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光伏監控系統在某智能裝備有限公司5.98MW分布式光伏10KV并網(wǎng)系統的應用

點(diǎn)擊次數:259更新時(shí)間:2024-05-16

安科瑞 劉秋霞

摘要:隨著(zhù)全球對可再生能源的需求不斷增長(cháng),太陽(yáng)能作為一種清潔、可持續的能源技術(shù),得到了越來(lái)越廣泛的應用。本項目通過(guò)在屋頂安裝光伏組件,將太陽(yáng)能轉化為電能,然后通過(guò)逆變器將直流電轉換為交流電,將電能全部并入電網(wǎng),構建了一個(gè)總容量為5.98WM的分布式光伏10kV并網(wǎng)系統,以實(shí)現太陽(yáng)能的有效利用和并網(wǎng)發(fā)電。該項目采用全額上網(wǎng)的方式,分布式光伏發(fā)電具有環(huán)保、節能、可再生等優(yōu)點(diǎn),能夠有效地減少二氧化碳等溫室氣體的排放,同時(shí)還能夠為用戶(hù)帶來(lái)一定的經(jīng)濟效益。

 

關(guān)鍵詞:分布式光伏;全額上網(wǎng);節能、環(huán)保;

1. 概述

太陽(yáng)能可利用量巨大,據估算一年內到達地球表面的太陽(yáng)能總量折合標準煤共約1.892*1013千億噸,是目前世界已探明主要能源的一萬(wàn)倍。大力開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能、風(fēng)能等新能源和可再生能源利用技術(shù)將成為減少環(huán)境污染的重要措施。

分布式光伏發(fā)電特指采用光伏組件,將太陽(yáng)能直接轉換為電能的分布式發(fā)電系統。[3]分布式光伏運行方式分為全額上網(wǎng)、自發(fā)自用、自發(fā)自用余電上網(wǎng)三種運行方式,本項目采用全額上網(wǎng)的運行方式,此運行方式將所發(fā)電量全部用于上網(wǎng)。

本項目采用光伏組件,總容量為5.98WM,本項目電量結算原則為:全額上網(wǎng)。項目計劃2024年3月底建成投產(chǎn)。選用Acrel光伏二次設計方案,利用光伏監控系統具備智能監控、保護裝置具有穩定可靠等特點(diǎn)。配置適配的逆變器,將光伏組件產(chǎn)生的直流電轉換為交流電,以滿(mǎn)足并網(wǎng)要求。本項目的實(shí)施將為當地提供清潔、可再生的電力能源,有助于減少對傳統能源的依賴(lài),降低碳排放。

2. 系統結構

本項目modbus485和IEC60303-3-103相結合的方式對數據進(jìn)行采集傳輸?,F場(chǎng)設備層的四套并網(wǎng)逆變器、匯流箱、箱變測控裝置分別利用modbus485將數據傳輸到光伏發(fā)電單監控裝置,通過(guò)光纖將數據傳輸到網(wǎng)絡(luò )通訊層的縱向加密裝置進(jìn)行是數據的傳輸,放置在二次艙的網(wǎng)絡(luò )通信柜中的通訊管理機、公用測控及電能質(zhì)量柜中的測控裝置、電能質(zhì)量裝置、頻率電壓緊急控制柜的頻率電壓緊急控制裝置利用網(wǎng)線(xiàn)連接到交換機,10kv就地分散保護裝置主要布置在一次艙利用裝置自身攜帶的網(wǎng)口全部連接到間隔層以太網(wǎng)交換機,再由以太網(wǎng)交換機傳輸到站控層交換機由此完成數據從間隔層到站控層的傳輸。

項目對時(shí):本項目采用GPS與北斗兩種衛星進(jìn)行對時(shí),保證了項目設備對時(shí)的準確性。對時(shí)裝置分別利用以太網(wǎng)連接入站控層交換機從而完成對站控層監控室裝置與遠動(dòng)上傳裝置的對時(shí),利用IRIG-B通過(guò)接線(xiàn)的方式對一次艙二次艙的保護裝置進(jìn)行對時(shí),保證設備時(shí)間的一致。

操作員兼五防工作站:配備了一套變電站綜合自動(dòng)化系統軟件(Acrel-1000DP光伏監控系統)在windows操作系統的環(huán)境下實(shí)現了對現場(chǎng)保護設備和儀表設備的數據監視與管理,可以實(shí)時(shí)監測分布式光伏發(fā)電系統的電壓、電流、功率等參數,可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )將數據傳輸到監控中心。遠程控制:可以通過(guò)監控中心對分布式光伏發(fā)電系統進(jìn)行遠程控制,如逆變器開(kāi)關(guān)機、調節功率等。數據分析:可以對監測到的數據進(jìn)行分析,如發(fā)電量、能耗等,為用戶(hù)提供決策支持。報警功能:可以設置報警閾值,當系統出現異常情況時(shí),會(huì )及時(shí)發(fā)出報警信號,提醒用戶(hù)進(jìn)行處理。兼容性強:可以與多種品牌的逆變器和數據采集器兼容,方便用戶(hù)進(jìn)行系統集成等特點(diǎn)配置五防工作站保證操作人員的人身的安全防止在操作時(shí)電氣誤操作確保變電站的安全運行。包括防止誤分、合斷路器防止帶負荷分、合隔離開(kāi)關(guān)等確保了操作的安全性。項目還配備了光功率預測服務(wù)器,在數據的傳輸中加入防火墻確保數據的安全。

 

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圖1 監控系統網(wǎng)絡(luò )結構圖

3. 項目概況

該項目采用“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)設置集電線(xiàn)路柜,站用變柜,SVG柜,PT柜,計量柜,并網(wǎng)出線(xiàn)柜。新增的光伏系統配置自動(dòng)化系統,實(shí)時(shí)采集并網(wǎng)信息,信息上傳至當地調控中心DMS系統。光伏發(fā)電逆變器電源電壓,經(jīng)室內升壓變升壓至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。

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圖2 光伏電站一次系統圖

3.1. 客戶(hù)需求

3.1.1. 繼電保護及安全自動(dòng)裝置需求

繼電保護及安全自動(dòng)裝置是電力系統中的重要組成部分,其主要作用是保護電力設備和電力系統的安全穩定運行。需要滿(mǎn)足以下要求:

1.可靠性:繼電保護及安全自動(dòng)裝置應具有高度的可靠性,能夠在電力系統出現故障時(shí)及時(shí)、準確地動(dòng)作,以保護電力設備和電力系統的安全。

2.選擇性:繼電保護及安全自動(dòng)裝置應具有選擇性,能夠準確地判斷故障點(diǎn),并僅對故障點(diǎn)附近的電力設備進(jìn)行保護,避免不必要的停電范圍。

3.靈敏性:繼電保護及安全自動(dòng)裝置應具有靈敏性,能夠在電力系統出現故障時(shí)及時(shí)動(dòng)作,以保護電力設備和電力系統的安全。

4.速動(dòng)性:繼電保護及安全自動(dòng)裝置應具有速動(dòng)性,能夠在電力系統出現故障時(shí)快速動(dòng)作,以縮短故障時(shí)間,減少故障損失。

5.適應性:繼電保護及安全自動(dòng)裝置應具有適應性,能夠適應不同的電力系統運行方式和故障類(lèi)型,以保證其在各種情況下的可靠性和有效性。

6.可維護性:繼電保護及安全自動(dòng)裝置應具有可維護性,能夠方便地進(jìn)行維護和檢修,以保證其長(cháng)期穩定運行。

3.1.2. 電能質(zhì)量在線(xiàn)監測需求

光伏項目電能質(zhì)量在線(xiàn)監測的需求包括實(shí)時(shí)監測、數據分析和報警、數據存儲和查詢(xún)、遠程監測和控制、兼容性和擴展性以及安全性和可靠性等方面。以下是光伏項目電能質(zhì)量在線(xiàn)監測的需求:

1.實(shí)時(shí)監測:需要實(shí)時(shí)監測光伏項目的電能質(zhì)量,包括電壓、電流、頻率、功率因數等參數,以及電能質(zhì)量指標如諧波、閃變、電壓暫降等。

2.數據分析和報警:需要對監測到的數據進(jìn)行分析和處理,及時(shí)發(fā)現電能質(zhì)量問(wèn)題,并發(fā)出報警信號,以便及時(shí)采取措施解決問(wèn)題。

3.數據存儲和查詢(xún):需要對監測到的數據進(jìn)行存儲和管理,以便后續查詢(xún)和分析。

4.遠程監測和控制:需要支持遠程監測和控制,方便管理人員隨時(shí)隨地了解光伏項目的電能質(zhì)量情況,并進(jìn)行遠程控制和調整。

5.兼容性和擴展性:需要具備良好的兼容性和擴展性,能夠適應不同類(lèi)型和規模的光伏項目,并能夠與其他監測系統進(jìn)行集成和聯(lián)動(dòng)。

6.安全性和可靠性:需要具備良好的安全性和可靠性,保證監測數據的準確性和完整性,防止數據泄露和丟失。

3.2. 技術(shù)方案

3.3.1繼電保護及安全自動(dòng)裝置解決方案

針對繼電保護及安全自動(dòng)裝置的需求,我司使用以下保護設備以滿(mǎn)足電力安全的需求。

1.線(xiàn)路保護測控裝置:光伏電站線(xiàn)路發(fā)生短路故障時(shí),線(xiàn)路保護能快速動(dòng)作,瞬時(shí)跳開(kāi)相應并網(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。

2.電容器保護裝置:在高壓配電室10kVSVG柜,裝設1套電容器保護裝置,實(shí)現欠電壓,過(guò)電壓,零序電壓,不平衡電壓保護,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)現變電站低周低壓減載控制,具有測量?jì)啥文妇€(xiàn)或兩條聯(lián)絡(luò )線(xiàn)的電壓、頻率,作為判別依據。

4.公共測控裝置:適用于中壓配電系統的進(jìn)線(xiàn)、大容量主變壓器出線(xiàn)回路,實(shí)現電參量遙測、開(kāi)關(guān)狀態(tài)與告警信號遙信功能。

5.防孤島保護裝置:針對電網(wǎng)失壓后分布式電源可能繼續運行、且向電網(wǎng)線(xiàn)路送電的情況提出。孤島運行一方面危及電網(wǎng)線(xiàn)路維護人員和用戶(hù)的生命安全,干擾電網(wǎng)的正常合閘;另一方面孤島運行電網(wǎng)中的電壓和頻率不受控制,將對配電設備和用戶(hù)設備造成損壞。防孤島裝置應具備線(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.光伏電站本體應具備故障和異常工作狀態(tài)報警和保護的功能。

7.光伏電站應支持調度機構開(kāi)展"四遙"(遙測、遙信、遙控、遙調)應用功能。

8.恢復并網(wǎng):當光伏發(fā)電系統因電網(wǎng)擾動(dòng)脫網(wǎng)后,在電網(wǎng)電壓和頻率恢復到正常運行范圍之前,光伏發(fā)電系統不允許并網(wǎng);在電網(wǎng)電壓和頻率恢復正常后,通過(guò)10kV電壓等級并網(wǎng)的分布式電源恢復并網(wǎng)應經(jīng)過(guò)電網(wǎng)調度機構的允許。

9.系統繼電保護應使用專(zhuān)用的電流互感器和電壓互感器的二次繞組,電流互感器準確級宜采用5P、10P級,電壓互感器準確級宜采用0.5、3P級。

10.光伏電站內需配置直流電源屏(帶蓄電池)和UPS電源,供新配置的保護裝置、測控裝置、電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置等設備使用。

3.3.2電能質(zhì)量在線(xiàn)監測解決方案

對于電能質(zhì)量在線(xiàn)監測的需求,使用我司APView500電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置。APView500電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置采用了高性能多平臺和嵌入式操作系統,遵照IEC61000-4-30《測試和測量技術(shù)-電能質(zhì)量測量方法》中歸定的各電能質(zhì)量指標的測量方法進(jìn)行測量,集諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監測、電壓不平衡度監測、事件記錄、測量控制等功能為一體。裝置在電能質(zhì)量指標參數測量方法的標準化和指標參數的測量精度以及時(shí)鐘同步、事件標記功能等各個(gè)方面均達到IEC61000-4-30 A類(lèi)標準,能夠滿(mǎn)足110KV及以下供電系統電能質(zhì)量監測的要求。

裝置采用基于Xilinx SoC構架的雙ARM內核處理器,ARM1運行嵌入式Linux、TCP/IP協(xié)議、Http協(xié)議、Web服務(wù)器、電能質(zhì)量數據的存儲、統計、分析,ARM2用來(lái)數據采樣、電能質(zhì)量數據計算。裝置每周波采樣高達1024點(diǎn),具備高測量精度能準確記錄故障波形。采用eMMC進(jìn)口高速存儲芯片容量達到32GB,可以長(cháng)期存儲事件記錄與故障波形等數據。具備友好的人機界面,800*480像素點(diǎn)陣彩色大尺寸液晶可就地查看實(shí)時(shí)波形與故障波形,方便用戶(hù)故障分析。

裝置具有豐富的接口資源,具有四路交流電壓,四路交流電流,十六路可編程無(wú)源繼電器出口,二十二路有緣開(kāi)關(guān)量輸入,兩路支持Modbus485的通訊接口,具有三個(gè)支持IEC60303-3-103以及IEC61850MMS的以太網(wǎng)接口,支持IRIG-B方式對時(shí),具有專(zhuān)屬的以太網(wǎng)調試接口,以及USB調試接口。

 

 

 

 

 

3.3. 配置設備清單

表1我司提供方案設備列表

 

設備名稱(chēng)

型號

數量

功能

本地監控臺(1臺)

Acrel-1000DP分布式光伏監控主機

1

集中采集、監視、管理站內二次設備、逆變器數據與運行狀態(tài)

安全自動(dòng)裝置屏(1面)

AM5SE-K公用測控裝置

2

實(shí)現電參量遙測、開(kāi)關(guān)狀態(tài)與告警信號遙信功能

AM5SE-IS防孤島保護裝置

1

保護電力系統的穩定運行,能迅速切斷于故障源的連接,防止事故擴大,保障電力設備和人員的安全。

APView500電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置

1

采集監測諧波分析、電壓暫升/暫降/中斷、閃變監測、電壓不平衡度、事件記錄、測量控制

AM6-FE頻率電壓緊急控制裝置

1

實(shí)現變電站低周低壓減載控制

遠動(dòng)通訊屏

ANet-2E4SM模塊化智能網(wǎng)關(guān)

1

負責本地數據的采集

網(wǎng)絡(luò )交換機

1

遠動(dòng)裝置與數據上傳調度通信組網(wǎng)

IPX603遠動(dòng)裝置

1

負責數據的上傳,調度

工業(yè)級機架式二層以太網(wǎng)交換機

1

本地組網(wǎng)本地數據采集

GPS時(shí)鐘

1

按照用戶(hù)輸出符合規約的信息格式,完成同步授時(shí)服務(wù)

一體化電源配置

UPS柜

1

供UPS不間斷電源

交流柜

1

為裝置提供交流電源

分散安裝

AM5SE-C電容器保護裝置

1

具有兩段式定時(shí)限過(guò)流保護,反時(shí)限保護,欠電壓保護,過(guò)電壓保護等功能對電容器進(jìn)行保護

AM5SE-F線(xiàn)路保護測控裝置

3

具有三段式過(guò)流保護,重合閘,過(guò)負荷告警、跳閘,過(guò)電壓告警、跳閘等功能對線(xiàn)路進(jìn)行保護

3.4. 現場(chǎng)應用圖

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圖3 光伏電站屏柜布置圖

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圖4 安全自動(dòng)裝置屏柜布置圖

 

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圖5 光伏電站監控主機臺布置圖

4. 系統功能

4.1. 電能質(zhì)量監視

在電能質(zhì)量監控圖中,可以直接查看電能質(zhì)量裝置的運行狀態(tài)、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@些信息監測現場(chǎng)電能的質(zhì)量,及時(shí)的做出應對方案。

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圖6 電能質(zhì)量監視界面圖

4.2. 網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

系統支持實(shí)時(shí)監視接入系統的各設備的通信狀態(tài),能夠完整的顯示整個(gè)系統網(wǎng)絡(luò )結構;可在線(xiàn)診斷設備通信狀態(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備或元件及其故障部位。

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圖7 站內設備系統網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

4.3. 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、功率因數等曲線(xiàn)。image.png

圖8 曲線(xiàn)查詢(xún)界面圖

5. 結語(yǔ)

分布式光伏全額上網(wǎng)項目是推動(dòng)可再生能源發(fā)展的重要舉措,通過(guò)充分利用太陽(yáng)能資源,為社會(huì )提供清潔、可持續的電力供應。光伏發(fā)電是全球能源科技和產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向,是具有巨大發(fā)展潛力的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)[4]。該項目的實(shí)施可以有效地推動(dòng)可再生能源的發(fā)展,減少對傳統能源的依賴(lài),降低能源消耗和環(huán)境污染。通過(guò)分布式光伏的應用,我們成功實(shí)現了太陽(yáng)能利用率提供,為社會(huì )提供了清潔、可持續的電力供應。在未來(lái)的發(fā)展中,我們將繼續努力,為推動(dòng)可再生能源的發(fā)展和應用做出更大的貢獻。同時(shí),我們也將不斷提高技術(shù)水平和管理水平,確保項目的順利實(shí)施和運行,為社會(huì )和環(huán)境的可持續發(fā)展做出貢獻。

參考文獻

[1]王繹,葉楊,張曉梅,等.分布式光伏發(fā)電系統電氣設計與分析[J].云南電力技術(shù)論壇論文集,2014:308

[2]劉鑒民.太陽(yáng)能利用原理.技術(shù)工程[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009.

[3]網(wǎng)長(cháng)貴,王斯成主編,太陽(yáng)能光伏發(fā)電實(shí)用技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社2009.

[4]張國輝.分布式光伏發(fā)電項目后評價(jià)研究.[D].工程碩士論文,2015.



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