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分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)在上海寶鋼光伏發(fā)電項(xiàng)目中的應(yīng)用與研究
更新時(shí)間:2024-10-29   點(diǎn)擊次數(shù):104次


1.                      概述

上海寶鋼阿賽洛激光拼焊有限公司屋頂光伏發(fā)電項(xiàng)目(二期)(以下簡(jiǎn)本項(xiàng)")是響應(yīng)國(guó)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu),提供更加清潔、可靠的能"的號(hào)召,投資建設(shè)的分布式光伏發(fā)電應(yīng)用示范項(xiàng)目。

本項(xiàng)目位于上海寶鋼阿賽洛激光拼焊有限公司廠區(qū)內(nèi),利用現(xiàn)有廠房屋頂建設(shè)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目,總建設(shè)規(guī)模約712.8kWp。本項(xiàng)目投資方為上海寶鋼節(jié)能環(huán)保技術(shù)有限公司,光伏發(fā)電組件位于上海市嘉定區(qū)安亭鎮(zhèn)百安公1369號(hào),通過(guò)用戶配電站接入公共電網(wǎng),屬于上海市電力公司嘉定供電公司管理范圍

文介紹光伏電站接入系統(tǒng)方案的論證,系統(tǒng)繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置、系統(tǒng)通信、系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化方案研究等。

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 項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收?qǐng)D

2.                      現(xiàn)有電網(wǎng)情況

現(xiàn)有用戶配電站10kV用戶變,站內(nèi)3臺(tái)10kV變壓器,變壓器容量1250+1250+1600kVA。用戶變壓器通過(guò)10kV314阿賽"線接10kV本特開(kāi)關(guān)站二段母線,再接110kV10kV四段母線?,F(xiàn)已投運(yùn)光1200kWp。

現(xiàn)有供電示意圖如下:

img2 

 用戶配電站現(xiàn)供電示意圖

3.                      新增分布式光伏設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目光伏組件、支架及相關(guān)設(shè)備等安裝在一二期屋面的低跨區(qū)域,鄰接已安裝一期光伏設(shè)備的高跨屋面。一二期產(chǎn)線屋面(低跨)為彩鋼瓦結(jié)構(gòu),屋面板為角型結(jié)構(gòu)。整個(gè)屋面跨度55米,長(zhǎng)189米,總面積10000平方米。除去采光帶及排氣通風(fēng)等設(shè)施,屋面可利用率75%,而光伏設(shè)備的占用面積5000平方米。

寶鋼阿賽洛一二期廠房屋面原設(shè)計(jì)恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值0.3kN/m2,在本光伏項(xiàng)目中,安裝光伏組件和光伏支架增加恒荷0.13 kN/m2,經(jīng)計(jì)算,屋面檁條及剛架梁柱的部分區(qū)域不滿足強(qiáng)度及穩(wěn)定性要求,需要對(duì)屋面檁條以及剛架梁柱的局部區(qū)域進(jìn)行加固處理。對(duì)于屋面檁條,可通過(guò)在下方增加隅撐的方式進(jìn)行加固;對(duì)于梁和柱,在不滿足的區(qū)域進(jìn)行兩側(cè)貼鋼板加固。

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 光伏組件示意圖

在廠房東側(cè)鄰接的電氣室的外側(cè)綠化帶內(nèi),將安裝本項(xiàng)目的升壓變壓器及并網(wǎng)設(shè)備,采用箱式變電站的形式。箱式變電站占用面積40平方米。逆變器輸出的交流電升壓10kV后接入高壓開(kāi)關(guān)柜,再通過(guò)1回出線接入位1期電氣室的廠區(qū)進(jìn)10KV母排,在母排處拼裝高壓并網(wǎng)進(jìn)線柜,實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。設(shè)備位置見(jiàn)以下示意圖,最終布置以詳細(xì)設(shè)計(jì)完成后出具的施工圖紙為準(zhǔn)。

另外在此區(qū)域內(nèi)已安裝有一期光伏電站的組件沖洗水箱,因此將共用沖洗水站,二期將在屋面上擴(kuò)展安裝沖洗管網(wǎng)。

圖片1 

 平面關(guān)系示意圖

 

4.                      技術(shù)方案

本項(xiàng)目規(guī)模約712.8kWp,利用廠房屋頂建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng),關(guān)鍵設(shè)備光伏組件、逆變器、變壓器等采用國(guó)內(nèi)知*產(chǎn)品。分布式光伏系統(tǒng)所發(fā)電量采用就地消納,自發(fā)自用,余電上網(wǎng)。本項(xiàng)目光伏發(fā)電系統(tǒng)所輸出的直流電經(jīng)組串式逆變器轉(zhuǎn)換成交流電后,就地升壓10KV,經(jīng)開(kāi)關(guān)柜通過(guò)1回出線接入至廠區(qū)10KV進(jìn)線母線的用戶側(cè),實(shí)現(xiàn)并網(wǎng),供廠區(qū)負(fù)荷使用。結(jié)合用戶的總廠用變壓器容量4100KVA)及一期已經(jīng)并網(wǎng)運(yùn)行的光伏系統(tǒng)總量1200kW)分析,光伏并網(wǎng)容量不超過(guò)廠變?nèi)萘?/span>80%,再根據(jù)屋面的勘查情況考慮,確定本光伏項(xiàng)目的建造容量712.8kWp為宜。

4.1.                      升壓變壓器及高低壓配電設(shè)備

本項(xiàng)目配1臺(tái)三相交800KVA的干式變壓器。額定電10.5±2×2.5%/0.38kV,接線組別 Dy11。交流頻率50Hz,可以戶外使用,能效等級(jí)滿足國(guó)家規(guī)范要求。

變壓器一次側(cè)接入自交流匯流柜或低壓接入柜輸出的線路,交流匯流柜負(fù)荷開(kāi)關(guān)兼具通斷保護(hù)功能,變壓器二次側(cè)輸出接10KV進(jìn)回線,配備開(kāi)關(guān)柜、PT柜及計(jì)量柜,采用預(yù)制艙設(shè)計(jì)安裝。開(kāi)關(guān)柜輸出后經(jīng)110KV高壓交流電纜直接接至光伏并網(wǎng)進(jìn)線柜,進(jìn)線柜與廠區(qū)10KV進(jìn)線母線拼接,利用母排連接,具體接入方式以實(shí)際設(shè)計(jì)為準(zhǔn)。

4.2.                      繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置

本光伏電站內(nèi)主要電氣設(shè)備采用微機(jī)保護(hù),以滿足信息上送。元件保護(hù)按照《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》GB142852006)配置。

1)并網(wǎng)線路繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置

分布式光伏項(xiàng)目線路發(fā)生短路故障時(shí),線路保護(hù)應(yīng)快速動(dòng)作,瞬時(shí)跳開(kāi)相應(yīng)并網(wǎng)點(diǎn)斷路器,滿足全線故障快速可靠切除故障的要求。安裝光伏發(fā)電項(xiàng)目的用戶變電10kV母線應(yīng)配置故障解列裝置,實(shí)現(xiàn)頻率電壓異常緊急控制功能,跳開(kāi)相應(yīng)斷路器(專用開(kāi)關(guān))。

2)防孤島檢測(cè)

分布式光伏項(xiàng)目逆變器必須具備快速檢測(cè)孤島且監(jiān)測(cè)到孤島后立即斷開(kāi)與電網(wǎng)連接的能力,其防孤島方案應(yīng)與繼電保護(hù)配置、安全自動(dòng)裝置和低電壓檢測(cè)裝置等相配合,時(shí)間上相匹配。該逆變器防孤島檢測(cè)策略應(yīng)符合國(guó)家電網(wǎng)的相應(yīng)規(guī)定

逆變器具備極性反接保護(hù)、短路保護(hù)、低電壓穿越、孤島效應(yīng)保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、接地保護(hù)等。高壓開(kāi)關(guān)柜上裝設(shè)測(cè)控保護(hù)裝置,設(shè)置過(guò)電流保護(hù)、零序過(guò)電流保護(hù)。測(cè)控保護(hù)裝置以通訊方式將所有信息上傳至光伏本地監(jiān)控系統(tǒng)。

本項(xiàng)目光伏電站在故障或異常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)能夠迅速斷開(kāi)與系統(tǒng)的并網(wǎng)連,停止向電網(wǎng)送電,不會(huì)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。

img8 

 新建光伏一次圖

 

5.                      系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本項(xiàng)目光伏電站配置一套綜合自動(dòng)化系統(tǒng),采用安科瑞電氣股份有限公司所提供Acrel-Cloud1200分布式光伏電力監(jiān)控系統(tǒng)具有保護(hù)、控制、通信、測(cè)量等功能,可實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)、開(kāi)關(guān)站的全功能綜合自動(dòng)化管理。本項(xiàng)目逆變器、高低壓設(shè)備等狀態(tài)信號(hào)都要接入本監(jiān)控系統(tǒng)。

本項(xiàng)目光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)包括兩部分:站控層和就地層,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為開(kāi)放式分層、分布式結(jié)構(gòu)。

監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)與就地層相,就地層按照不同的功能、系統(tǒng)劃分,以相對(duì)獨(dú)立的方式分散在逆變器區(qū)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(dú)立完成就地各電氣設(shè)備的監(jiān)測(cè)。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)遠(yuǎn)動(dòng)工作GPRS公網(wǎng)與上海市電力公司實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。

站控層由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接的服務(wù)器、操作員站、遠(yuǎn)動(dòng)站等組成,提供站內(nèi)運(yùn)行的人機(jī)界面,實(shí)現(xiàn)管理控制就地層設(shè)備等功能,形成全站監(jiān)控、管理中心,并具備與遠(yuǎn)方控制中心通信的接口。

就地層設(shè)備由智能測(cè)控單元、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通訊單元、逆變器數(shù)據(jù)采集單元、多功能電能表等構(gòu)成,主要電氣設(shè)備包括微機(jī)保護(hù)、防孤島保護(hù)、電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置、故障解列裝置、多功能儀表、逆變器、箱變測(cè)控等設(shè)備。它直接采集處理現(xiàn)場(chǎng)的原始數(shù)據(jù),通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送給站控層監(jiān)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(cè)、同步檢測(cè)等,最后對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作控制。

每個(gè)光伏發(fā)電單元配帶無(wú)線發(fā)射功能的數(shù)據(jù)采集裝置,采集每組光伏組件數(shù)據(jù),逆變器參數(shù),測(cè)控裝置、智能計(jì)量表計(jì)的數(shù)據(jù),打包后通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)視。

img9 

 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

項(xiàng)目配置設(shè)備清單如下表所示:

 方案設(shè)備列表

安裝位置

型號(hào)

數(shù)量

功能

光伏二次艙
本地監(jiān)控屏1面)

Acrel-Cloud1200
分布式光伏監(jiān)控主機(jī)

1

具有保護(hù)、控制、通信、測(cè)量等功能,可實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)、開(kāi)關(guān)站的全功能綜合自動(dòng)化管理

光伏二次艙
遠(yuǎn)動(dòng)通信屏
(1)

ATS1200GB裝置

1

GPSBD雙時(shí)鐘數(shù)據(jù),為站內(nèi)設(shè)備、系統(tǒng)提供對(duì)時(shí)功能。

ANet-2E4SM

1

光伏電站內(nèi)數(shù)據(jù)采集及上傳本地平臺(tái)

ANet-2E8S1

1

光伏電站內(nèi)數(shù)據(jù)匯總及上傳調(diào)度中心

無(wú)線路由 

1

5G無(wú)線專用通道方式,通過(guò)光伏縱向加密上傳到調(diào)度主站

縱向加密認(rèn)證裝置

1

用于電力控制系統(tǒng)安全區(qū) I/II的廣域網(wǎng)邊界保護(hù),為網(wǎng)關(guān)機(jī)之間的廣域網(wǎng)通信提供具有認(rèn)證、與加密功能 VPN,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C(jī)密性、完整性保護(hù)

IES618環(huán)網(wǎng)交換機(jī)

1

與箱變測(cè)控通信組環(huán)網(wǎng)

S1224F交換機(jī)

1

站內(nèi)通信組網(wǎng)

光伏二次艙
安全自動(dòng)裝置屏
1面)

AM6-K公用測(cè)控裝置

1

采集站內(nèi)二次設(shè)備的異常信號(hào)

AM5SE-IS防孤島保護(hù)

1

當(dāng)發(fā)生孤島現(xiàn)象時(shí),可以快速切除并網(wǎng)點(diǎn), 使本地與電網(wǎng)側(cè)快速脫離,保證電站和相關(guān)因?yàn)槿藛T安全

APView500PV
電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置

1

采集監(jiān)測(cè)諧波分析、電壓暫//中斷、閃變監(jiān)測(cè)、電壓不平衡度、事件記錄、測(cè)量控制

AM5SE-FA故障解列裝置

1

適用于負(fù)荷側(cè)或小電源側(cè)的故障解列

10kV開(kāi)關(guān)站
光伏接入柜

AM5SE-F線路保護(hù)測(cè)控裝置

1

三段式過(guò)流保護(hù)、反時(shí)限過(guò)流保護(hù)、失壓跳閘、過(guò)電壓保護(hù);當(dāng)回路故障時(shí),用于跳開(kāi)本柜斷路器,切斷故障

光伏預(yù)制艙
光伏出線柜

AM5SE-F線路保護(hù)測(cè)控裝置

1

三段式過(guò)流保護(hù)、反時(shí)限過(guò)流保護(hù)、失壓跳閘、過(guò)電壓保護(hù);當(dāng)回路故障時(shí),用于跳開(kāi)本柜斷路器,切斷故障

光伏預(yù)制艙
光伏接入柜

AM5SE-F線路保護(hù)測(cè)控裝置

1

三段式過(guò)流保護(hù)、反時(shí)限過(guò)流保護(hù)、失壓跳閘、過(guò)電壓保護(hù);當(dāng)回路故障時(shí),用于跳開(kāi)本柜斷路器,切斷故障

箱變

箱變測(cè)控裝置

1

針對(duì)光伏及風(fēng)能升壓變不同要求,集保護(hù),測(cè)控,通訊一體化裝置

 

6.                      系統(tǒng)功能

6.1.                      光伏發(fā)電效率監(jiān)測(cè)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元、數(shù)據(jù)采集器采集有關(guān)信息,進(jìn)行包括對(duì)數(shù)據(jù)合理性校驗(yàn)在內(nèi)的各種預(yù)處理,實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)庫(kù),其范圍包括模擬量,數(shù)字量和脈沖量等。

1)模擬量

模擬量包括電流、電壓、有功、無(wú)功、頻率、功率因數(shù)等電量數(shù)據(jù)和日照強(qiáng)度、風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、氣壓等非電量數(shù)據(jù)。

2)數(shù)字量

數(shù)字量采集含逆變器運(yùn)行狀態(tài)、故障信號(hào),開(kāi)關(guān)、隔離開(kāi)關(guān)以及接地刀閘的位置信號(hào),保護(hù)動(dòng)作信號(hào)、運(yùn)行監(jiān)視信號(hào)等。

img10 

9 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主界面圖

6.2.                      分布式光伏電站運(yùn)維管理

Acrel-Cloud1200分布式光伏電力監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警處理分事故報(bào)警和預(yù)告報(bào)警。前者包括非操作引起的斷路器跳閘和保護(hù)裝置動(dòng)作信號(hào),后者包括一般設(shè)備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量越/復(fù)限、計(jì)算機(jī)站控系統(tǒng)的各個(gè)部件、就地單元的狀態(tài)異常等等。

1)事故報(bào)警

事故報(bào)警發(fā)生時(shí),公用事故報(bào)警器將立即發(fā)出音響報(bào)警,監(jiān)控畫面上用顏色改變和閃爍表示該設(shè)備變位,同時(shí)顯示紅色報(bào)警條文,打印機(jī)打印報(bào)警條文,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)裝置向遠(yuǎn)方控制中心發(fā)送報(bào)警信息。事故報(bào)警通過(guò)手動(dòng)或自動(dòng)方式確認(rèn)。

2)預(yù)告報(bào)警

預(yù)告報(bào)警發(fā)生時(shí),其處理方式除與事故報(bào)警處理相同外,音響和提供信息顏色可區(qū)別于事故報(bào)警。能有選擇地向遠(yuǎn)方發(fā)送信息。

img11 

 報(bào)警界面圖

6.3.                      人機(jī)界面

能通過(guò)顯示器對(duì)主要電氣設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視,畫面支持雙屏顯示,畫面操作支持無(wú)級(jí)縮放,可以平滑漫游,具有導(dǎo)游圖功能。具有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龉δ?,能?duì)設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)著色,確定帶電設(shè)備的顏色。主要顯示畫面包括:

1)運(yùn)行監(jiān)視圖,包括顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、各主要電氣(電流、電壓、頻率、有功、無(wú))、環(huán)境數(shù)據(jù)(氣溫、濕度、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向、日照強(qiáng)度)等的實(shí)時(shí)值;

2)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視圖,用圖形方式及顏色變化顯示出計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備配置、連接狀態(tài);

3)發(fā)電量實(shí)時(shí)監(jiān)視圖,通過(guò)柱狀圖及數(shù)據(jù)表直觀的查看和對(duì)比每臺(tái)逆變器實(shí)時(shí)發(fā)電量信息,同時(shí)可以通過(guò)鏈接查看和對(duì)比發(fā)電量曲線;

4)發(fā)電單元監(jiān)控圖,顯示每個(gè)發(fā)電單元詳細(xì)信息,允許手動(dòng)控制、和調(diào)節(jié)每個(gè)發(fā)電單元運(yùn)行工況;

5)各種保護(hù)信息及報(bào)表

6)二次保護(hù)配置圖,反映各套保護(hù)投切情況、整定值等

7)控制操作過(guò)程記錄及報(bào)表

8)事故追憶記錄報(bào)告或曲線、事故順序記錄報(bào)表

9)趨勢(shì)曲線圖、棒狀圖

10)各種統(tǒng)計(jì)及功能報(bào)表等。

img12 

 人機(jī)界面一次圖

7.                      結(jié)語(yǔ)

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)依靠清潔、可再生的特點(diǎn)廣泛應(yīng)用,但發(fā)電量呈顯著的非穩(wěn)定特性,這對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益構(gòu)成了調(diào)成,因此分布式光伏項(xiàng)目并網(wǎng)時(shí)需要接受調(diào)度主站系統(tǒng)的調(diào)控,助力用戶、電網(wǎng)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(dòng)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(dòng)的新型分布式新能源調(diào)度管理體系。

 

參考文獻(xiàn)

[1] 史鉞.分布式光伏對(duì)區(qū)域配電網(wǎng)的影響研[D].上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué),2022.

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

[3] 堅(jiān).基于深度學(xué)習(xí)的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化與性能分[J].電氣技術(shù)與經(jīng)濟(jì),2024,(07):308-310. 


 

 


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