點(diǎn)裝設(shè)供電公司提供的光伏發(fā)電計量表。
2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)是指:通過執(zhí)行規(guī)定功能來實現(xiàn)某一給定目標(biāo)的一些相互關(guān)聯(lián)單元的組合,利用計算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信息處理技術(shù)等實現(xiàn)對變電站二次設(shè)備的功能進(jìn)行重新組合、優(yōu)化設(shè)計,對光伏電站全部設(shè)備的運(yùn)行情況執(zhí)行監(jiān)視、測量。
系統(tǒng)可分為三層結(jié)構(gòu):即現(xiàn)場設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和平臺管理層。
現(xiàn)場設(shè)備層:包含AM5SE-K公用測控裝置、APView500電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、IPC200頻率電壓緊急控制裝置、AM5SSE-IS防孤島保護(hù)裝置、計量表等設(shè)備,用于采集站內(nèi)配電柜內(nèi)電氣運(yùn)行參數(shù)、開關(guān)狀態(tài)等數(shù)據(jù),在10kV變電所配置直流電源,保障現(xiàn)場設(shè)備良好的運(yùn)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)主動采集現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù),并可進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換,數(shù)據(jù)存儲,采集數(shù)據(jù)通過網(wǎng)口上傳至通信室分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)平臺;同時網(wǎng)關(guān)充當(dāng)遠(yuǎn)動通信裝置,將現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)采集后通過交換機(jī)經(jīng)縱向加密數(shù)據(jù)加密后上傳調(diào)度網(wǎng)。
平臺管理層:分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)平臺、國網(wǎng)荊州供電公司調(diào)度控制中心平臺。
圖1 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
3.解決方案
本項目園區(qū)采用10kV供電,有一處電源接入點(diǎn)。
該項目為一般廠房用電,按四級負(fù)荷要求供電,10kV采用單母線接線方式。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(shè)置集電線路柜,站用變柜,SVG柜,PT柜,計量柜,并網(wǎng)出線柜。新增的光伏系統(tǒng)配置自動化系統(tǒng),實時采集并網(wǎng)信息,信息上傳至當(dāng)?shù)卣{(diào)控中心DMS系統(tǒng)。光伏發(fā)電逆變器電源電壓,經(jīng)室內(nèi)升壓變升壓至10kV后,通過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(tǒng)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(jù)用戶配電系統(tǒng)管理需求,需要對10kV開關(guān)柜、光伏逆變器、交直流系統(tǒng)等進(jìn)行全方面監(jiān)控與保護(hù),及時發(fā)現(xiàn)故障故障,保證配電系統(tǒng)可靠運(yùn)行。
在光伏配電室配置一套Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng),通過通信管理機(jī)及網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)實時采集各個光伏配電間的繼電保護(hù)裝置、電能質(zhì)量、安全自動裝置、光伏逆變器等二次設(shè)備數(shù)據(jù),實現(xiàn)整個廠區(qū)供配電系統(tǒng)的全面電力監(jiān)控與自動化管理。
在各個配電室配置一套直流電源系統(tǒng)(帶蓄電池)和UPS電源,為整個光伏電站的斷路器執(zhí)行機(jī)構(gòu)、二次設(shè)備及監(jiān)控主機(jī)等重要設(shè)備運(yùn)行提供穩(wěn)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(fèi)補(bǔ)償。
本項目采用有線的方式,通過光伏縱向加密上傳到荊州供電公司通信機(jī)房,并接入配網(wǎng)主站。一面遠(yuǎn)動通訊屏,遠(yuǎn)動通訊屏配置數(shù)據(jù)1臺綜自網(wǎng)關(guān)、1臺交換機(jī)、1臺GPS時鐘、1臺正向隔離裝置,一臺模塊化智能網(wǎng)關(guān)和三個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(hù)及安全自動裝置需求
分布式電源繼電保護(hù)和安全自動裝置配置符合相關(guān)繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)程、運(yùn)行規(guī)程和反事故措施的規(guī)定,裝置定值應(yīng)與電網(wǎng)繼電保護(hù)和安全自動裝置配合整定,防止發(fā)生繼電保護(hù)和安全自動裝置誤動、拒動,確保人身、設(shè)備和電網(wǎng)安全。10kV接入的分布式電源,保護(hù)和安全自動裝置配置還應(yīng)滿足《分布式電源涉網(wǎng)保護(hù)技術(shù)規(guī)范》(Q/GDW11198)的要求。
1.線路保護(hù)測控裝置:光伏電站線路發(fā)生短路故障時,線路保護(hù)能快速動作,瞬時跳開相應(yīng)并網(wǎng)點(diǎn)斷路器,滿足全線故障時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)出線柜、高壓配電室1#光伏集電線路柜、高壓配電室2#光伏集電線路柜各配置1套帶方向過流保護(hù)。
2.電容器保護(hù)裝置:在高壓配電室10kVSVG柜,裝設(shè)1套電容器保護(hù)裝置,實現(xiàn)欠電壓,過電壓,零序電壓,不平衡電壓保護(hù),異常緊急控制功能,跳開電容器斷路器。
3.頻率電壓緊急控制裝置:實現(xiàn)變電站低周低壓減載控制,具有測量兩段母線或兩條聯(lián)絡(luò)線的電壓、頻率,作為判別依據(jù)。
4.公共測控裝置:適用于中壓配電系統(tǒng)的進(jìn)線、大容量主變壓器出線回路,實現(xiàn)電參量遙測、開關(guān)狀態(tài)與告警信號遙信功能。
5.防孤島保護(hù)裝置:針對電網(wǎng)失壓后分布式電源可能繼續(xù)運(yùn)行、且向電網(wǎng)線路送電的情況提出。孤島運(yùn)行一方面危及電網(wǎng)線路維護(hù)人員和用戶的生命安全,干擾電網(wǎng)的正常合閘;另一方面孤島運(yùn)行電網(wǎng)中的電壓和頻率不受控制,將對配電設(shè)備和用戶設(shè)備造成損壞。防孤島裝置應(yīng)具備線路故障時,確保電源能及時斷開與電網(wǎng)連接,確保重合閘能正確動作。
6.光伏電站本體應(yīng)具備故障和異常工作狀態(tài)報警和保護(hù)的功能。
7.光伏電站應(yīng)支持調(diào)度機(jī)構(gòu)開展"四遙"(遙測、遙信、遙控、遙調(diào))應(yīng)用功能。
8.恢復(fù)并網(wǎng):當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)因電網(wǎng)擾動脫網(wǎng)后,在電網(wǎng)電壓和頻率恢復(fù)到正常運(yùn)行范圍之前,光伏發(fā)電系統(tǒng)不允許并網(wǎng);在電網(wǎng)電壓和頻率恢復(fù)正常后,通過10kV電壓等級并網(wǎng)的分布式電源恢復(fù)并網(wǎng)應(yīng)經(jīng)過電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)的允許。
9.系統(tǒng)繼電保護(hù)應(yīng)使用專用的電流互感器和電壓互感器的二次繞組,電流互感器準(zhǔn)確級宜采用5P、10P級,電壓互感器準(zhǔn)確級宜采用0.5、3P級。
10.光伏電站內(nèi)需配置直流電源屏(帶蓄電池)和UPS電源,供新配置的保護(hù)裝置、測控裝置、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置等設(shè)備使用。
3.2.2. 調(diào)度自動化需求
光伏電站投運(yùn)后,由市調(diào)調(diào)度,并由市級供電公司對運(yùn)行進(jìn)行管理。因此,需建立光伏電站至市調(diào)的調(diào)度通信以及遠(yuǎn)動等信息和數(shù)據(jù)傳輸通道。
10kV光伏電站本體需配置配電自動化終端監(jiān)控系統(tǒng),具備與電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)進(jìn)行雙向通信的能力,能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制功能,應(yīng)能接收、執(zhí)行調(diào)度端遠(yuǎn)方控制解/并列、啟停和發(fā)電功率的指令,具備群調(diào)群控及遠(yuǎn)動功能,有關(guān)光伏電站本體信息的采集、處理采用監(jiān)控系統(tǒng)來完成,具備符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議的遠(yuǎn)傳功能。光伏電站配電自動化終端監(jiān)控系統(tǒng)實時采集并網(wǎng)運(yùn)行信息,主要包括主斷路器狀態(tài)、并網(wǎng)點(diǎn)開關(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(tǒng)有功功率和無功功率、光伏發(fā)電量、頻率等,上傳至市供電公司配網(wǎng)自動化系統(tǒng)主站,當(dāng)調(diào)度端對分布式電源有功功率和無功電壓有控制要求時,就地監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能夠接收和執(zhí)行上級調(diào)度主站系統(tǒng)的控制命令。
站內(nèi)對時方式:分布式電源10kV接入時,應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對時功能,可采用北斗對時方式、GPS對時方式或網(wǎng)絡(luò)對時方式。
3.2.3. 電能計量需求
根據(jù)Q/GDW10347-2016《電能計量裝置通用設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定,本項目需設(shè)置關(guān)口計量電能表、并網(wǎng)電能表,用于光伏發(fā)電計費(fèi)補(bǔ)償。
3.2.4. 電能質(zhì)量在線監(jiān)測需求
根據(jù)Q/GDW10651—2015《電能質(zhì)量評估技術(shù)導(dǎo)則》的相關(guān)要求;通過10(6)kV~35kV電壓等級并網(wǎng)的變流器類型電源應(yīng)在公共連接點(diǎn)裝設(shè)滿足GB/T19862要求的A*電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置,以滿足接入福建電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測子站通信機(jī)的接入規(guī)范,對電壓、頻率、諧 波、功率因數(shù)等電能質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測,電能質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)至少保存一年。
光伏電站應(yīng)滿足《國網(wǎng)湖北電力做好中低壓分布式電源接入系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)服務(wù)指導(dǎo)意見》有關(guān)電能質(zhì)量要求的規(guī)定,當(dāng)接入配電網(wǎng)的分布式電源導(dǎo)致公共連接點(diǎn) 電能質(zhì)量不滿足相關(guān)要求時,運(yùn)營管理方應(yīng)在規(guī)定時間內(nèi)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)量仍無法滿足要求時,電網(wǎng)運(yùn)營管理部門采取斷開該分布式電源管控措施,直至電能質(zhì)量滿足要求時方可重新并網(wǎng)。
通過10KV電壓等級并網(wǎng)的分布式電源,應(yīng)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應(yīng)滿足現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范要求。
通過10(6)kV~35kV電壓等級并網(wǎng)的分布式電源,應(yīng)在并網(wǎng)運(yùn)行后6個月內(nèi)向市供電公司提供運(yùn)行特性檢測報告,檢測結(jié)果應(yīng)符合Q/GDW10651—2015《電能質(zhì)量評估技術(shù)導(dǎo)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(yīng)由具有相應(yīng)資質(zhì)的單位或部門進(jìn)行檢測,并在檢測前將檢測方案報市供電公司調(diào)控中心備案。
在新(擴(kuò))建諧波源用戶投運(yùn)后,市供電公司營銷部組織對用戶諧波進(jìn)行測試。如發(fā)現(xiàn)評估不超標(biāo)而實測超標(biāo)的用戶,市供電公司營銷部應(yīng)對該用戶下發(fā)諧波整改通知,及時落實用戶諧波治理措施。
3.3. 配置設(shè)備清單
表1我司提供方案設(shè)備列表
設(shè)備名稱 | 型號 | 數(shù)量 | 功能 |
本地監(jiān)控臺(1臺) | Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控主機(jī) | 1 | 集中采集、監(jiān)視、管理站內(nèi)二次設(shè)備、逆變器數(shù)據(jù)與運(yùn)行狀態(tài) |
續(xù)表1我司提供方案設(shè)備列表
設(shè)備名稱 | 型號 | 數(shù)量 | 功能 |
安全自動裝置屏(1面) | AM5SE-K公用測控裝置 | 2 | 實現(xiàn)電參量遙測、開關(guān)狀態(tài)與告警信號遙信功能 |
APView500電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置 | 1 | 采集監(jiān)測諧波分析、電壓暫升/暫降/中斷、閃變監(jiān)測、電壓不平衡度、事件記錄、測量控制 | |
IPC200頻率電壓緊急控制裝置 | 1 | 實現(xiàn)變電站低周低壓減載控制 | |
遠(yuǎn)動通訊屏 | ANet-2E4SM模塊化智能網(wǎng)關(guān) | 1 | 負(fù)責(zé)本地數(shù)據(jù)的采集 |
網(wǎng)絡(luò)交換機(jī) | 1 | 遠(yuǎn)動裝置與數(shù)據(jù)上傳調(diào)度通信組網(wǎng) | |
IPX603遠(yuǎn)動裝置 | 1 | 負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的上傳,調(diào)度 | |
工業(yè)級機(jī)架式二層以太網(wǎng)交換機(jī) | 1 | 本地組網(wǎng)本地數(shù)據(jù)采集 | |
GPS時鐘 | 1 | 按照用戶輸出符合規(guī)約的信息格式,完成同步授時服務(wù) | |
一體化電源配置 | UPS柜 |
| 供UPS不間斷電源 |
交流柜 |
| 為裝置提供交流電源 | |
微機(jī)保護(hù) | 電容器保護(hù)裝置 |
| 具有兩段式定時限過流保護(hù),反時限保護(hù),欠電壓保護(hù),過電壓保護(hù)等功能對電容器進(jìn)行保護(hù) |
線路保護(hù)測控裝置 |
| 具有三段式過流保護(hù),重合閘,過負(fù)荷告警、跳閘,過電壓告警、跳閘等功能對線路進(jìn)行保護(hù) |
3.4. 現(xiàn)場應(yīng)用圖
圖3 光伏電站屏柜布置圖
圖4 光伏電站監(jiān)控主機(jī)臺布置圖
圖5 安全自動裝置屏柜布置圖
4.系統(tǒng)功能
4.1. 實時監(jiān)測
Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面友好,能夠以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài),實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息,動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。同時可以設(shè)計整體界面,供用戶選擇對應(yīng)配電房對應(yīng)光伏組件或高壓部分進(jìn)行查看。
圖6 實時監(jiān)測主界面圖
4.2. 電能質(zhì)量監(jiān)視
在電能質(zhì)量監(jiān)控圖中,可以直接查看電流電壓總有效值、電壓波動、電壓總畸變、正反向有功電能、有功、無功功率等電能質(zhì)量信息。可以根據(jù)這些信息監(jiān)測現(xiàn)場電能的質(zhì)量,及時的做出應(yīng)對方案。
圖7 電能質(zhì)量監(jiān)視界面圖
4.3. 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài),能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);可在線診斷設(shè)備通信狀態(tài),發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時能自動在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。
圖8站內(nèi)設(shè)備系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
4.4. 曲線查詢
在曲線查詢界面可以直接查看各電參量曲線,包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等曲線。
圖9曲線查詢界面圖
4.5. 直流屏光字牌
在曲線查詢界面可以直接查看各電參量曲線,包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等曲線。
圖10光字牌界面圖
5.結(jié)語
在“雙碳"背景下,隨著分布式新能源的廣泛建設(shè),高滲透率分布式光伏接入配電網(wǎng)后勢必產(chǎn)生的電壓問題,因此在促進(jìn)分布式光伏并網(wǎng)過程中需要一套安全可靠的分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)解決方案,為用戶、電網(wǎng)助力分布式光伏高比例有序并網(wǎng),強(qiáng)化分布式光伏的統(tǒng)一管控,推動分布式光伏和大電網(wǎng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行,搭建數(shù)據(jù)透明、調(diào)控便捷、能源互動的新型分布式新能源調(diào)度管理體系。
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