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Technical articles安科瑞分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)
在上海寶鋼阿賽洛激光拼焊有限公司
屋頂光伏發(fā)電(二期)項目中應(yīng)用
吳柯霓
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘 要:隨著“雙碳"目標的提出,開發(fā)利用可再生能源已成為必然趨勢。新能源發(fā)電作為能源利用的一種重要形式,已經(jīng)受到越來越多的關(guān)注。相對于大容量、高電壓、遠距離輸送的集中發(fā)電方式,分布式光伏具有容量小、電壓低、就地消納等優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用,近年來呈現(xiàn)跨越式發(fā)展趨勢,研究分布式光伏接入對配電網(wǎng)的影響,對于提升電網(wǎng)及人身安全具有重要意義。本文以分布式光伏為研究對象,結(jié)合工程實例,研究了分布式光伏接入配電網(wǎng)的電氣二次配置以及通信管理。
關(guān)鍵詞:新能源發(fā)電;分布式光伏;電氣二次配置;通信管理
上海寶鋼阿賽洛激光拼焊有限公司屋頂光伏發(fā)電項目(二期)(以下簡稱“本項目")是響應(yīng)國家“優(yōu)化能源結(jié)構(gòu),提供更加清潔、可靠的能源"的號召,投資建設(shè)的分布式光伏發(fā)電應(yīng)用示范項目。
本項目位于上海寶鋼阿賽洛激光拼焊有限公司廠區(qū)內(nèi),利用現(xiàn)有廠房屋頂建設(shè)分布式光伏發(fā)電項目,總建設(shè)規(guī)模約為712.8kWp。本項目投資方為上海寶鋼節(jié)能環(huán)保技術(shù)有限公司,光伏發(fā)電組件位于上海市嘉定區(qū)安亭鎮(zhèn)百安公路1369號,通過用戶配電站接入公共電網(wǎng),屬于上海市電力公司嘉定供電公司管理范圍。
本文介紹光伏電站接入系統(tǒng)方案的論證,系統(tǒng)繼電保護及安全自動裝置、系統(tǒng)通信、系統(tǒng)調(diào)度自動化方案研究等。
圖 項目現(xiàn)場驗收圖
現(xiàn)有用戶配電站為10kV用戶變,站內(nèi)3臺10kV變壓器,變壓器容量為1250+1250+1600kVA。用戶變壓器通過10kV“31本4阿賽洛"線接入10kV本特開關(guān)站二段母線,再接入110kV百安10kV四段母線。現(xiàn)已投運光伏1200kWp。
現(xiàn)有供電示意圖如下:
圖 用戶配電站現(xiàn)供電示意圖
本項目光伏組件、支架及相關(guān)設(shè)備等安裝在一二期屋面的低跨區(qū)域,鄰接已安裝一期光伏設(shè)備的高跨屋面。一二期產(chǎn)線屋面(低跨)為彩鋼瓦結(jié)構(gòu),屋面板為角馳Ⅲ型結(jié)構(gòu)。整個屋面跨度為55米,長189米,總面積約10000平方米。除去采光帶及排氣通風等設(shè)施,屋面可利用率約75%,而光伏設(shè)備的占用面積約5000平方米。
寶鋼阿賽洛一二期廠房屋面原設(shè)計恒荷載標準值為0.3kN/m2,在本光伏項目中,安裝光伏組件和光伏支架增加恒荷載0.13 kN/m2,經(jīng)計算,屋面檁條及剛架梁柱的部分區(qū)域不滿足強度及穩(wěn)定性要求,需要對屋面檁條以及剛架梁柱的局部區(qū)域進行加固處理。對于屋面檁條,可通過在下方增加隅撐的方式進行加固;對于梁和柱,在不滿足的區(qū)域進行兩側(cè)貼鋼板加固。
圖 光伏組件示意圖
在廠房東側(cè)鄰接的電氣室的外側(cè)綠化帶內(nèi),將安裝本項目的升壓變壓器及并網(wǎng)設(shè)備,采用箱式變電站的形式。箱式變電站占用面積約40平方米。逆變器輸出的交流電升壓至10kV后接入高壓開關(guān)柜,再通過1回出線接入位于1期電氣室的廠區(qū)進線10KV母排,在母排處拼裝高壓并網(wǎng)進線柜,實現(xiàn)并網(wǎng)。設(shè)備位置見以下示意圖,最終布置以詳細設(shè)計完成后出具的施工圖紙為準。
另外在此區(qū)域內(nèi)已安裝有一期光伏電站的組件沖洗水箱,因此將共用沖洗水站,二期將在屋面上擴展安裝沖洗管網(wǎng)。
圖 平面關(guān)系示意圖
本項目規(guī)模約為712.8kWp,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、變壓器等采用國內(nèi)**產(chǎn)品。分布式光伏系統(tǒng)所發(fā)電量采用就地消納,自發(fā)自用,余電上網(wǎng)。本項目光伏發(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進線母線的用戶側(cè),實現(xiàn)并網(wǎng),供廠區(qū)負荷使用。結(jié)合用戶的總廠用變壓器容量(4100KVA)及一期已經(jīng)并網(wǎng)運行的光伏系統(tǒng)總量(1200kW)分析,光伏并網(wǎng)容量不超過廠變?nèi)萘康?0%,再根據(jù)屋面的勘查情況考慮,確定本光伏項目的建造容量為712.8kWp為宜。
本項目配備1臺三相交流800KVA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(guī)范要求。
變壓器一次側(cè)接入自交流匯流柜或低壓接入柜輸出的線路,交流匯流柜負荷開關(guān)兼具通斷保護功能,變壓器二次側(cè)輸出接至10KV進回線,配備開關(guān)柜、PT柜及計量柜,采用預(yù)制艙設(shè)計安裝。開關(guān)柜輸出后經(jīng)1回10KV高壓交流電纜直接接至光伏并網(wǎng)進線柜,進線柜與廠區(qū)10KV進線母線拼接,利用母排連接,具體接入方式以實際設(shè)計為準。
本光伏電站內(nèi)主要電氣設(shè)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(shù)規(guī)程》(GB14285-2006)配置。
1)并網(wǎng)線路繼電保護及安全自動裝置
分布式光伏項目線路發(fā)生短路故障時,線路保護應(yīng)快速動作,瞬時跳開相應(yīng)并網(wǎng)點斷路器,滿足全線故障快速可靠切除故障的要求。安裝光伏發(fā)電項目的用戶變電站10kV母線應(yīng)配置故障解列裝置,實現(xiàn)頻率電壓異常緊急控制功能,跳開相應(yīng)斷路器(專用開關(guān))。
2)防孤島檢測
分布式光伏項目逆變器必須具備快速檢測孤島且監(jiān)測到孤島后立即斷開與電網(wǎng)連接的能力,其防孤島方案應(yīng)與繼電保護配置、安全自動裝置和低電壓檢測裝置等相配合,時間上相匹配。該逆變器防孤島檢測策略應(yīng)符合國家電網(wǎng)的相應(yīng)規(guī)定
逆變器具備極性反接保護、短路保護、低電壓穿越、孤島效應(yīng)保護、過熱保護、過載保護、接地保護等。高壓開關(guān)柜上裝設(shè)測控保護裝置,設(shè)置過電流保護、零序過電流保護。測控保護裝置以通訊方式將所有信息上傳至光伏本地監(jiān)控系統(tǒng)。
本項目光伏電站在故障或異常運行狀態(tài)時能夠迅速斷開與系統(tǒng)的并網(wǎng)連接,停止向電網(wǎng)送電,不會對現(xiàn)有系統(tǒng)的正常運行產(chǎn)生影響。
圖 新建光伏一次圖
本項目光伏電站配置一套綜合自動化系統(tǒng),采用安科瑞電氣股份有限公司所提供的Acrel-Cloud1200分布式光伏電力監(jiān)控系統(tǒng)具有保護、控制、通信、測量等功能,可實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)、開關(guān)站的全功能綜合自動化管理。本項目逆變器、高低壓設(shè)備等狀態(tài)信號都要接入本監(jiān)控系統(tǒng)。
本項目光伏電站監(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,以相對獨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,就地層仍能獨立完成就地各電氣設(shè)備的監(jiān)測。計算機監(jiān)控系統(tǒng)通過遠動工作站GPRS公網(wǎng)與上海市電力公司實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。
站控層由計算機網(wǎng)絡(luò)連接的服務(wù)器、操作員站、遠動站等組成,提供站內(nèi)運行的人機界面,實現(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,并具備與遠方控制中心通信的接口。
就地層設(shè)備由智能測控單元、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)備包括微機保護、防孤島保護、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、故障解列裝置、多功能儀表、逆變器、箱變測控等設(shè)備。它直接采集處理現(xiàn)場的原始數(shù)據(jù),通過網(wǎng)絡(luò)傳送給站控層監(jiān)控主站,同時接收站控層發(fā)來的控制操作命令,經(jīng)過有效性判斷、閉鎖檢測、同步檢測等,最后對設(shè)備進行操作控制。
每個光伏發(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),測控裝置、智能計量表計的數(shù)據(jù),打包后通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)視。
圖 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
項目配置設(shè)備清單如下表所示:
表 方案設(shè)備列表
通過現(xiàn)場測控單元、數(shù)據(jù)采集器采集有關(guān)信息,進行包括對數(shù)據(jù)合理性校驗在內(nèi)的各種預(yù)處理,實時更新數(shù)據(jù)庫,其范圍包括模擬量,數(shù)字量和脈沖量等。
(1)模擬量
模擬量包括電流、電壓、有功、無功、頻率、功率因數(shù)等電量數(shù)據(jù)和日照強度、風速、風向、溫度、濕度、氣壓等非電量數(shù)據(jù)。
(2)數(shù)字量
數(shù)字量采集含逆變器運行狀態(tài)、故障信號,開關(guān)、隔離開關(guān)以及接地刀閘的位置信號,保護動作信號、運行監(jiān)視信號等。
圖9 實時監(jiān)測主界面圖
Acrel-Cloud1200分布式光伏電力監(jiān)控系統(tǒng)報警處理分事故報警和預(yù)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(shè)備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量越限/復(fù)限、計算機站控系統(tǒng)的各個部件、就地單元的狀態(tài)異常等等。
(1)事故報警
事故報警發(fā)生時,公用事故報警器將立即發(fā)出音響報警,監(jiān)控畫面上用顏色改變和閃爍表示該設(shè)備變位,同時顯示紅色報警條文,打印機打印報警條文,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)裝置向遠方控制中心發(fā)送報警信息。事故報警通過手動或自動方式確認。
(2)預(yù)告報警
預(yù)告報警發(fā)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(qū)別于事故報警。能有選擇地向遠方發(fā)送信息。
圖 報警界面圖
能通過顯示器對主要電氣設(shè)備運行參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)進行監(jiān)視,畫面支持雙屏顯示,畫面操作支持無級縮放,可以平滑漫游,具有導(dǎo)游圖功能。具有網(wǎng)絡(luò)拓撲分析功能,能對設(shè)備進行動態(tài)著色,確定帶電設(shè)備的顏色。主要顯示畫面包括:
(1)運行監(jiān)視圖,包括顯示設(shè)備運行狀態(tài)、各主要電氣量(電流、電壓、頻率、有功、無功)、環(huán)境數(shù)據(jù)(氣溫、濕度、氣壓、風速、風向、日照強度等)等的實時值;
(2)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視圖,用圖形方式及顏色變化顯示出計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備配置、連接狀態(tài);
(3)發(fā)電量實時監(jiān)視圖,通過柱狀圖及數(shù)據(jù)表直觀的查看和對比每臺逆變器實時發(fā)電量信息,同時可以通過鏈接查看和對比發(fā)電量曲線;
(4)發(fā)電單元監(jiān)控圖,顯示每個發(fā)電單元詳細信息,允許手動控制、和調(diào)節(jié)每個發(fā)電單元運行工況;
(5)各種保護信息及報表
(6)二次保護配置圖,反映各套保護投切情況、整定值等
(7)控制操作過程記錄及報表
(8)事故追憶記錄報告或曲線、事故順序記錄報表
(9)趨勢曲線圖、棒狀圖
(10)各種統(tǒng)計及功能報表等。
圖 人機界面一次圖
分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)依靠清潔、可再生的特點廣泛應(yīng)用,但發(fā)電量呈顯著的非穩(wěn)定特性,這對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和經(jīng)濟效益構(gòu)成了調(diào)成,因此分布式光伏項目并網(wǎng)時需要接受調(diào)度主站系統(tǒng)的調(diào)控,助力用戶、電網(wǎng)分布式光伏高比例有序并網(wǎng),強化分布式光伏的統(tǒng)一管控,推動分布式光伏和大電網(wǎng)的協(xié)調(diào)運行,搭建數(shù)據(jù)透明、調(diào)控便捷、能源互動的新型分布式新能源調(diào)度管理體系。
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作者介紹:
吳柯霓,女,現(xiàn)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(jiān)控解決方案。