摘 要：分布式光伏發(fā)電能夠?qū)θ找鎳?yán)重的環(huán)境壓力起到有效緩解作用,在當(dāng)前對(duì)環(huán)境保護(hù)需求越來(lái)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(yáng)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(yáng)能資源,能夠有效實(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)展具有有效促進(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)安全穩(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，安全門檔高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)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)及安全自動(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)和安全自動(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)立的安全自動(dòng)裝置。

3）防孤島檢測(cè)及安全自動(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(wú)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(wú)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(lái)的控制操作命令，經(jīng)過有效性判斷、閉鎖檢測(cè)、同步檢測(cè)等，最后對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作控制。

每個(gè)光伏發(fā)電單元配帶無(wú)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)視。

監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

項(xiàng)目配置設(shè)備清單如下表所示：

表 方案設(shè)備列表

安裝位置

型號(hào)

數(shù)量

功能

監(jiān)控主操作機(jī)臺(tái)

Acrel-1000

分布式光伏監(jiān)控主機(jī)

1

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

光伏二次艙

遠(yuǎn)動(dòng)通信屏

ANet-M485

1

本地采集拓展模塊

ANet-2E4SM

1

光伏電站內(nèi)數(shù)據(jù)采集及上傳本地平臺(tái)

ANet-4E16S

1

光伏電站內(nèi)數(shù)據(jù)匯總及上傳調(diào)度中心

衛(wèi)星同步時(shí)間（雙北斗）

1

時(shí)間同步裝置負(fù)責(zé)將這個(gè)時(shí)間信息分發(fā)到變電站內(nèi)的各個(gè)設(shè)備，確保它們的時(shí)間同步

縱向加密認(rèn)證裝置

1

用于電力控制系統(tǒng)安全區(qū) I/II的廣域網(wǎng)邊界保護(hù)，為網(wǎng)關(guān)機(jī)之間的廣域網(wǎng)通信提供具有認(rèn)證、與加密功能的 VPN，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C(jī)密性、完整性保護(hù)

IES618環(huán)網(wǎng)交換機(jī)

2

與箱變測(cè)控通信組環(huán)網(wǎng)

S1224F交換機(jī)

1

站內(nèi)通信組網(wǎng)

光伏二次艙

安全自動(dòng)裝置屏

（1面）

AM6-K公用測(cè)控裝置

1

采集站內(nèi)二次設(shè)備的異常信號(hào)

AM5SE-IS防孤島保護(hù)

1

當(dāng)發(fā)生孤島現(xiàn)象時(shí)，可以快速切除并網(wǎng)點(diǎn)， 使本地與電網(wǎng)側(cè)快速脫離，保證電站和相關(guān)因?yàn)槿藛T安全

APView500PV

電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置

1

采集監(jiān)測(cè)諧波分析、電壓暫升/暫降/中斷、閃變監(jiān)測(cè)、電壓不平衡度、事件記錄、測(cè)量控制

原10kV開關(guān)站光伏

光伏接入柜

AM5SE-F線路保護(hù)測(cè)控裝置

1

三段式過流保護(hù)、反時(shí)限過流保護(hù)、失壓跳閘、過電壓保護(hù)；當(dāng)回路故障時(shí)，用于跳開本柜斷路器，切斷故障

光伏預(yù)制艙

光伏出線柜

AM5SE-F線路保護(hù)測(cè)控裝置

2

三段式過流保護(hù)、反時(shí)限過流保護(hù)、失壓跳閘、過電壓保護(hù)；當(dāng)回路故障時(shí)，用于跳開本柜斷路器，切斷故障

光伏預(yù)制艙

光伏svg柜

AM5SE-C電容保護(hù)測(cè)控裝置

1

兩段式定時(shí)限過流保護(hù)、反時(shí)限過流保護(hù)、兩段式零序過流保護(hù)、過電壓保護(hù)；當(dāng)回路故障時(shí)，用于跳開本柜斷路器，切斷故障

箱變

箱變測(cè)控裝置

1

針對(duì)光伏及風(fēng)能升壓變不同要求，集保護(hù)，測(cè)控，通訊一體化裝置

光伏二次艙

分布式快頻系統(tǒng)屏

(1面)

含一次調(diào)頻及群調(diào)群控

1

新能源電站參與一次調(diào)頻可以改善電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性，提升電力系統(tǒng)緊急情況下頻率支撐能力。

lAGC/AVC控制

光伏二次艙

光功率預(yù)測(cè)屏

(1面)

光功率預(yù)測(cè)屏（含：功率預(yù)測(cè)服務(wù)器、氣象服務(wù)器、反向隔離裝置、防火墻、交換機(jī)、微型氣象站、一年天氣預(yù)報(bào)）

1

實(shí)時(shí)采集站內(nèi)實(shí)際氣象數(shù)據(jù)，彌補(bǔ)外部天氣預(yù)報(bào)的空間分辨率不足，向電網(wǎng)調(diào)度上傳預(yù)測(cè)曲線，幫助消納光伏電力，減少棄光

6. 系統(tǒng)功能

6.1. 通信功能

（1）采集配置

本項(xiàng)目的監(jiān)控系統(tǒng)采用Modbus TCP協(xié)議作為數(shù)據(jù)通信的底層機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遙測(cè)、遙信、遙控及遙設(shè)功能。具體而言，系統(tǒng)通過Modbus TCP網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)采集并監(jiān)控關(guān)鍵設(shè)備的模擬量（遙測(cè)）與狀態(tài)量（遙信），并根據(jù)預(yù)設(shè)邏輯或操作指令，執(zhí)行遠(yuǎn)程控制操作（遙控）以及參數(shù)整定（遙設(shè)），從而構(gòu)建了一個(gè)具備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、控制與參數(shù)配置能力的分布式自動(dòng)化系統(tǒng)。

采集界面

（2）報(bào)文解析

監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備通信情況進(jìn)行報(bào)文監(jiān)視和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)?？砂搭愋秃Y選報(bào)文顯示內(nèi)容，對(duì)錯(cuò)誤報(bào)文進(jìn)行明顯提升，報(bào)文支持導(dǎo)出。

系統(tǒng)通信

6.2. 人機(jī)界面

能通過顯示器對(duì)主要電氣設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，畫面支持雙屏顯示，畫面操作支持無(wú)級(jí)縮放，可以平滑漫游，具有導(dǎo)游圖功能。具有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龉δ?，能?duì)設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)著色，確定帶電設(shè)備的顏色。主要顯示畫面包括：

（1）運(yùn)行監(jiān)視圖，包括顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、各主要電氣量(電流、電壓、頻率、有功、無(wú)功)、環(huán)境數(shù)據(jù)(氣溫、濕度、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向、日照強(qiáng)度等)等的實(shí)時(shí)值；

（2）網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視圖，用圖形方式及顏色變化顯示出計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備配置、連接狀態(tài)；

（3）發(fā)電量實(shí)時(shí)監(jiān)視圖，通過柱狀圖及數(shù)據(jù)表直觀的查看和對(duì)比每臺(tái)逆變器實(shí)時(shí)發(fā)電量信息，同時(shí)可以通過鏈接查看和對(duì)比發(fā)電量曲線；

（4）發(fā)電單元監(jiān)控圖，顯示每個(gè)發(fā)電單元詳細(xì)信息，允許手動(dòng)控制、和調(diào)節(jié)每個(gè)發(fā)電單元運(yùn)行工況；

（5）各種保護(hù)信息及報(bào)表

（6）二次保護(hù)配置圖，反映各套保護(hù)投切情況、整定值等

（7）控制操作過程記錄及報(bào)表

（8）事故追憶記錄報(bào)告或曲線、事故順序記錄報(bào)表

（9）趨勢(shì)曲線圖、棒狀圖

（10）各種統(tǒng)計(jì)及功能報(bào)表等。

人機(jī)界面一次圖

7. 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在開展智能變電站二次系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，需要兼顧當(dāng)前技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)與未來(lái)演進(jìn)方向。具體而言，應(yīng)圍繞智能化技術(shù)應(yīng)用、大數(shù)據(jù)處理能力提升、系統(tǒng)架構(gòu)靈活性增強(qiáng)以及安全防護(hù)體系建設(shè)等關(guān)鍵維度展開深入研究。特別是在新能源高比例并網(wǎng)和電力市場(chǎng)改革深化的新形勢(shì)下，二次系統(tǒng)作為電力自動(dòng)化領(lǐng)域的核心支撐，其戰(zhàn)略地位日益凸顯。因此，在制定優(yōu)化方案時(shí)，既要立足現(xiàn)有技術(shù)條件，又要著眼長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展需求，確保設(shè)計(jì)方案具備適度的技術(shù)前瞻性和可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Α?/p>