摘 要：分布式光伏發(fā)電就是將太陽能光伏板分散布置在各個區(qū)域，通過小規(guī)模、模塊化的方式實現(xiàn)電能的并網(wǎng)或獨(dú)立使用，這種發(fā)電方式具有就近發(fā)電、就近并網(wǎng)、就近轉(zhuǎn)換、就近使用的特點(diǎn)。近年來，技術(shù)進(jìn)步和政策支持推動了光伏組件的成本持續(xù)下降，使得分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)在住宅、商業(yè)及工業(yè)等多個領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在當(dāng)前全球能源轉(zhuǎn)型的背景下，提升能源利用效率和優(yōu)化管理流程是很多新能源科技公司面臨的迫切需求，而分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)的引入，正是滿足這一需求的重要手段，本文介紹了安科瑞分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)在鄂托克旗巴音烏蘇六保煤礦5MW分布式光伏項目中的應(yīng)用，通過本文可以了解到針對分布式光伏發(fā)電站的整體方案。
鄂托克旗巴音烏蘇六保煤礦5MW分布式光伏項目（以下簡稱“本項目"）場址位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市六保煤礦排土場，是接入客戶內(nèi)部電網(wǎng)，選擇自發(fā)自用、余電上網(wǎng)的分布式新能源發(fā)電項目。
本項目利用煤礦廠區(qū)內(nèi)閑置排土場安裝光伏組件，排土場總面積約4.6萬平方米，工程實際安裝容量4.9995MWp。光伏組件經(jīng)逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電后，分別接至1#、2#箱變低壓開關(guān)柜，經(jīng)箱變升壓后以2路集電線路匯入新增電纜分支箱，由電纜分支箱以1回集電線路送出至新增10KV升壓站，根據(jù)接入系統(tǒng)方案，開關(guān)站新出1回10kV電纜線路，接至10kV原配電室備用開關(guān)進(jìn)行并網(wǎng)。
本項目致力于打造一套智能的分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)。通訊管理機(jī)實現(xiàn)設(shè)備間通信與數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控，Acrel-1000DP軟件采集分析光伏數(shù)據(jù)，通過界面直觀展示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，繼電保護(hù)裝置確保設(shè)備安全，電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置監(jiān)測電網(wǎng)情況，遠(yuǎn)動上傳設(shè)備完成數(shù)據(jù)無線安全上送。
本項目光伏接入鄂托克旗東辰匯通礦業(yè)有限責(zé)任公司10kV配電室，進(jìn)線電源為110kV盤山變913備用線。分布式光伏電站組件采用平鋪設(shè)計，使用單晶硅組件550Wp組件9090片，320kW組串式并網(wǎng)型逆變器13臺，2500kVA變壓器2臺，總?cè)萘繛?/span>5000kVA。
1#箱變光伏發(fā)電子單元系統(tǒng)中，裝機(jī)容量為22688.4KWp，由4888塊光伏組件組成188個組串，每25/27/28路組串接至1臺光伏逆變器，共7臺逆變器；2#箱變光伏發(fā)電子單元系統(tǒng)中，裝機(jī)容量為2311.1KWp，由4202塊光伏組件組成159個組串，每26/27/28路組串接至1臺光伏逆變器，共6臺逆變器。
圖2.1 光伏接入系統(tǒng)示意圖
圖2.2 1#箱變光伏發(fā)電子系統(tǒng)圖
圖2.3 2#箱變光伏發(fā)電子系統(tǒng)圖
圖2.4 光伏組件布置圖
本項目建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，所發(fā)電量為自發(fā)自用、余電上網(wǎng)的模式，光伏發(fā)電經(jīng)逆變器、箱變升壓至10kV，并網(wǎng)接入10kV電網(wǎng)原有線路。10kV配電部分新建10KV光伏進(jìn)線柜1回，10kV光伏并網(wǎng)柜1回、10kV計量柜1回，10kVPT柜部分二次線。
本項目以Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)為核心，結(jié)合一系列設(shè)備和技術(shù)，搭配組屏、就地安裝的繼電保護(hù)裝置、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、通訊管理機(jī)以及遠(yuǎn)動上傳調(diào)度的相關(guān)設(shè)備和煙霧傳感器，形成了一個集成化的綜合監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅能夠直觀地掌握光伏電站的運(yùn)行狀態(tài)和發(fā)電效率，還能對發(fā)電線路進(jìn)行實時監(jiān)測和故障保護(hù)，確保設(shè)備的安全運(yùn)行，降低因故障帶來的經(jīng)濟(jì)損失；電能在線監(jiān)測裝置可以及時發(fā)現(xiàn)并記錄電壓波動、諧波等問題；此外項目還配備了煙霧傳感器，實時監(jiān)測配電房內(nèi)潛在的火災(zāi)威脅，并在煙霧濃度觸發(fā)報警時上傳信息到后臺系統(tǒng)。
1）線路保護(hù)裝置
線路保護(hù)裝置主要功能是確保電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。裝置實時監(jiān)測電流、電壓等電氣參數(shù)，一旦檢測到異常，如過載、短路或接地故障，線路保護(hù)裝置會迅速切斷電源，從而防止設(shè)備損壞和火災(zāi)風(fēng)險。
2）防孤島裝置
防孤島裝置其主要功能是防止在電網(wǎng)故障或異常情況下，光伏發(fā)電站與主電網(wǎng)隔離而形成孤島現(xiàn)象，孤島現(xiàn)象會導(dǎo)致局部電力供應(yīng)不穩(wěn)定，甚至引發(fā)安全隱患。防孤島裝置通過實時監(jiān)測電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，檢測電流、電壓、頻率等參數(shù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，能夠迅速切斷孤島區(qū)域與主電網(wǎng)的連接，確保電力系統(tǒng)的整體安全與穩(wěn)定。此外，防孤島裝置還具備自恢復(fù)功能，在故障排除后，可以自動恢復(fù)與主電網(wǎng)的連接，確保電力供應(yīng)的連續(xù)性，此裝置為光伏并網(wǎng)提供了安全的環(huán)境。
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(jìn)行準(zhǔn)確測量和記錄。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(jìn)建議。
1）對時裝置
全球定位系統(tǒng)（GPS）和中國的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)通過提供高精度的時間信號，幫助系統(tǒng)實現(xiàn)設(shè)備間的協(xié)調(diào)與同步，降低了因時間誤差引發(fā)的故障風(fēng)險，方便分析問題時可以準(zhǔn)確定位。
2）縱向加密裝置
縱向加密裝置提升了數(shù)據(jù)上傳的安全性。通過采用加密技術(shù)，縱向加密裝置能夠有效保護(hù)電力數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全，防止數(shù)據(jù)被惡意篡改或竊取。
3）遠(yuǎn)動通訊管理機(jī)
遠(yuǎn)動通訊管理機(jī)是一種用于監(jiān)控和控制遠(yuǎn)程設(shè)備的專業(yè)設(shè)備，其主要功能包括數(shù)據(jù)采集、實時監(jiān)測、故障報警和遠(yuǎn)程控制等。通過與各類傳感器和執(zhí)行器的連接，遠(yuǎn)動通訊管理機(jī)能夠?qū)崟r獲取設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)，為用戶提供數(shù)據(jù)信息支持。該設(shè)備也具備強(qiáng)大的通訊功能，能夠通過多種通訊協(xié)議與系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)對設(shè)備的遠(yuǎn)程管理和故障診斷。
該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用分層分布式，整個系統(tǒng)分成站控層、通信管理層和間隔層，在站控層、通信管理層及網(wǎng)絡(luò)失效的情況下，間隔層仍能獨(dú)立完成間隔層的監(jiān)測和斷路器控制功能。
站控層設(shè)備負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的集中監(jiān)控，一般由主機(jī)、打印機(jī)以及其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成。
通訊管理層負(fù)責(zé)與間隔層設(shè)備通訊并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，對數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、發(fā)送。通訊管理機(jī)是全系統(tǒng)信息的中心，通訊管理機(jī)采用與繼電保護(hù)裝置同一品牌的設(shè)備。
間隔層配置具備測控、保護(hù)及通訊功能的繼電保護(hù)裝置，可以直接安裝在開關(guān)柜或者組屏安裝，各繼電保護(hù)裝置和通訊管理層以開放型總線式標(biāo)準(zhǔn)通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息交換和完成各項指令。
圖4.1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)示意圖
項目配置設(shè)備清單如下表所示：
表4.1 方案設(shè)備列表
系統(tǒng)通過實時采集光伏發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括光伏組件的輸出電壓、電流、功率、發(fā)電量以及環(huán)境參數(shù)如溫度、濕度、光照強(qiáng)度等，實現(xiàn)對光伏電站的監(jiān)控。能夠通過分析處理，提供實時的性能評估和故障診斷，確保光伏系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，同時支持遠(yuǎn)程調(diào)度與維護(hù)，大大提升了光伏電站的管理效率和安全性能。
圖5.1 光伏監(jiān)控界面
系統(tǒng)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(jìn)行持續(xù)監(jiān)測，使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。在供電系統(tǒng)主界面上應(yīng)能實時顯示各電能質(zhì)量監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)測點(diǎn)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(fù)序/零序電壓值、三相電流不平衡度百分比和正序/負(fù)序/零序電流值。
圖5.2 電能質(zhì)量穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測界面
逆變器數(shù)據(jù)監(jiān)測功能是光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵組成部分，它負(fù)責(zé)收集、分析和處理逆變器的運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括電壓、電流、功率和溫度等參數(shù)，以確保光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和性能。通過數(shù)據(jù)監(jiān)測，用戶可以及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)異常，進(jìn)行故障診斷與維護(hù)，提高系統(tǒng)的整體效率與可靠性。
圖5.3 逆變器監(jiān)測界面
隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的智能監(jiān)控解決方案被應(yīng)用于分布式光伏發(fā)電領(lǐng)域，推動其向更智能的方向發(fā)展。Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)通過實時采集、分析和處理光伏發(fā)電站的數(shù)據(jù)，對整個發(fā)電過程進(jìn)行監(jiān)控和管理，確保發(fā)電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，同時，該系統(tǒng)還具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力，可以為運(yùn)營維護(hù)提供科學(xué)依據(jù)，優(yōu)化光伏發(fā)電的整體性能，這不僅提升了光伏發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益，也為可再生能源的廣泛應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)
[1] 謝誼.我國光伏產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與可持續(xù)發(fā)展策略研究[J].工程技術(shù):全文版, 2016(5):00220-00220.
[2] 黃曉明.分布式光伏并網(wǎng)中電能質(zhì)量的監(jiān)測及改善研究[D].華北電力大學(xué),2014.DOI:10.7666/d.Y2658373.
[3] 韓智海.分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)電能質(zhì)量分析[D].山東大學(xué),2014.
