摘 要：隨著全球氣候變化和能源需求的不斷增長，清潔能源以及變成了各國能源政策和發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。然而在電力系統(tǒng)中對電能質量的要求很高。電能質量分為電壓質量和頻率質量，電力系統(tǒng)的電壓和頻率的變化，都可以給電廠以及相關用戶帶來嚴重的后果。為保證光伏發(fā)電的安全性，需要采用一套既能夠保證發(fā)電的安全性，又能夠保證發(fā)電的質量的保護方案。

關鍵詞：清潔能源；頻率；發(fā)電安全；

概述

太陽能光伏發(fā)電是一種利用太陽能直接轉換為電能的清潔能源技術，具有可再生、可持續(xù)等優(yōu)點。在近年來，隨著全球對環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的重視，太陽能光伏發(fā)電得到了越來越廣泛的應和推廣。[1]電力系統(tǒng)中,對電能質量要求很高,尤其是頻率質量。在國內電力系統(tǒng)中額定頻率為50Hz,頻率偏差為±0.2Hz。根據電力系統(tǒng)的容量,頻率偏差放寬到±0.5Hz;用戶沖擊引起的頻率偏差一般不得超過±0.2Hz。[2]因此配置一套一套既能夠保證發(fā)電的安全性，又能夠保證發(fā)電的質量的保護方案尤為重要。

廣西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大片坡村段，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2.43MWp。通過原有10KV沙井線鳳凰頭聯(lián)絡支24號桿接入電網的接入系統(tǒng)，屬于欽州市供電公司管理范圍。

本期項目采用光伏組件，總容量為2.43MW，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。

圖1 廣西電網接入批復文件圖

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2 項目現場圖

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2.43MW，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，信息上傳至當地調控中心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沙井線。項目采用Acrel-1000DP光伏監(jiān)控平臺。監(jiān)控平臺具有對全站數據的實時觀測、事故告警提示等功能。

圖3 項目電站編號圖

技術方案

本項目規(guī)模約為2.43MWp，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2.9162MWp，交流側容量為2.43MW，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283.81萬KWh，25年總共發(fā)電量為7095.31萬KWh，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

本項目配備一臺三相交流1000KVA的干式變壓器、一臺三相交流800KVA的干式變壓器、一臺三相交流400KVA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4 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

分布式電源應具備快速監(jiān)測孤島且立即斷開與電網連接的能力，防孤島保護動作時間不大于2S,其防孤島保護應與配電網側線路重合閘和安全自動裝置動作時間相配合。在本光伏電站并網點裝設防孤島保護裝置，防止產生非計劃性孤島。

.       頻率電壓緊急控制裝置

頻率電壓緊急控制裝置是電力系統(tǒng)中保障頻率和電壓的關鍵安全設備。主要用于應對系統(tǒng)發(fā)生嚴重擾動時，頻率或電壓超過安全范圍的緊急場景。根據南方電網調度批復文件的要求，光伏電站應具備一定的耐受系統(tǒng)頻率異常的能力，應能夠在低壓48Hz時能夠根據光伏電站逆變器允許運行的低頻率或電網要求，頻率在48Hz-49.5Hz時要求至少能運行10分鐘。頻率在49.5Hz-50.2Hz時要求系統(tǒng)能夠連續(xù)運行。頻率在50.2Hz-50.5Hz時要求每次頻率高于50.2Hz時，光伏電站應具備能夠連續(xù)運行兩分鐘的能力，同時具備0.2秒內停止向電網線路送電的能力，實際運行時間由電力調度部門決定:此時不允許處于停運狀態(tài)的光伏電站并網。頻率在高于50.5Hz時要求在0.2秒內停止向電網線路送電，且不允許處于停運狀態(tài)的光伏電站并網。

.       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，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。

.       AGC/AVC裝置

根據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5 AGC/AVC配置圖

.       態(tài)勢感知裝置

根據《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。

圖6 態(tài)勢感知監(jiān)視圖

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公網與欽州市電力公司實現數據通訊。

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、逆變器數據采集單元、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。它直接采集處理現場的原始數據，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)射功能的數據采集裝置，采集每組光伏組件數據，逆變器參數，測控裝置、智能計量表計的數據，打包后通過無線網絡傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)實現監(jiān)視。

圖7 監(jiān)控系統(tǒng)網絡結構圖系統(tǒng)功能

實時監(jiān)測

Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)人機界面友好，在主界面可以之間查看到光伏系統(tǒng)的站點信息，以及裝機信息，同時也可以直觀的查看到總發(fā)電功率、日發(fā)電量、累計發(fā)電量，同時具有發(fā)電功率曲線界面以及累計發(fā)電量的直方圖，方便用戶更加直觀的監(jiān)測發(fā)電信息。

圖8 實時監(jiān)測主界面功能圖

電能質量監(jiān)視

在電能質量監(jiān)控圖中，可以直接查看電流電壓總有效值、電壓波動、電壓總畸變、正反向有功電能、有功、無功功率等電能質量信息。可以根據這些信息監(jiān)測現場電能的質量，及時的做出應對方案。

圖9 電能質量監(jiān)視界面圖面功能圖

實時報表監(jiān)測

在實時報表監(jiān)測界面中，用戶可以根據需求直接選擇所想要查看數據的設備，能查詢各回路或設備實時的運行參數，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、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）、日變位次數等，報表可以導出和打印。

圖10 實時報表監(jiān)測功能圖

歷史曲線監(jiān)測

歷史曲線是時間序列數據的可視化工具，通過記錄電壓、電流、功率、頻率、設備狀態(tài)等關鍵參數隨時間的變化軌跡，為電網運行、設備管理、故障診斷及優(yōu)化決策提供核心支撐。在電力系統(tǒng)發(fā)生故障后，可以通過歷史曲線定位故障源頭、分析演變過程。電力設備（如變壓器、斷路器、電纜）的故障往往有“潛伏期"，歷史曲線通過記錄設備運行參數的長期趨勢變化，可提前識別異常，避免突發(fā)停機。電能質量指標（如電壓偏差、頻率波動、諧波畸變率）直接影響用電設備的壽命和電網穩(wěn)定性，歷史曲線是定位污染源、評估治理效果的核心依據。電力系統(tǒng)的線損（電能傳輸損耗）、無功損耗等與運行方式密切相關，歷史曲線可幫助挖掘節(jié)能潛力，降低運營成本。

圖11 實時曲線監(jiān)測功能圖

結語

對在碳中和的大背景下，光伏和新能源車密不可分，總體思路是光伏發(fā)電、新能源車用電，構建一條豐富完整的產業(yè)鏈條，既達到碳消耗不斷降低，又能為經濟增長持續(xù)賦能的新能源產業(yè)拓寬發(fā)展路徑。[3]同時擁有一套能夠保障電力安全的系統(tǒng)具有必要性。我司提供的電力監(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，搭建數據透明、調控便捷、能源互動的新型分布式新能源調度管理的體系。