安科瑞 耿敏花
摘 要:分布式光伏發(fā)電特指在用戶(hù)場(chǎng)地附近建設(shè),運(yùn)行方式多為自發(fā)自用,余電上網(wǎng),部分項(xiàng)目采用全額上網(wǎng)模式。分布式光伏全額上網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是可以充分利用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量,提高分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的利用率。發(fā)展分布式光伏發(fā)電對(duì)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)“雙碳目標(biāo)"、推動(dòng)節(jié)能減排、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
關(guān)鍵詞:分布式光伏;全額上網(wǎng);“雙碳目標(biāo)"
1.概述
作為全球能源消費(fèi)大國(guó),我國(guó)積極推進(jìn)“雙碳"目標(biāo)發(fā)展,新能源裝機(jī)容量大規(guī)模、爆發(fā)式增長(zhǎng)。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)正向高比例新能源電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。分布式光伏的大規(guī)模接入,會(huì)使配電網(wǎng)面臨電能質(zhì)量下降,供電可靠性安全性不足,調(diào)節(jié)能力下降的挑戰(zhàn)。
光伏發(fā)電具有顯著的能源、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益,是綠色能源之一,在我國(guó)平均日照條件下安裝1千瓦光伏發(fā)電系統(tǒng),1年可發(fā)出1200度電,可減少煤炭(標(biāo)準(zhǔn)煤)使用量約400千克,減少二氧化碳排放約1噸。根據(jù)世界自然基金會(huì)研究結(jié)果:從減少二氧化碳效果而言,安裝1平米光伏發(fā)電系統(tǒng)相當(dāng)于植樹(shù)造林100平米,目前發(fā)展光伏發(fā)電等可再生能源是根本上解決霧霾、酸雨等環(huán)境問(wèn)題的有效手段之一。
本次建設(shè)規(guī)模為5980千瓦分布式光伏發(fā)電,以10KV并入原供電系統(tǒng)。本項(xiàng)目電量結(jié)算原則為:全額上網(wǎng)。項(xiàng)目計(jì)劃2024年3月底建成投產(chǎn)。該企業(yè)光伏電站至公共連接點(diǎn)所有工程由投資建設(shè);該企業(yè)光伏配電室1個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)處裝設(shè)電能質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置;企業(yè)配電室內(nèi)的計(jì)量表、企業(yè)光伏開(kāi)關(guān)室的1個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)裝設(shè)供電公司提供的光伏發(fā)電計(jì)量表。
2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)是指:通過(guò)執(zhí)行規(guī)定功能來(lái)實(shí)現(xiàn)某一給定目標(biāo)的一些相互關(guān)聯(lián)單元的組合,利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信息處理技術(shù)等實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站二次設(shè)備的功能進(jìn)行重新組合、優(yōu)化設(shè)計(jì),對(duì)光伏電站全部設(shè)備的運(yùn)行情況執(zhí)行監(jiān)視、測(cè)量。
系統(tǒng)可分為三層結(jié)構(gòu):即現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和平臺(tái)管理層。
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層:包含AM5SE-K公用測(cè)控裝置、APView500電能質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置、IPC200頻率電壓緊急控制裝置、AM5SSE-IS防孤島保護(hù)裝置、計(jì)量表等設(shè)備,用于采集站內(nèi)配電柜內(nèi)電氣運(yùn)行參數(shù)、開(kāi)關(guān)狀態(tài)等數(shù)據(jù),在10kV變電所配置直流電源,保障現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備良好的運(yùn)行環(huán)境。
網(wǎng)絡(luò)通訊層:包含ANet-2E4SM智能網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)主動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù),并可進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換,數(shù)據(jù)存儲(chǔ),采集數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)口上傳至通信室分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)平臺(tái);同時(shí)網(wǎng)關(guān)充當(dāng)遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置,將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集后通過(guò)交換機(jī)經(jīng)縱向加密數(shù)據(jù)加密后上傳調(diào)度網(wǎng)。
平臺(tái)管理層:分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)、國(guó)網(wǎng)荊州供電公司調(diào)度控制中心平臺(tái)。
圖1 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
3.解決方案
本項(xiàng)目園區(qū)采用10kV供電,有一處電源接入點(diǎn)。
該項(xiàng)目為一般廠(chǎng)房用電,按四級(jí)負(fù)荷要求供電,10kV采用單母線(xiàn)接線(xiàn)方式。該項(xiàng)目采用“全額上網(wǎng)"模式,利用原有的電源點(diǎn)作為光伏高壓并網(wǎng)點(diǎn)并入電網(wǎng)端,并網(wǎng)點(diǎn)設(shè)置集電線(xiàn)路柜,站用變柜,SVG柜,PT柜,計(jì)量柜,并網(wǎng)出線(xiàn)柜。新增的光伏系統(tǒng)配置自動(dòng)化系統(tǒng),實(shí)時(shí)采集并網(wǎng)信息,信息上傳至當(dāng)?shù)卣{(diào)控中心DMS系統(tǒng)。光伏發(fā)電逆變器電源電壓,經(jīng)室內(nèi)升壓變升壓至10kV后,通過(guò)高壓電纜接入新增的10kV光伏高壓柜,并入原10kV市電高壓柜。
圖2 光伏電站一次系統(tǒng)圖
3.1.方案綜述
本次工程為5.98MWp的分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目,項(xiàng)目采用“全額上網(wǎng)"模式。根據(jù)用戶(hù)配電系統(tǒng)管理需求,需要對(duì)10kV開(kāi)關(guān)柜、光伏逆變器、交直流系統(tǒng)等進(jìn)行全方面監(jiān)控與保護(hù),及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障故障,保證配電系統(tǒng)可靠運(yùn)行。
在光伏配電室配置一套Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng),通過(guò)通信管理機(jī)及網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)實(shí)時(shí)采集各個(gè)光伏配電間的繼電保護(hù)裝置、電能質(zhì)量、安全自動(dòng)裝置、光伏逆變器等二次設(shè)備數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)整個(gè)廠(chǎng)區(qū)供配電系統(tǒng)的電力監(jiān)控與自動(dòng)化管理。
在各個(gè)配電室配置一套直流電源系統(tǒng)(帶蓄電池)和UPS電源,為整個(gè)光伏電站的斷路器執(zhí)行機(jī)構(gòu)、二次設(shè)備及監(jiān)控主機(jī)等重要設(shè)備運(yùn)行提供穩(wěn)定可靠的電源。
在每間光伏配電室光伏計(jì)量柜配置關(guān)口計(jì)量電能表、并網(wǎng)電能表,用于光伏發(fā)電計(jì)費(fèi)補(bǔ)償。
本項(xiàng)目采用有線(xiàn)的方式,通過(guò)光伏縱向加密上傳到荊州供電公司通信機(jī)房,并接入配網(wǎng)主站。一面遠(yuǎn)動(dòng)通訊屏,遠(yuǎn)動(dòng)通訊屏配置數(shù)據(jù)1臺(tái)綜自網(wǎng)關(guān)、1臺(tái)交換機(jī)、1臺(tái)GPS時(shí)鐘、1臺(tái)正向隔離裝置,一臺(tái)模塊化智能網(wǎng)關(guān)和三個(gè)485拓展模塊。1臺(tái)頻率電壓緊急控制裝置。
3.2.技術(shù)方案
3.2.1.繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置需求
分布式電源繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置配置符合相關(guān)繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)程、運(yùn)行規(guī)程和反事故措施的規(guī)定,裝置定值應(yīng)與電網(wǎng)繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置配合整定,防止發(fā)生繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置誤動(dòng)、拒動(dòng),確保人身、設(shè)備和電網(wǎng)安全。10kV接入的分布式電源,保護(hù)和安全自動(dòng)裝置配置還應(yīng)滿(mǎn)足《分布式電源涉網(wǎng)保護(hù)技術(shù)規(guī)范》(Q/GDW11198)的要求。
1.線(xiàn)路保護(hù)測(cè)控裝置:光伏電站線(xiàn)路發(fā)生短路故障時(shí),線(xiàn)路保護(hù)能快速動(dòng)作,瞬時(shí)跳開(kāi)相應(yīng)并網(wǎng)點(diǎn)斷路器,滿(mǎn)足全線(xiàn)故障時(shí)快速可靠切除故障的要求。為保障供電可靠性,減少停電范圍,在高壓配電室光伏并網(wǎng)出線(xiàn)柜、高壓配電室1#光伏集電線(xiàn)路柜、高壓配電室2#光伏集電線(xiàn)路柜各配置1套帶方向過(guò)流保護(hù)。
2.電容器保護(hù)裝置:在高壓配電室10kVSVG柜,裝設(shè)1套電容器保護(hù)裝置,實(shí)現(xiàn)欠電壓,過(guò)電壓,零序電壓,不平衡電壓保護(hù),異常緊急控制功能,跳開(kāi)電容器斷路器。
3.頻率電壓緊急控制裝置:實(shí)現(xiàn)變電站低周低壓減載控制,具有測(cè)量?jī)啥文妇€(xiàn)或兩條聯(lián)絡(luò)線(xiàn)的電壓、頻率,作為判別依據(jù)。
4.公共測(cè)控裝置:適用于中壓配電系統(tǒng)的進(jìn)線(xiàn)、大容量主變壓器出線(xiàn)回路,實(shí)現(xiàn)電參量遙測(cè)、開(kāi)關(guān)狀態(tài)與告警信號(hào)遙信功能。
5.防孤島保護(hù)裝置:針對(duì)電網(wǎng)失壓后分布式電源可能繼續(xù)運(yùn)行、且向電網(wǎng)線(xiàn)路送電的情況提出。孤島運(yùn)行一方面危及電網(wǎng)線(xiàn)路維護(hù)人員和用戶(hù)的生命安全,干擾電網(wǎng)的正常合閘;另一方面孤島運(yùn)行電網(wǎng)中的電壓和頻率不受控制,將對(duì)配電設(shè)備和用戶(hù)設(shè)備造成損壞。防孤島裝置應(yīng)具備線(xiàn)路故障時(shí),確保電源能及時(shí)斷開(kāi)與電網(wǎng)連接,確保重合閘能正確動(dòng)作。
6.光伏電站本體應(yīng)具備故障和異常工作狀態(tài)報(bào)警和保護(hù)的功能。
7.光伏電站應(yīng)支持調(diào)度機(jī)構(gòu)開(kāi)展"四遙"(遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào))應(yīng)用功能。
8.恢復(fù)并網(wǎng):當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)因電網(wǎng)擾動(dòng)脫網(wǎng)后,在電網(wǎng)電壓和頻率恢復(fù)到正常運(yùn)行范圍之前,光伏發(fā)電系統(tǒng)不允許并網(wǎng);在電網(wǎng)電壓和頻率恢復(fù)正常后,通過(guò)10kV電壓等級(jí)并網(wǎng)的分布式電源恢復(fù)并網(wǎng)應(yīng)經(jīng)過(guò)電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)的允許。
9.系統(tǒng)繼電保護(hù)應(yīng)使用專(zhuān)用的電流互感器和電壓互感器的二次繞組,電流互感器準(zhǔn)確級(jí)宜采用5P、10P級(jí),電壓互感器準(zhǔn)確級(jí)宜采用0.5、3P級(jí)。
10.光伏電站內(nèi)需配置直流電源屏(帶蓄電池)和UPS電源,供新配置的保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、電能質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置等設(shè)備使用。
3.2.2.調(diào)度自動(dòng)化需求
光伏電站投運(yùn)后,由市調(diào)調(diào)度,并由市級(jí)供電公司對(duì)運(yùn)行進(jìn)行管理。因此,需建立光伏電站至市調(diào)的調(diào)度通信以及遠(yuǎn)動(dòng)等信息和數(shù)據(jù)傳輸通道。
10kV光伏電站本體需配置配電自動(dòng)化終端監(jiān)控系統(tǒng),具備與電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)進(jìn)行雙向通信的能力,能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制功能,應(yīng)能接收、執(zhí)行調(diào)度端遠(yuǎn)方控制解/并列、啟停和發(fā)電功率的指令,具備群調(diào)群控及遠(yuǎn)動(dòng)功能,有關(guān)光伏電站本體信息的采集、處理采用監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)完成,具備符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議的遠(yuǎn)傳功能。光伏電站配電自動(dòng)化終端監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集并網(wǎng)運(yùn)行信息,主要包括主斷路器狀態(tài)、并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)狀態(tài)(具備遙控功能)、并網(wǎng)點(diǎn)電壓和電流、光伏發(fā)電系統(tǒng)有功功率和無(wú)功功率、光伏發(fā)電量、頻率等,上傳至市供電公司配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)主站,當(dāng)調(diào)度端對(duì)分布式電源有功功率和無(wú)功電壓有控制要求時(shí),就地監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能夠接收和執(zhí)行上級(jí)調(diào)度主站系統(tǒng)的控制命令。
站內(nèi)對(duì)時(shí)方式:分布式電源10kV接入時(shí),應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)時(shí)功能,可采用北斗對(duì)時(shí)方式、GPS對(duì)時(shí)方式或網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)方式。
3.2.3.電能計(jì)量需求
根據(jù)Q/GDW10347-2016《電能計(jì)量裝置通用設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定,本項(xiàng)目需設(shè)置關(guān)口計(jì)量電能表、并網(wǎng)電能表,用于光伏發(fā)電計(jì)費(fèi)補(bǔ)償。
3.2.4.電能質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)需求
根據(jù)Q/GDW10651—2015《電能質(zhì)量評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》的相關(guān)要求;通過(guò)10(6)kV~35kV電壓等級(jí)并網(wǎng)的變流器類(lèi)型電源應(yīng)在公共連接點(diǎn)裝設(shè)滿(mǎn)足GB/T19862要求的電能質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置,以滿(mǎn)足接入福建電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)子站通信機(jī)的接入規(guī)范,對(duì)電壓、頻率、諧 波、功率因數(shù)等電能質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè),電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)至少保存一年。
光伏電站應(yīng)滿(mǎn)足《國(guó)網(wǎng)湖北電力做好中低壓分布式電源接入系統(tǒng)優(yōu)質(zhì)服務(wù)指導(dǎo)意見(jiàn)》有關(guān)電能質(zhì)量要求的規(guī)定,當(dāng)接入配電網(wǎng)的分布式電源導(dǎo)致公共連接點(diǎn) 電能質(zhì)量不滿(mǎn)足相關(guān)要求時(shí),運(yùn)營(yíng)管理方應(yīng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)采取改善電能質(zhì)量措施,未采取治理措施或采取改善措施后電能質(zhì)量仍無(wú)法滿(mǎn)足要求時(shí),電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)管理部門(mén)采取斷開(kāi)該分布式電源管控措施,直至電能質(zhì)量滿(mǎn)足要求時(shí)方可重新并網(wǎng)。
通過(guò)10KV電壓等級(jí)并網(wǎng)的分布式電源,應(yīng)具備低電壓穿越能力和高電壓穿越能力,高低 電壓穿越的考核曲線(xiàn)應(yīng)滿(mǎn)足現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范要求。
通過(guò)10(6)kV~35kV電壓等級(jí)并網(wǎng)的分布式電源,應(yīng)在并網(wǎng)運(yùn)行后6個(gè)月內(nèi)向市供電公司提供運(yùn)行特性檢測(cè)報(bào)告,檢測(cè)結(jié)果應(yīng)符合Q/GDW10651—2015《電能質(zhì)量評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》的相關(guān)要求。分布式電源接入電網(wǎng)的檢測(cè)點(diǎn)為電源并網(wǎng)點(diǎn),應(yīng)由具有相應(yīng)資質(zhì)的單位或部門(mén)進(jìn)行檢測(cè),并在檢測(cè)前將檢測(cè)方案報(bào)市供電公司調(diào)控中心備案。
在新(擴(kuò))建諧波源用戶(hù)投運(yùn)后,市供電公司營(yíng)銷(xiāo)部組織對(duì)用戶(hù)諧波進(jìn)行測(cè)試。如發(fā)現(xiàn)評(píng)估不超標(biāo)而實(shí)測(cè)超標(biāo)的用戶(hù),市供電公司營(yíng)銷(xiāo)部應(yīng)對(duì)該用戶(hù)下發(fā)諧波整改通知,及時(shí)落實(shí)用戶(hù)諧波治理措施。
3.3.配置設(shè)備清單
表1我司提供方案設(shè)備列表
3.4.現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用圖
圖3 光伏電站屏柜布置圖
圖4 光伏電站監(jiān)控主機(jī)臺(tái)布置圖
圖5 安全自動(dòng)裝置屏柜布置圖
4.系統(tǒng)功能
4.1.實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面友好,能夠以配電一次圖的形式直觀(guān)顯示配電線(xiàn)路的運(yùn)行狀態(tài),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息,動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號(hào)。同時(shí)可以設(shè)計(jì)整體界面,供用戶(hù)選擇對(duì)應(yīng)配電房對(duì)應(yīng)光伏組件或高壓部分進(jìn)行查看。
圖6 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主界面圖
4.2.電能質(zhì)量監(jiān)視
在電能質(zhì)量監(jiān)控圖中,可以直接查看電流電壓總有效值、電壓波動(dòng)、電壓總畸變、正反向有功電能、有功、無(wú)功功率等電能質(zhì)量信息??梢愿鶕?jù)這些信息監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)電能的質(zhì)量,及時(shí)的做出應(yīng)對(duì)方案。
圖7 電能質(zhì)量監(jiān)視界面圖
4.3.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài),能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);可在線(xiàn)診斷設(shè)備通信狀態(tài),發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。
圖8站內(nèi)設(shè)備系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
4.4.曲線(xiàn)查詢(xún)
在曲線(xiàn)查詢(xún)界面可以直接查看各電參量曲線(xiàn),包括三相電流、三相電壓、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)等曲線(xiàn)。
圖9曲線(xiàn)查詢(xún)界面圖
4.5.直流屏光字牌
在曲線(xiàn)查詢(xún)界面可以直接查看各電參量曲線(xiàn),包括三相電流、三相電壓、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)等曲線(xiàn)。
圖10光字牌界面圖
5.結(jié)語(yǔ)
在“雙碳"背景下,隨著分布式新能源的廣泛建設(shè),高滲透率分布式光伏接入配電網(wǎng)后勢(shì)必產(chǎn)生的電壓?jiǎn)栴},因此在促進(jìn)分布式光伏并網(wǎng)過(guò)程中需要一套安全可靠的分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)解決方案,為用戶(hù)、電網(wǎng)助力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]韓肖清,李廷鈞,張東霞,等.雙碳目標(biāo)下的新型電力系統(tǒng)規(guī)劃問(wèn)題及關(guān)鍵技術(shù)[J].高電壓技術(shù),2021,47(9):3036-3046.
[2]陳國(guó)平,李明節(jié),魯宗相,等.關(guān)于新能源發(fā)展的技術(shù)瓶頸研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2018,38(7):1893-1904+2205
[3] 田由甲,戴彬,郭剛,等.分布式光伏并網(wǎng)方式及數(shù)據(jù)采集與控制的方式綜述[J].2023,4(3)