Acrel-1000系列分布式光伏監控系統

在湖北荊門新眾和紡織等

屋頂光伏發電項目中應用

李明君

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘 要：隨著智能電網的快速發展和新能源技術的普及應用，太陽能作為一種清潔能源已逐步成為社會生產生活的重要能源來源。分布式光伏電站憑借其建設投入少、空間需求小的優勢，在緩解電力供應緊張方面發揮著重要作用，特別是在我國推進節能減排和綠色發展的政策背景下，其發展勢頭尤為迅猛。然而，這類電站長期處于戶外環境，運行過程中更容易出現各類故障問題。由于其分布范圍廣、布局分散，缺乏統一的運維管理體系，導致運維工作面臨諸多挑戰：效率低下、成本居高不下、操作難度大、經濟效益不理想，這些因素都嚴重影響了運維人員的積極性，使得運維質量難以得到有效保證，如何建立一套完善的運維管理機制成為重中之重。

關鍵詞：新能源技術；分布式光伏；運維管理

1.                      概述

湖北荊門新眾和紡織等屋頂光伏發電項目（以下簡稱“本項目”）是響應國家“優化能源結構，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電應用示范項目。

本項目位于湖北荊門銘然裝飾工程有限公司旁，利用現有廠房屋頂建設分布式光伏發電項目，總建設規模約為8340kW。光伏發電組件位于荊門市東寶區新臺西路，通過用戶配電站接入公共電網，屬于荊門市供電公司管理范圍。

本文首先應對電站運行狀態進行實時評估，以便及時發現異常情況；其次要科學規劃運維調度方案，提升運維效率和質量，同時降低運營成本。

項目現場

2.                      現有電網情況

現有用戶配電站為10kV用戶變，站內新建7臺10kV變壓器，變壓器容量為2000、1600、1250、2000、630、1250、1000kVA，光伏發電單元所發直流電通過逆變器逆變為交流電后經7臺新建變壓器升壓至10kV通過10kV電纜T接至220kV變電站。目前該變電站已接入及在途分布式電源總容量為127.1MW，因此剩余可接入容量 52.71MW。滿足本期接入需求。

現有供電示意圖如下：

用戶配電站現供電示意

3.                      技術方案

本項目通過2個并網點上網，2個并網點的裝機容量分別為5.99MW、2.535MW（交流側）由7個光伏發電單元構成。該項目運營模式為全額上網。利用廠房屋頂建設光伏發電系統，關鍵設備光伏組件、逆變器、變壓器等采用國內產品。本項目光伏發電系統所輸出的直流電經組串式逆變器轉換成交流電后，就地升壓至10KV，經開關柜通過1回出線接入至廠區10KV進線母線的用戶側，實現并網。變電站近三年最小負荷平均-0.15MW，考慮主變 N-1 情況下，另一主變負載不超過80%，則該變電站可接入的分布式光伏容量為 179.81MW，目前該變電站已接入及在途分布式光伏容量共 127.1W，因此剩余可接入容量 52.71MW。滿足本期接入需求。光伏監控系統按站控層、就地層、架構，通過通信管理機或協議轉換器對光伏發電系統設備層的各種設備（逆變器、防孤島保護、故障解列裝置、電能質量監測裝置、直流屏等設備）信息進行采集和處理，將處理好的數據上傳至SCADA系統和遠動裝置。遠動裝置數據經縱向加密后通過4G/5G無線通信網將上傳至荊門供電公司配調。

3.1.                      升壓變壓器及高低壓配電設備

本項目配備7臺三相交流2000KVA的干式變壓器。額定電壓10.5±2×2.5%/0.38kV，接線組別為Dy11。交流頻率為50Hz,可以戶外使用，能效等級滿足國家規范要求。

3.2.                      繼電保護及安全自動裝置

本光伏電站內主要電氣設備采用微機保護，以滿足信息上送。元件保護按照《繼電保護和安全自動裝置技術規程》（GB14285－2006）配置。

1）線路保護

本項目為10kV并網，建議光伏開關站總出線開關建議光伏開關站總出線開關配置線路方向過流等保護，包括三段可經復壓和方向閉鎖的過流保護，三段零序過流保護、過負荷并具備低周減載功能，以便線路發生故障時快速切除，避免事故范圍擴大。

2）頻率電壓異常緊急控制裝置

本項目光伏并網點斷路器要求具備失壓跳閘功能，不設重合閘，可通過逆變器內低壓保護與頻率保護實現解列，不配置獨立的安全自動裝置。

3）       防孤島檢測及安全自動裝置

采用具備防孤島能力的逆變器，逆變器必須具備快速監測孤島且監測到孤島后立即斷開與電網連接的能力，其防孤島保護方案應與繼電保護配置、頻率電壓異常緊急控制裝置配置和低電壓穿越相配合。

4）       電能質量監測

在公共連接點裝設滿足 GB/T 19862《電能質量監測設備通用要求》標準要求的A 類電能質量在線監測裝置一套。監測電能質量參數，包括電壓、頻率、諧波、功率因數等，電能質量監測數據應至少保存一年。

3.3.                      系統調度自動化

本項目為10kV電壓等級并網，需通過獨立信息傳輸設備將光伏電站有功、無功、功率因數、逆變器數據、電量及開關、刀閘狀態量、功率調節數據和功率預測數據等信息上傳至調度端，場站應配置AGC裝置，具備接收并自動執行有功功率控制指令的能力；需要具備一次調頻能力；10kV 發電系統應上報中期、短期和超短期功率預測數據。

3.4.                      計量

本項目采用的運營模式為全額上網，并網點共2個，關口點共1個，均設置在光伏出線處。本項目計量配置原則如下。

(1)在關口計量點配置 1 塊三相三線電能表，精確度為 0.5S，具有雙向計量功能，用于計量用戶與電網間的上、下網電量。在關口計量點配置 GPRS 用電現場管理系統，用于采集數據及用戶用電結算。

(2)在并網點設置C級電能表和 GPRS 用電現場管理系統，用于發電量信息采集及營銷系統遠傳。具體設備配置規模以現場實際為準。

新建并網點一光伏一次圖

新建并網點二光伏一次圖

4.                      系統結構

本項目光伏電站配置一套綜合自動化系統，采用安科瑞電氣股份有限公司所提供的Acrel-1000分布式光伏電力監控系統具有保護、控制、通信、測量等功能，可實現光伏發電系統、開關站的全功能綜合自動化管理。本項目逆變器、高低壓設備等狀態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，網絡結構為開放式分層、分布式結構。

監控系統通過以太網與就地層相連,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，在站控層及網絡失效的情況下，就地層仍能獨立完成就地各電氣設備的監測。

站控層由計算機網絡連接的服務器、操作員站、遠動站等組成，提供站內運行的人機界面，實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、網絡系統通訊單元、逆變器數據采集單元、多功能電能表等構成，主要電氣設備包括微機保護、防孤島保護、電能質量在線監測裝置、故障解列裝置、多功能儀表、逆變器、箱變測控等設備。它直接采集處理現場的原始數據，通過網絡傳送給站控層監控主站，同時接收站控層發來的控制操作命令，經過有效性判斷、閉鎖檢測、同步檢測等，最后對設備進行操作控制。

每個光伏發電單元配帶無線發射功能的數據采集裝置，采集每組光伏組件數據，逆變器參數，測控裝置、智能計量表計的數據，打包后通過無線網絡傳輸給監控系統實現監視。

監控系統網絡結構圖

項目配置設備清單如下表所示：

表 方案設備列表

5.                      系統功能

5.1.                      分布式光伏電站運維管理

Acrel-1000分布式光伏電力監控系統報警處理分事故報警和預告報警。前者包括非操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動作信號，后者包括一般設備變位、狀態異常信息、模擬量越限/復限、計算機站控系統的各個部件、就地單元的狀態異常等等。

（1）事故報警

事故報警發生時，公用事故報警器將立即發出音響報警，監控畫面上用顏色改變和閃爍表示該設備變位，同時顯示紅色報警條文，打印機打印報警條文，數據轉發裝置向遠方控制中心發送報警信息。事故報警通過手動或自動方式確認。

（2）預告報警

預告報警發生時，其處理方式除與事故報警處理相同外，音響和提供信息顏色可區別于事故報警。能有選擇地向遠方發送信息。

（3）       實時事件

實時事件告警列表包括序號、發生時間、告警內容、告警等級、確認狀態等分列展示，告警信息默認按照發生時間降序排列顯示，以不同的顏色區分已確認、未確認信號。

實時事件

（4）       歷史事件

點擊歷史事件圖標，切換到歷史事件查詢界面，查看歷史數據庫中記錄的所有系統事件。

歷史事件

（5）       監控界面

監測逆變器當前電壓、電流、輸出功率、溫度及當前狀態等信息。

逆變器監測

（6）       光伏收益界面

支持實時統計電站發電量和收益，極大降低了運行維護成本

光收益界面

5.2.                      光字牌監測

隨著變電站綜合自動化技術的發展，傳統光字牌逐漸被監控后臺的虛擬光字牌所取代。這種變化主要體現在以下幾個方面:

傳統光字牌：依賴于硬件接點觸發，通過中央信號屏上的燈光顯示設備狀態。這種方式在有人值班的變電站中應用廣泛，但隨著無人值班技術的普及，其局限性逐漸顯現。

智能光字牌：在無人值班變電站中，光字牌的功能被集成到監控后臺系統中，以虛擬形式實現。智能光字牌不僅保留了傳統光字牌的直觀性，還增加了信息過濾、分級顯示和導航功能。例如，通過導航燈閃爍提示異常信號，運行人員可以快速確認并處理。

1號并網點光字牌

2號并網點光字牌

6.                      結語

當前，我國分布式光伏發電呈現爆發式增長態勢，在政策紅利的持續推動下，其并網模式正由分散式向規模化快速轉型。這種發展態勢在為能源結構轉型注入新動能的同時，也對電力系統安全穩定運行提出了全新挑戰。高滲透率分布式光伏的接入不僅會引發電壓波動、潮流反送等系列技術難題，還可能影響光伏產業自身的可持續發展。值得注意的是，規模化并網正倒逼電力系統調控模式進行深度變革。為此，需要立足電網實際運行需求和場站管理特點，系統性地研究電網調度運行關鍵技術，從而構建智能化程度高、安全性能的電網能量管理平臺，最終實現新型電力系統多層級協調平衡能力和新能源高效消納水平的全面提升。

參考文獻

[1] 唐銘澤. 智能電網分布式能源協同優化控制方法研究[D]. 華北電力大學(北京),2024.

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[3] 王禹琪. 高能量滲透率可再生能源并網的配電網規劃與運行研究[D]. 華中科技大學2022.

[4] 馬煜喆. 面向分布式光伏規模化接入的電力線載波通信技術研究[D]. 華北電力大學(北京) 2024.

作者介紹：

李明君，男，碩士，電氣工程專業，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究變電站綜合自動化解決方案、分布式光伏監控解決方案。