摘 要：分布式光伏發(fā)電能夠?qū)θ找鎳?yán)重的環(huán)境壓力起到**緩解作用,在當(dāng)前對(duì)環(huán)境保護(hù)需求越來越大情況下,發(fā)電行業(yè)在發(fā)展中不但要提升發(fā)電效率,同時(shí)也需要降低成本。分布式光伏發(fā)電主要是利用風(fēng)能和太陽能等可再生清潔能源進(jìn)行發(fā)電,對(duì)于空氣質(zhì)量具有改善效果,和傳統(tǒng)發(fā)電方式相比有污染小、噪聲小等優(yōu)勢(shì)。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的建構(gòu),主要是利用太陽能資源,能夠**實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化,減少煤炭消耗量,對(duì)于經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有**促進(jìn)作用。同時(shí),分布式發(fā)電系統(tǒng)的建設(shè),對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行中也能夠起到削峰填谷作用,進(jìn)一步豐富供電方式,積極開展分布式光伏發(fā)電站及接入發(fā)電研究具有重要意義。同時(shí)，傳統(tǒng)配電網(wǎng)的通信架構(gòu)難以滿足海量光伏終端的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制需求，影響電網(wǎng)**穩(wěn)定運(yùn)行。如何配置并構(gòu)建通信管理系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：分布式光伏發(fā)電；通信管理
1. 概述
湖北荊門一馬光彩大市場(chǎng)屋頂光伏發(fā)電項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱“本項(xiàng)目”）是響應(yīng)國(guó)家“優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提供更加清潔、可靠的能源”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)目位于湖北荊門一馬光彩大市場(chǎng)旁，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)模約為3280kW。光伏發(fā)電組件位于荊門市東寶區(qū)東寶路1號(hào)，通過用戶配電站接入公共電網(wǎng)，屬于荊門市供電公司管理范圍。
本研究圍繞光伏電站并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)展開，探討了以下核心內(nèi)容：
（1）并網(wǎng)系統(tǒng)接入方案的可行性分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)；
（2）符合電網(wǎng)調(diào)度要求的自動(dòng)化系統(tǒng)解決方案；
（3）滿足電站運(yùn)行需求的通信系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)。
項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)
2. 現(xiàn)有電網(wǎng)情況
220kV 變電站 10kV 630 二回線線路型號(hào)為 JKLYJ-240，允許通過電流為 553A，該線路近三年至小負(fù)荷平均值為 0.11MW，考慮線路負(fù)載率不超過80%，則該線路理論可接入分布式電源容量為9.24MW。目前該變電站已接入和在途分布式電源總?cè)萘繛?.009MW，則剩余可接入分布式電源容量 9.23MW，目滿足本期接入需求
現(xiàn)有供電示意圖如下：
用戶配電站現(xiàn)供電示意
3. 分布式光伏預(yù)制艙設(shè)計(jì)
預(yù)支艙尺寸為（長(zhǎng)*寬*高）15000mm*4400mm*3500mm，門檔高2600mm，**門檔高2200mm，底框采用20#H鋼、14#、10#槽鋼、5#角鋼焊接，外板為2.0mm瓦楞波紋板+中間50mm防火巖棉+內(nèi)板1.0mm鍍鋅板制作，一次室底板為3.0mm鋼板，二次室底板為靜電地板抬高200。
艙體基礎(chǔ)應(yīng)用良好的排水措施，所有進(jìn)出電纜需要做好防水。進(jìn)出線電纜溝的位置現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)實(shí)際確定。電纜出線管的大小、多少、位置由用戶根據(jù)情況而定，預(yù)埋件需要用水平儀找平，否則影響現(xiàn)場(chǎng)拼柜。外部樓梯正對(duì)應(yīng)箱體朱門，內(nèi)部爬梯正對(duì)箱體人井孔位置。
光伏預(yù)支艙圖
4. 技術(shù)方案
本項(xiàng)目直流側(cè)裝機(jī)容量4017kWp，交流側(cè)裝機(jī)容量3280kW，共1個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)，由2個(gè)光伏發(fā)電單元構(gòu)成。該項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)模式為全額上網(wǎng)。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)知名產(chǎn)品。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，就地升壓至10KV，經(jīng)開關(guān)柜通過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)。變電站近三年至小負(fù)荷平均-0.15MW，考慮主變 N-1 情況下，另一主變負(fù)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 115.48MW，因此剩余可接入容量 64.33MW。滿足本期接入需求，同時(shí)本項(xiàng)目采用安科瑞電氣Acrel-1000分布式光伏電力監(jiān)控系統(tǒng)作為電站綜合自動(dòng)化平臺(tái)，該系統(tǒng)集保護(hù)、控制、通信、測(cè)量等功能于一體，實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)及開關(guān)站的智能化綜合管控。系統(tǒng)接入逆變器、高低壓設(shè)備等關(guān)鍵設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)，構(gòu)建完整的電站監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)采用分層分布式架構(gòu)，通過工業(yè)以太網(wǎng)與就地層設(shè)備互聯(lián)。就地層按功能分區(qū)獨(dú)立部署于逆變器區(qū)域及箱變內(nèi)，各子系統(tǒng)具備自治能力，在站控層通信中斷時(shí)仍可持續(xù)完成所轄電氣設(shè)備的就地監(jiān)控功能，確保系統(tǒng)可靠性。
4.1. 升壓變壓器及高低壓配電設(shè)備
本項(xiàng)目配備2臺(tái)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(jí)滿足國(guó)家規(guī)范要求。
4.2. 繼電保護(hù)及**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**自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》（GB14285－2006）配置。
1）線路保護(hù)
本項(xiàng)目為10kV并網(wǎng)，建議光伏開關(guān)站總出線開關(guān)建議光伏開關(guān)站總出線開關(guān)配置線路方向過流等保護(hù)，包括三段可經(jīng)復(fù)壓和方向閉鎖的過流保護(hù)，三段零序過流保護(hù)、過負(fù)荷并具備低周減載功能，以便線路發(fā)生故障時(shí)快速切除，避免事故范圍擴(kuò)大。
2）頻率電壓異常緊急控制裝置
本項(xiàng)目光伏并網(wǎng)點(diǎn)斷路器要求具備失壓跳閘功能，不設(shè)重合閘，可通過逆變器內(nèi)低壓保護(hù)與頻率保護(hù)實(shí)現(xiàn)解列，不配置獨(dú)立的**自動(dòng)裝置。
3）防孤島檢測(cè)及**自動(dòng)裝置
采用具備防孤島能力的逆變器，逆變器需要具備快速監(jiān)測(cè)孤島且監(jiān)測(cè)到孤島后立即斷開與電網(wǎng)連接能力，其防孤島保護(hù)方案應(yīng)與繼電保護(hù)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(zhì)量監(jiān)測(cè)
在公共連接點(diǎn)裝設(shè)滿足 GB/T 19862《電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備通用要求》標(biāo)準(zhǔn)要求的 A 類電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置一套。監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量參數(shù)，包括電壓、頻率、諧波、功率因數(shù)等，電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)至少保存一年。
4.3. 系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化
本項(xiàng)目為10kV電壓等級(jí)并網(wǎng)，需通過獨(dú)立信息傳輸設(shè)備將光伏電站有功、無功、功率因數(shù)、逆變器數(shù)據(jù)、電量及開關(guān)、刀閘狀態(tài)量、功率調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)和功率預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)等信息上傳至調(diào)度端，場(chǎng)站應(yīng)配置AGC裝置，具備接收并自動(dòng)執(zhí)行有功功率控制指令的能力；需要具備一次調(diào)頻能力；10kV發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)上報(bào)中期、短和超短期功率預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)。通過通信管理機(jī)或協(xié)議轉(zhuǎn)換器對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備層的各種設(shè)備（逆變器、防孤島保護(hù)、故障解列裝置、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置、直流屏等設(shè)備）信息進(jìn)行采集和處理，將處理好的數(shù)據(jù)上傳至SCADA系統(tǒng)和遠(yuǎn)動(dòng)裝置。遠(yuǎn)動(dòng)裝置數(shù)據(jù)經(jīng)縱向加密后通過4G/5G無線通信網(wǎng)將上傳至荊門供電公司地調(diào)。
調(diào)度自動(dòng)化圖
4.4. 計(jì)量
本項(xiàng)目采用的運(yùn)營(yíng)模式為全額上網(wǎng)，并網(wǎng)點(diǎn)共1個(gè)，關(guān)口點(diǎn)共1個(gè)，均設(shè)置在光伏出線處。本項(xiàng)目計(jì)量配置原則如下。
(1)在關(guān)口計(jì)量點(diǎn)配置 1 塊三相三線電能表，具有雙向計(jì)量功能，用于計(jì)量用戶與電網(wǎng)間的上、下網(wǎng)電量。在關(guān)口計(jì)量點(diǎn)配置 GPRS 用電現(xiàn)場(chǎng)管理系統(tǒng)，用于采集數(shù)據(jù)及用戶用電結(jié)算。
(2)在并網(wǎng)點(diǎn)設(shè)置 C 級(jí)電能表和 GPRS 用電現(xiàn)場(chǎng)管理系統(tǒng)，用于發(fā)電量信息采集及營(yíng)銷系統(tǒng)遠(yuǎn)傳。具體設(shè)備配置規(guī)模以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際為準(zhǔn)。
新建光伏一次圖
一次系統(tǒng)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的Acrel-1000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)為開放式分層、分布式結(jié)構(gòu)。
監(jiān)控系統(tǒng)通過以太網(wǎng)與就地層相連,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)。
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)來的控制操作命令，經(jīng)過**性判斷、閉鎖檢測(cè)、同步檢測(cè)等，*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)，打包后通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)視。
