Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)在上海汽車變速器有限公司8.3MWp分布式光伏發(fā)電項目中的應(yīng)用

摘 要：常規(guī)能源以煤、石油、天然氣為主，不僅資源有限，而且會造成嚴重的大氣污染，開發(fā)清潔的可再生能源已經(jīng)成為當(dāng)今發(fā)展的重要任務(wù)，“節(jié)能優(yōu)先，效率為本”的分布式發(fā)電能源符合社會發(fā)展要求。隨著“雙碳”目標的推進，如今清潔能源所占比重大幅度增加，分布式光伏發(fā)電在我國快速發(fā)展，但其隨機性、間歇性的特點給新能源消納和電網(wǎng)穩(wěn)定帶來很大的挑戰(zhàn)，通過預(yù)測光伏發(fā)電可以在一定程度上改善新能源消納問題，減少光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性對電網(wǎng)的沖擊。本文介紹了安科瑞Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)以及光功率預(yù)測系統(tǒng)在上海汽車變速器有限公司8.3MWp分布式光伏發(fā)電項目中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：清潔能源；分布式光伏；光功率預(yù)測

1.項目概述

上海汽車變速器有限公司屋頂光伏發(fā)電項目（以下簡稱“本項目”），位于上海市嘉定區(qū)，裝機容量為8.3MW，采用自發(fā)自用余電上網(wǎng)模式。本項目現(xiàn)役35kV用戶站1座，站內(nèi)2臺35kV主變，容量均為20MVA。本次光伏設(shè)計2個并網(wǎng)點，新建一座10kV開關(guān)站，光伏組件逆變?yōu)?.8kV交流電壓，經(jīng)升壓后2個并網(wǎng)點以10kV電壓等級分別接入35kV用戶站的10kVⅠ段母線、Ⅱ段母線，并網(wǎng)點容量分別為3.6MW、2.976MW。本項目采集光伏站內(nèi)的電流、電壓、有功、無功、功率因數(shù)、有功電度、無功電度及斷路器狀態(tài)等信息，通過數(shù)據(jù)通信終端采用無線公網(wǎng)作為傳輸通道接入地調(diào)系統(tǒng)。

2.分布式光伏設(shè)計

本項目電量消納方式采用“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)”，光伏單晶硅組件采用平鋪設(shè)計，共使用14382塊組件組成527個組串，每個組串包含15~28塊數(shù)量不等的組件。項目新建5臺箱變，共有2.5MVA變壓器2臺，1.6MVA變壓器2臺，0.8MVA變壓器1臺，箱變分別接4、5、7、2、6臺逆變器，每臺光伏逆變器接9~27路數(shù)量不等的組串。其中#2、#3箱變匯總接入10kV開關(guān)站內(nèi)#1匯集進線柜，通過#1光伏并網(wǎng)柜接入35kV變電站10kVⅠ段母線#1光伏接入柜，#1并網(wǎng)點容量為3.6MW；#1、#4、#5箱變分別接入10kV開關(guān)站內(nèi)#2、#3、#4匯集進線柜，通過#2光伏并網(wǎng)柜接入35kV變電站10kVⅡ段母線#2光伏接入柜，#2并網(wǎng)點容量為2.976MW。

圖2.1 光伏接入系統(tǒng)示意圖 圖2.2 光伏組件布置圖

3.技術(shù)方案

本項目部署了一套Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)，搭配一套光功率預(yù)測系統(tǒng)，用于預(yù)測光伏發(fā)電量、響應(yīng)調(diào)度調(diào)控。光伏電站中5臺箱變之間通過光纖環(huán)網(wǎng)，保證數(shù)據(jù)長距離的穩(wěn)定傳輸，通過通信管理機及網(wǎng)絡(luò)交換機實時采集微機保護裝置、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、計量、遠動系統(tǒng)等二次設(shè)備數(shù)據(jù)，實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)控與自動化管理；同時，配置對時裝置、遠動裝置滿足系統(tǒng)與上級調(diào)度的需求，配置一套一體化電源系統(tǒng)，為二次設(shè)備及監(jiān)控主機等重要設(shè)備運行提供穩(wěn)定可靠的電源，實現(xiàn)整個光伏系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。

3.1.安全自動裝置

1）故障解列裝置裝置能夠監(jiān)測電網(wǎng)的實時狀態(tài)，一旦檢測到異常或故障信號，如短路、過載等，它會立即啟動，迅速切斷故障區(qū)域與非故障區(qū)域之間的電氣連接。既能防止故障設(shè)備對電網(wǎng)造成進一步損害，也確保其他單元的正常運行，保障用戶的電力需求。

2）防孤島裝置在電網(wǎng)失電的情況下，分布式電源未能夠及時與電網(wǎng)斷開連接，會形成孤島狀態(tài)，這種狀態(tài)可能造成分布式電源不可控、電網(wǎng)恢復(fù)時電壓和頻率不匹配等問題，也可能導(dǎo)致電力工作人員在不知情的情況下進行危險操作。防孤島裝置通過實時監(jiān)測電網(wǎng)狀態(tài)，一旦檢測到電網(wǎng)斷電，能夠在規(guī)定的時間內(nèi)迅速切斷分布式電源與電網(wǎng)的連接，從而保障電網(wǎng)的安全運行和維修人員的人身安全。

3）電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置是一種用于實時監(jiān)測和分析電力系統(tǒng)中電能質(zhì)量的高科技設(shè)備。其主要功能包括對電壓、電流、頻率、諧波、閃變、波動等關(guān)鍵電能質(zhì)量參數(shù)進行測量和記錄，裝置能夠及時識別出電能質(zhì)量問題，如電壓波動、諧波污染及瞬態(tài)電壓等，從而為電力用戶提供有效的改進建議。

3.2.調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備

1）縱向加密裝置縱向加密裝置通過采用加密技術(shù)，來確保信息在傳輸過程中的機密性和完整性。裝置通過將數(shù)據(jù)進行加密處理，使得即使信息在傳輸過程中被截獲，未經(jīng)授權(quán)的第三方也無法解讀其中的內(nèi)容。

2）正反向隔離裝置正反向隔離裝置通過物理或邏輯手段將不同安全等級的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域隔離開來，有效防止了網(wǎng)絡(luò)間的直接通信，從而避免了潛在的信息泄露和攻擊。同時，裝置支持在兩個隔離的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域之間進行單向的、安全的數(shù)據(jù)交換，在數(shù)據(jù)傳遞過程中會對數(shù)據(jù)進行簽名驗證、內(nèi)容過濾、有效性檢查等處理，以抵御病毒、黑客等惡意攻擊，確保數(shù)據(jù)的合法性和安全性。

3.3.光功率預(yù)測系統(tǒng)

光伏電站本地布置微型氣象站，采集光伏站的總輻照度、風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、相對濕度、大氣壓力等信息，光功率預(yù)測系統(tǒng)通過采集到的實時氣象條件以及天氣預(yù)報、太陽能資源的動態(tài)變化，對太陽能光伏發(fā)電站的輸出功率進行短期和超短期的預(yù)測，從而幫助電力調(diào)度部門合理安排發(fā)電計劃，優(yōu)化電網(wǎng)運行，減少因太陽能發(fā)電波動性帶來的電網(wǎng)不穩(wěn)定風(fēng)險，提高光伏發(fā)電的并網(wǎng)效率和經(jīng)濟效益。

4.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本項目集成了一套分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)Acrel-1000DP與光功率預(yù)測系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用分層分布式，分成站控層、通信層和設(shè)備層。站控層負責(zé)對整個系統(tǒng)進行集中管理和控制。操作員可以實時監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)，進行數(shù)據(jù)分析與處理，從而實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的智能調(diào)度與優(yōu)化。通信層負責(zé)信息傳遞與數(shù)據(jù)交互，確保各個設(shè)備和系統(tǒng)組件之間能夠無縫連接和協(xié)同工作，此外，通信層還可以支持多種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，適應(yīng)不同規(guī)模和需求的應(yīng)用場景，保證系統(tǒng)的靈活性和可擴展性。設(shè)備層涵蓋了各種傳感器、執(zhí)行器和控制器等硬件設(shè)備。這些設(shè)備負責(zé)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)并執(zhí)行控制指令，是實現(xiàn)自動化操作的核心。

圖4.1系統(tǒng)拓撲圖

項目配置設(shè)備清單如下表所示：

5.現(xiàn)場安裝

圖 5.1 二次屏柜（預(yù)制艙內(nèi)） 圖 5.2 一體化電源（預(yù)制艙內(nèi)） 圖 5.3 一、二次預(yù)制艙

6.保護試驗

微機保護裝置作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，其正式投入使用前的實驗環(huán)節(jié)至關(guān)重要。本項目對防孤島保護裝置的失壓跳閘功能要求較高，以此功能為例，介紹微機保護裝置的現(xiàn)場實驗步驟：

1）系統(tǒng)配置：在微機保護裝置上配置失壓保護功能，包括設(shè)置跳閘電壓定值、延時時間等參數(shù)；

2）初始測試：在正常電壓下，確保保護裝置處于正常工作狀態(tài)，無誤動作；

3）模擬失壓條件：使用繼電保護測試儀逐步降低輸出電壓，模擬電源電壓下降的情況，觀察微機保護裝置在電壓降低過程中的響應(yīng)；

4）執(zhí)行失壓跳閘實驗：將電壓降低至設(shè)定的跳閘定值以下，觀察保護裝置是否在預(yù)定時間內(nèi)動作，切斷電路，記錄跳閘動作的電壓值和動作時間。

7.系統(tǒng)功能

7.1.光伏電站實時監(jiān)測系統(tǒng)主接線圖為光伏電站內(nèi)新建的10kV開閉所一次系統(tǒng)圖，人機界面可以實時顯示采集到的各類數(shù)據(jù)，包括開關(guān)柜的電壓、電流和功率等關(guān)鍵參數(shù)，以及開關(guān)柜內(nèi)斷路器、手車的分合狀態(tài)等。

7.2.光伏發(fā)電功率預(yù)測

光功率預(yù)測系統(tǒng)通過本地氣象傳感器提供的氣象數(shù)據(jù)（包括總輻照度、風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、相對濕度、大氣壓力等信息）以及天氣預(yù)報、實測功率、并網(wǎng)裝機容量等信息，利用算法和模型進行光伏發(fā)電系統(tǒng)超短期、短期的輸出功率預(yù)測，并通過曲線直觀展示。

7.3.電能質(zhì)量在線監(jiān)測

電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置采集#1、2#光伏并網(wǎng)接入點的電能質(zhì)量信息，可以對整個供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量包括穩(wěn)態(tài)狀態(tài)和暫態(tài)狀態(tài)進行持續(xù)監(jiān)測。系統(tǒng)界面實時顯示裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)測點的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度百分比和正序/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度百分比和正序/負序/零序電流值，幫助管理人員實時掌握供電系統(tǒng)電能質(zhì)量情況，以便及時發(fā)現(xiàn)和消除供電不穩(wěn)定因素。

7.4.光字牌

光字牌可以顯示電力系統(tǒng)中設(shè)備的運行狀態(tài)和系統(tǒng)的重要信息，為運行人員提供清晰的狀態(tài)指示和警示信號，包括二次設(shè)備的異常、跳閘信號，開關(guān)柜斷路器的分合位、手車位置、接地刀閘等信號。

7.5.調(diào)度上傳

項目采集光伏電站內(nèi)的各項關(guān)鍵數(shù)據(jù)，包括電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能以及斷路器的狀態(tài)等信息，通過數(shù)據(jù)通信終端采用無線公網(wǎng)作為傳輸通道接入地調(diào)系統(tǒng)，配置了縱向加密裝置來確保數(shù)據(jù)的安全性。

8.結(jié)束語

在屋頂光伏發(fā)電項目中，分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)能源資源的有效整合。系統(tǒng)通過對分散的光伏發(fā)電設(shè)備進行實時監(jiān)控，能夠收集和分析各個發(fā)電單元的運行數(shù)據(jù)，本項目不僅涉及光伏發(fā)電的監(jiān)控管理，還要進行無線上傳，為確保數(shù)據(jù)的安全性，項目特別配備了縱向加密和正反向隔離等防護裝置，以防止?jié)撛诘木W(wǎng)絡(luò)攻擊和數(shù)據(jù)泄露。同時，搭配的光功率預(yù)測系統(tǒng)采用了數(shù)據(jù)分析技術(shù)，能夠?qū)崟r掌握光照變化、設(shè)備狀態(tài)及發(fā)電效率，從而生成準確的光功率預(yù)測信息，幫助用戶更科學(xué)地規(guī)劃光伏發(fā)電與用電策略，實現(xiàn)經(jīng)濟效益與環(huán)境效益的雙贏。

審核編輯 黃宇