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技術文章

分布式光伏發電監測系統解決方案

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 1 概述
  “十四五"期間,隨著“雙碳"目標提出及逐步落實,本就呈現出較好發展勢頭的分布式光伏發展有望大幅提速。就“十四五"光伏發展規劃,國家發改委能源研究所可再生能源發展中心副主任陶冶表示,“雙碳"目標意味著國家產業結構的調整,未來10年,新能源裝機將保持在110GW以上的年增速,這里面包含集中式光伏電站和分布式光伏電站。相較于集中式電站來說,分布式對土地等自然資源沒有依賴,各個地方的屋頂就是分布式電站的形成基礎,在碳中和方案的可選項中,分布式光伏由于其靈活性必將被大力發展,目前已有河北、甘肅、安徽、浙江、陜西等9省發布關于分布式光伏整縣推進工作的通知。
  目前我國的兩種分布式應用場景分別是:廣大農村屋頂的戶用光伏和工商業企業屋頂光伏,這兩類分布式光伏電站今年都發展迅速。
  2 相關標準
  根據國家電網Q/GDW1480-2015 《分布式電源接入電網技術規定》:分布式電源并網電壓等級可根據各并網點裝機容量進行初步選擇,如下:8kW 及以下可接入220V;8kW~400kW可接入380V;400kW~6000kW可接入10kV;5000kW~30000kW以上可接入35kV。最終并網電壓等級應根據電網條件,通過技術經濟比選論證確定。若高低兩級電壓均具備接入條件,優先采用低電壓等級接入。
  Q/GDW1480-2015 《分布式電源接入電網技術規定》
  GB/T 29319-2012  《光伏發電系統接入配電網技術規定》
  GB 50797-2012  《光伏發電站設計規范》
  Q/GDW1617-2015 《光伏電站接入電網技術規定》
  JGJ203-2010      《民用建筑太陽能光伏系統應用技術規范》
  3 解決方案
  3.1 交流220V并網
  交流220V并網的光伏發電系統多用于居民屋頂光伏發電,裝機功率在8kW左右。戶用光伏電站今年發展非常迅猛,根據國家能源局網站提供的數據,截至2021年6月底,全國累計納入2021年國家財政補貼規模戶用光伏項目裝機容量為586.14萬千瓦,這相當于6個月在居民屋頂建造了四分之一個三峽水電站。
  部分小型光伏電站為自發自用,余電不上網模式,這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置,避免往電網輸送電能。光伏電站規模較小,而且比較分散,對于光伏電站的管理者來說,通過云平臺來管理此類光伏電站非常有必要,安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面:
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3.2 交流380V并網
  根據國家電網Q/GDW1480-2015 《分布式電源接入電網技術規定》,8kW~400kW可380V并網,這類分布式光伏多為工商業企業屋頂光伏,自發自用,余電上網。分布式光伏接入配電網前,應明確計量點,計量點設置除應考慮產權分界點外,還應考慮分布式電源出口與用戶自用電線路處。每個計量點均應裝設雙向電能計量裝置,其設備配置和技術要求符合 DL/T 448 的相關規定,以及 相關標準、規程要求。電能表采用智能電能表,技術性能應滿足國家電網公司關于智能電能表的相關標準。用于結算和考核的分布式電源計量裝置,應安裝采集設備,接入用電信息采集系統,實現用電信息的遠程自動采集。
  光伏陣列接入組串式光伏逆變器,或者通過匯流箱接入逆變器,然后接入企業380V電網,實現自發自用,余電上網。在380V并網點前需要安裝計量電表用于計量光伏發電量,同時在企業電網和公共電網連接處也需要安裝雙向計量電表,用于計量企業上網電量,數據均應上傳供電部門用電信息采集系統,用于光伏發電補貼和上網電量結算。
  部分光伏電站并網點需要監測并網點電能質量,包括電源頻率、電源電壓的大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波 THD、閃變等,需要安裝單獨的電能質量監測裝置。部分光伏電站為自發自用,余電不上網模式,這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置,避免往電網輸送電能。
  這種并網模式單體光伏電站規模適中,可通過云平臺采用光伏發電數據和儲能系統運行數據,安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面:
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3.3 10kV或35kV并網
  根據《國家能源局關于2019年風電、光伏發電項目建設有關事項通知》(國發新能〔2019〕49號),對于需要國家補貼的新建工商業分布式光伏發電項目,需要滿足單點并網裝機容量小于6兆瓦且為非戶用的要求,支持在符合電網運行安全技術要求的前提下,通過內部多點接入配電系統。
  此類分布式光伏裝機容量一般比較大,需要通過升壓變壓器升壓后接入電網。由于裝機容量較大,可能對公共電網造成比較大的干擾,因此供電部門對于此規模的分布式光伏電站穩控系統、電能質量以及和調度的通信要求都比較高。
  光伏電站并網點需要監測并網點電能質量,包括電源頻率、電源電壓的大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波 THD、閃變等,需要安裝單獨的電能質量監測裝置。
  上圖為一個1MW分布式光伏電站的示意圖,光伏陣列接入光伏匯流箱,經過直流柜匯流后接入集中式逆變器(直流柜根據情況可不設置),最后經過升壓變壓器升壓至10kV或35kV后并入中壓電網。由于光伏電站裝機容量比較大,涉及到的保護和測控設備比較多,主要如下表:
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3.4 系統功能設計
  安科瑞電光伏電站監控軟件采用Acrel-2000Z,是安科瑞電氣股份有限公司總結多年的開發、實踐經驗和大量的用戶需求而設計針對用戶配電系統和光伏電站的實時監控系統。
  3.4.1 軟件運行環境配置
  服務器上安裝Windows 7操作系統。
  3.4.2 光伏電站電力監控軟件架構
  軟件采用C/S架構,實時采集光伏電站電流、電壓、日/月/年/累計發電量和氣象數據。
  3.4.3 光伏電站電力監控軟件功能
  對光伏電站的整體信息進行監控,采用圖形和數據的形式實時動態地展現電站概況、電站實時發電及發電統計信息。包括電站概括、環境參數、實時信息、發電量統計及發電量**10 信息
  通過主界面可以對光伏陣列現場環境進行實時監測與顯示,如室外溫度值、風速、風向、光照強度等。
  1)通過對電站內一次及二次配電網絡狀態的監控,了解電站內各電氣設備的運行情況及狀態,并對電站的并網狀態、有/ 無功功率流向情況等進行實時監控。
  2)光伏組件分布監控
  能夠根據微逆變反應的數據顯示各組太陽能電池板的工作狀態(是否正常發電),根據組串式逆變器顯示各光伏組串輸出功率,分別計量兩種兩種逆變方式的發電量日發電量、日發電量曲線、月發電量柱狀圖、年發電量柱狀圖等,并對這兩種方式發電量進行對比。
3)逆變器監控
  組串式逆變器主要監測指標包括:
    直流電壓、直流電流、直流功率
    交流電壓、交流電流
    逆變器內溫度、時鐘
    頻率、功率因數、當前發電功率
    日發電量、累積發電量、累積CO2 減排量
    電網電壓過高、電網電壓過低
    電網頻率過高、電網頻率過低
    直流電壓過高、直流電壓過低
    逆變器過載、逆變器過熱、逆變器短路
    散熱器過熱
    逆變器孤島
    DSP 故障、通訊故障等。
  監控系統可繪制顯示逆變器電壓—時間曲線、功率—時間曲線等,直流側輸入電流實時曲線、交流側逆變輸出電流曲線,并采集與顯示各逆變器日發電量等電參量;
  4)交流匯流箱監控
  交流匯流箱主要監測指標包括:
    光伏組串輸出直流電壓、輸出直流電流、輸出直流功率
    各路輸入總發電功率、總發電量
    匯流箱輸出電流、匯流箱輸出電壓、匯流箱輸出功率
    電流監測允差報警
    傳輸電纜/ 短路故障告警
    空氣開關狀態、故障信息等
  5)交流配電柜監控
  交流配電柜主要監測指標包括:
    光伏發電總輸出有功功率、無功功率
    功率因數、電壓、電流
    斷路器故障信息、防雷器狀態信息等
  6)并網柜監控
  通過對并網柜的監控,計量上網電量、內部用電量、電能質量、光伏發電系統有功和無功輸出、發電量、功率因數、并網點的電壓和頻率、注入系統的電等參數,計算碳減排量,并折算成標準煤,計算發電收益。
  7)環境參數監控
  環境參數主要監測指標包括 :
    日照輻射
    風速、風向
    環境溫度
    太陽能電池板溫度等
  對比實際微逆或幾種微逆輸出指導電池板需要清洗等信息。
  8)歷史數據管理
  監控系統可針對光伏發電現場的各種事件進行記錄,如:通訊采集異常、開關變位、操作記錄等,時間記錄支持按類型查詢,并可對越限報警值進行更改設置;
  9)日發電趨勢分析
  系統提供了實時曲線和歷史趨勢兩種曲線分析界面,可以反映出每天24小時內光伏發電量與該日日照強度,環境溫度,風速等的波動情況。
  10)故障報警
  當電池板長時間輸出功率偏低進行故障指示,建議運維人員前往現場檢查是否有故障發生等;另外對于并網柜部分的主斷路器分合閘狀態進行監視,當出現開關變位及時報警,提醒運維人員。
4 云平臺
  云平臺軟件采用B/S架構,任何具備權限的用戶都可以通過WEB 瀏覽器,根據授權的不同監視分布在區域內各建筑的光伏電站的運行狀態(如電站地理分布、規模信息、是否并網、當前發電量、總發電量等信息)。
  1)顯示各場站發電量、發電功率、裝機容量等數據。
  2)顯示單個場站當日發電收益、總收益、裝機容量、日/月/累計發電量以及功率曲線、設備狀況等。
3)顯示單個逆變器詳細情況,包括實時功率、日發電量、事件告警以及支路信息。



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