易允恒 安科瑞電氣股份有限公司

摘要：分布式光伏項目作為清潔能源轉型的核心實踐，通過創(chuàng)新性空間利用與技術創(chuàng)新，破解了能源開發(fā)與土地資源約束的矛盾。在高速公路沿線閑置空地建設光伏電站，充分發(fā)揮其分散化布局、權屬清晰的特點，既避免與傳統(tǒng)農業(yè)及城市建設爭地，又實現(xiàn)“土地增值”與“綠色能源生產”雙目標。防孤島保護作為保障電網安全運行的核心設備，可以防止電網斷電時光伏系統(tǒng)仍持續(xù)向電網供電（即“孤島效應”），具有保護運維人員、電網與設備安全，維持電網的穩(wěn)定運行等功能。

關鍵詞：分布式光伏；高速公路；防孤島保護

1. 概述

在全球能源結構向低碳化轉型的背景下，分布式光伏發(fā)電憑借其靈活性與清潔性，成為推動可再生能源規(guī)模化應用的核心路徑。[1]然而，傳統(tǒng)光伏項目面臨土地資源緊缺的瓶頸，而高速公路沿線閑置空地為這一難題提供了創(chuàng)新解決方案。

在分布式光伏并網系統(tǒng)中，防孤島保護裝置是保障電網安全運行的核心技術。[3]其通過主動鎖相環(huán)與頻率偏移注入技術，實時監(jiān)測電網狀態(tài)，一旦檢測到電網斷電，可在0.2秒內切斷光伏輸出，避免孤島效應引發(fā)的觸電風險與設備損壞。

廣西省大塘至浦北高速公路光伏發(fā)電項目（以下簡稱“本項目”）是響應國家“優(yōu)化能源結構，提供更加清潔、可靠的能源”的號召，投資建設的分布式光伏發(fā)電應用示范項目。

本項目位于欽州市大塘至浦北高速公路浦北縣浦北互通路段，利用高速公路沿線邊坡建設分布式光伏發(fā)電站，項目采用“全額上網”模式，利用高速公路沿線斜坡建設分布式光伏發(fā)電項目，總建設規(guī)模約為3.31MWp。通過原有10KV六橋線接入電網的接入系統(tǒng)，屬于欽州市供電公司管理范圍。

本期項目采用高效光伏組件，總容量為3.31WM，本項目電量結算原則為：全額上網。項目計劃2025年4月底建成投產。本項目二次設計選用安科瑞Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)解決方案，光伏監(jiān)控平臺在配套操作系統(tǒng)下運行，使得本地保護、監(jiān)控方案更為穩(wěn)定可靠。通過本次分布式光伏的投建與實施，為用戶提供了清潔、可再生的電力能源，有助于減少對傳統(tǒng)能源的依賴，降低碳排放。

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)調度自動化方案研究等。

圖1 項目現(xiàn)場圖

2. 解決方案

本項目為屋頂分布式光伏項目，該期項目的容量為3.31MW，項目采用全額上網的消納方式。新增并網點設置光伏出線柜柜，計量柜，PT柜，光伏進線柜。新增的光伏系統(tǒng)配置自動化系統(tǒng)，實時采集并網信息，信息上傳至當?shù)卣{控中心DMS系統(tǒng)。光伏發(fā)電逆變器電源電壓為800V，經箱變升壓變升壓至10kV后,通過高壓電纜接入新增的10kV光伏進線柜,通過并網柜并入原有10KV六橋線。項目采用Acrel-1000DP光伏監(jiān)控平臺。監(jiān)控平臺具有對全站數(shù)據(jù)的實時觀測、事故告警提示等功能。

圖2 項目電站編號圖

3. 技術方案

本項目規(guī)模約為3.31MWp，利用高速公路沿線空地建設光伏發(fā)電系統(tǒng)，關鍵設備光伏組件、逆變器、變壓器等采用國內知名產品。分布式光伏系統(tǒng)所發(fā)電量采用全額上網。本項目光伏發(fā)電系統(tǒng)所輸出的直流電經組串式逆變器轉換成交流電后，就地升壓至10KV，經開關柜通過1回出線接入至一次倉10KV并網柜母線，并網柜傳輸光伏發(fā)電至柱上開關進行并網。本工程規(guī)劃擬建裝機容量為3.972MWp，交流側容量為3.31MW，按照光伏電站使用壽命25年進行計算得到，本項目平均每年發(fā)電容量為464.23KWh，25年總共發(fā)電量為11605.73KWh，計劃投產時間2025年，擬采用“全額上網”模式。

4.1升壓變壓器及高低壓配電設備

本項目配備1臺三相交流1000KVA的干式變壓器、兩臺三相交流800KVA的干式變壓器、一臺三相交流500KVA的干式變壓器、一臺三相交流630KVA的干式變壓器。額定電壓10.5±2×2.5%/0.8kV，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。

圖3 新建光伏一次圖

4.2繼電保護及安全自動裝置

本光伏電站內主要電氣設備采用微機保護，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規(guī)程》（GB14285－2006）配置。

1）防孤島檢測

本項目配置的AM5SE-IS防孤島裝置主要用于35KV、10KV以及低壓380V光伏發(fā)電、燃氣發(fā)電等新能源并網供電系統(tǒng)。具有三段式過流保護、反時限保護、兩段式零序IO過流/IO反時限過流保護等保護功能。防孤島裝置具有以下作用1：保護人員安全：在電網或光伏側失電時，防孤島裝置能迅速動作，切斷并網點，避免維修人員在不知情的情況下接觸帶電部分，從而保障其生命安全。2：防止電網沖擊和設備損壞：通過快速切斷連接，防孤島裝置防止了孤島效應可能導致的電壓和頻率異常，從而避免了這些異常對電網和光伏設備造成的沖擊和損壞。3：提高系統(tǒng)可靠性：通過實時監(jiān)測和快速響應，防孤島裝置有助于維持光伏并網系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而提高其與大電網的功率平衡，增強系統(tǒng)的整體可靠性。

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連接的能力，其防孤島方案應與繼電保護配置、安全自動裝置和低電壓檢測裝置等相配合，時間上相匹配。符合國家電網的相應規(guī)定。

2）并網線路繼電保護及安全自動裝

分布式光伏項目線路發(fā)生短路故障時，線路保護應快速動作，瞬時跳開相應并網點斷路器，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，跳開相應斷路器（專用開關）。

3）電能質量監(jiān)測裝置

分布式光伏項目對接入國網的電能質量有著相應的要求。根據(jù)國家標準，光伏發(fā)電項目的電能質量應符合《GB/T 15543-2008 光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網技術規(guī)定》等相關標準。這些標準規(guī)定了光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網的電能質量參數(shù)，包括電壓、電流、頻率、諧波含量等，以確保光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網的穩(wěn)定運行和電能質量的可靠性。

4）AGC/AVC裝置

根據(jù)南網調度部門的設計要求分布式光伏項目對接入南網需要滿足《光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網技術規(guī)定（GB/T 29319-2024）》。配置AGC/AVC裝置可以實現(xiàn)對逆變器有功功率和無功功率進行調節(jié)，滿足設計所要求的“四可(可觀、可測、可控、可調）”。

圖4 AGC/AVC采集配置圖

5）態(tài)勢感知裝置

根據(jù)《南方電網分布式新能源并網網絡安全防拍方案》（辦總調（2022）7號附件1）分布式新能源場站配置配網安全防護裝置，并實現(xiàn)網絡安全威脅的實時監(jiān)測與審計，上送電力監(jiān)控系統(tǒng)網絡安全態(tài)勢感知系統(tǒng)。配置態(tài)勢感知裝置能夠及時的監(jiān)測出潛在風險，在遭遇風險攻擊時能夠及時發(fā)出告警。

4. 系統(tǒng)結構

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-1000DP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)、開關站的全功能綜合自動化管理。本項目逆變器、高低壓設備等狀態(tài)信號均接入本監(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，網絡結構為開放式分層、分布式結構。

監(jiān)控系統(tǒng)通過以太網與就地層相連,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，在站控層及網絡失效的情況下，就地層仍能獨立完成就地各電氣設備的監(jiān)測。計算機監(jiān)控系統(tǒng)通過遠動工作站GPRS公網與六安市電力公司實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。

站控層由計算機網絡連接的服務器、操作員站、遠動站等組成，提供站內運行的人機界面，實現(xiàn)管理控制就地層設備等功能，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。

就地層設備由智能測控單元、網絡系統(tǒng)通訊單元、逆變器數(shù)據(jù)采集單元、多功能電能表等構成，主要電氣設備包括逆變器、箱變、并網開關。它直接采集處理現(xiàn)場的原始數(shù)據(jù)，通過網絡傳送給站控層監(jiān)控主站，同時接收站控層發(fā)來的控制操作命令，經過有效性判斷、閉鎖檢測、同步檢測等，最后對設備進行操作控制。

站控層與就地層之間的通訊網絡采用GPRS無線通訊網絡。

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)，打包后通過無線網絡傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)視。

圖5 監(jiān)控系統(tǒng)網絡結構圖系統(tǒng)功能

4.1. 實時監(jiān)測

Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)人機界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關故障、告警等信號。同時可以設計整體界面，供用戶選擇對應配電房對應光伏組件或高壓部分進行查看。

圖6 實時監(jiān)測一次干線功能圖

4.2. 光字牌監(jiān)測

在光字牌監(jiān)測圖中，可以直接查看各個保護裝置的遙信狀態(tài)信息。可以根據(jù)這些信息監(jiān)測現(xiàn)場電力運行是否出現(xiàn)事故以及告警信息，同時可以查看斷路器的狀態(tài)，方便用戶監(jiān)測全站的開關狀態(tài)。

圖7 光字牌監(jiān)測功能圖

4.3. 實時曲線監(jiān)測

在實時曲線監(jiān)測界面中，用戶可以根據(jù)需求直接選擇所想要查看的數(shù)據(jù)，選擇后可在界面中實時顯示數(shù)據(jù)的變化，方便用戶分析數(shù)據(jù)的變化情況，目前實時曲線支持最多四條曲線同時變化顯示。

圖8 實時曲線監(jiān)測功能圖

4.4. 實時報表監(jiān)測

在實時報表監(jiān)測界面中，用戶可以根據(jù)需求直接選擇所想要查看數(shù)據(jù)的設備，能查詢各回路或設備實時的運行參數(shù)，報表中顯示的電參量信息應包括：各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無功功率、電能，遙信量等。遙測量包括實時值（處于不同狀態(tài)時應給以不同顏色區(qū)分）、測點狀態(tài)（越限、置入、通信異常等）、日最值及其發(fā)生時間、日平均值等。遙信量包括實時值（處于不同狀態(tài)時應給以不同顏色區(qū)分）、測點狀態(tài)（置入、通信異常等）、日變位次數(shù)等，報表可以導出和打印。

圖9 實時報表監(jiān)測功能圖

5. 結語

在“雙碳”背景下，隨著分布式新能源的廣泛建設，高速公路的陸域經濟得到了國家的相關政策的支持，展開了對陸域經濟光伏發(fā)電項目整體運行模式的創(chuàng)新研究，深入挖掘高速公路陸域經濟發(fā)展的潛力。[3]本項目積極響應了國家的號召，大力發(fā)展高速公路陸域光伏建設，在發(fā)展的同時需要符合當?shù)毓╇娋謱﹄娏Π踩囊?。因此分布式光伏并網過程中需要使用到一套安全可靠的分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)解決方案，我司的電力監(jiān)控系統(tǒng)方案能夠為用戶、電網助力分布式光伏高比例有序并網，強化分布式光伏的統(tǒng)一管控，具有能夠推動分布式光伏和大電網的協(xié)調運行，搭建數(shù)據(jù)透明、調控便捷、能源互動的新型分布式新能源調度管理的體系。

審核編輯 黃宇