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          分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng) 在上海寶鋼屋頂光伏發(fā)電(二期)項(xiàng)目中應(yīng)用

          更新時(shí)間: 2024-09-10   點(diǎn)擊次數(shù): 1566次

          要:隨著“雙碳"目標(biāo)的提出,開(kāi)發(fā)利用可再生能源已成為必然趨勢(shì)。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(lái)越多的關(guān)注。相對(duì)于大容量、高電壓、遠(yuǎn)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(shì)而被廣泛應(yīng)用,近年來(lái)呈現(xiàn)跨越式發(fā)展趨勢(shì),研究分布式光伏接入對(duì)配電網(wǎng)的影響,對(duì)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(duì)象,結(jié)合工程實(shí)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

          1. 概述

          上海寶鋼阿賽洛激光拼焊有限公司屋頂光伏發(fā)電項(xiàng)目(二期)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“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(xiàng)目,總建設(shè)規(guī)模約為712.8kWp。本項(xiàng)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(hào),通過(guò)用戶(hù)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

          文介紹光伏電站接入系統(tǒng)方案的論證,系統(tǒng)繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置、系統(tǒng)通信、系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化方案研究等。

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          項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收?qǐng)D

          1. 現(xiàn)有電網(wǎng)情況

          現(xiàn)有用戶(hù)配電站為10kV用戶(hù)變,站內(nèi)3臺(tái)10kV變壓器,變壓器容量為1250+1250+1600kVA。用戶(hù)變壓器通過(guò)10kV“31本4阿賽洛"線接入10kV本特開(kāi)關(guān)站二段母線,再接入110kV百安10kV四段母線。現(xiàn)已投運(yùn)光伏1200kWp。

          現(xiàn)有供電示意圖如下:

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          用戶(hù)配電站現(xiàn)供電示意圖


          2. 新增分布式光伏設(shè)計(jì)

          本項(xiàng)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(gè)屋面跨度為55米,長(zhǎng)189米,總面積約10000平方米。除去采光帶及排氣通風(fēng)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(jì)恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.3kN/m2,在本光伏項(xiàng)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(jì)算,屋面檁條及剛架梁柱的部分區(qū)域不滿(mǎn)足強(qiáng)度及穩(wěn)定性要求,需要對(duì)屋面檁條以及剛架梁柱的局部區(qū)域進(jìn)行加固處理。對(duì)于屋面檁條,可通過(guò)在下方增加隅撐的方式進(jìn)行加固;對(duì)于梁和柱,在不滿(mǎn)足的區(qū)域進(jìn)行兩側(cè)貼鋼板加固。

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          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(xiàng)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(kāi)關(guān)柜,再通過(guò)1回出線接入位于1期電氣室的廠區(qū)進(jìn)線10KV母排,在母排處拼裝高壓并網(wǎng)進(jìn)線柜,實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。設(shè)備位置見(jiàn)以下示意圖,布置以詳細(xì)設(shè)計(jì)完成后出具的施工圖紙為準(zhǔn)。

          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(kuò)展安裝沖洗管網(wǎng)。

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          平面關(guān)系示意圖


          3. 技術(shù)方案

          本項(xiàng)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(guó)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(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(kāi)關(guān)柜通過(guò)1回出線接入至廠區(qū)10KV進(jìn)線母線的用戶(hù)側(cè),實(shí)現(xiàn)并網(wǎng),供廠區(qū)負(fù)荷使用。結(jié)合用戶(hù)的總廠用變壓器容量(4100KVA)及一期已經(jīng)并網(wǎng)運(yùn)行的光伏系統(tǒng)總量(1200kW)分析,光伏并網(wǎng)容量不超過(guò)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(xiàng)目的建造容量為712.8kWp為宜。

          3.1. 升壓變壓器及高低壓配電設(shè)備

          本項(xiàng)目配備1臺(tái)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(hù)外使用,能效等級(jí)滿(mǎn)足國(guó)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(fù)荷開(kāi)關(guān)兼具通斷保護(hù)功能,變壓器二次側(cè)輸出接至10KV進(jìn)回線,配備開(kāi)關(guān)柜、PT柜及計(jì)量柜,采用預(yù)制艙設(shè)計(jì)安裝。開(kāi)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(jìn)線柜,進(jìn)線柜與廠區(qū)10KV進(jìn)線母線拼接,利用母排連接,具體接入方式以實(shí)際設(shè)計(jì)為準(zhǔn)。

          3.2. 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(mǎn)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)并網(wǎng)線路繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置

          分布式光伏項(xiàng)目線路發(fā)生短路故障時(shí),線路保護(hù)應(yīng)快速動(dòng)作,瞬時(shí)跳開(kāi)相應(yīng)并網(wǎng)點(diǎn)斷路器,滿(mǎn)足全線故障快速可靠切除故障的要求。安裝光伏發(fā)電項(xiàng)目的用戶(hù)變電站10kV母線應(yīng)配置故障解列裝置,實(shí)現(xiàn)頻率電壓異常緊急控制功能,跳開(kāi)相應(yīng)斷路器(專(zhuān)用開(kāi)關(guān))。

          2)防孤島檢測(cè)

          分布式光伏項(xiàng)目逆變器需要具備快速檢測(cè)孤島且監(jiān)測(cè)到孤島后立即斷開(kāi)與電網(wǎng)連接的能力,其防孤島方案應(yīng)與繼電保護(hù)配置、安全自動(dòng)裝置和低電壓檢測(cè)裝置等相配合,時(shí)間上相匹配。該逆變器防孤島檢測(cè)策略應(yīng)符合國(guó)家電網(wǎng)的相應(yīng)規(guī)定

          逆變器具備極性反接保護(hù)、短路保護(hù)、低電壓穿越、孤島效應(yīng)保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、接地保護(hù)等。高壓開(kāi)關(guān)柜上裝設(shè)測(cè)控保護(hù)裝置,設(shè)置過(guò)電流保護(hù)、零序過(guò)電流保護(hù)。測(cè)控保護(hù)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(xiàng)目光伏電站在故障或異常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)能夠迅速斷開(kāi)與系統(tǒng)的并網(wǎng)連接,停止向電網(wǎng)送電,不會(huì)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響。

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          新建光伏一次圖


          4. 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-Cloud1200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(kāi)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(kāi)放式分層、分布式結(jié)構(gòu)。

          監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)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)。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)遠(yuǎn)動(dòng)工作站GPRS公網(wǎng)與上海市電力公司實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。

          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(guò)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(guò)有效性判斷、閉鎖檢測(cè)、同步檢測(cè)等,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(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)視。

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


          5. 系統(tǒng)功能

          5.1. 光伏發(fā)電效率監(jiān)測(cè)

          通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元、數(shù)據(jù)采集器采集有關(guān)信息,進(jìn)行包括對(duì)數(shù)據(jù)合理性校驗(yàn)在內(nèi)的各種預(yù)處理,實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)庫(kù),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(wú)功、頻率、功率因數(shù)等電量數(shù)據(jù)和日照強(qiáng)度、風(fēng)速、風(fēng)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(yùn)行狀態(tài)、故障信號(hào),開(kāi)關(guān)、隔離開(kāi)關(guān)以及接地刀閘的位置信號(hào),保護(hù)動(dòng)作信號(hào)、運(yùn)行監(jiān)視信號(hào)等。

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          9 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主界面圖

          5.2. 分布式光伏電站運(yùn)維管理

          Acrel-Cloud1200分布式光伏電力監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警處理分事故報(bào)警和預(yù)告報(bào)警。前者包括非操作引起的斷路器跳閘和保護(hù)裝置動(dòng)作信號(hào),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(jì)算機(jī)站控系統(tǒng)的各個(gè)部件、就地單元的狀態(tài)異常等等。

          1)事故報(bào)警

          事故報(bào)警發(fā)生時(shí),公用事故報(bào)警器將立即發(fā)出音響報(bào)警,監(jiān)控畫(huà)面上用顏色改變和閃爍表示該設(shè)備變位,同時(shí)顯示紅色報(bào)警條文,打印機(jī)打印報(bào)警條文,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)裝置向遠(yuǎn)方控制中心發(fā)送報(bào)警信息。事故報(bào)警通過(guò)手動(dòng)或自動(dòng)方式確認(rèn)。

          2)預(yù)告報(bào)警

          預(yù)告報(bào)警發(fā)生時(shí),其處理方式除與事故報(bào)警處理相同外,音響和提供信息顏色可區(qū)別于事故報(bào)警。能有選擇地向遠(yuǎn)方發(fā)送信息。

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          報(bào)警界面圖

          5.3. 人機(jī)界面

          能通過(guò)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(huà)面支持雙屏顯示,畫(huà)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埽軐?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(huà)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(guò)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(guò)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(guò)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。

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