摘 要：常規(guī)能源以煤、石油、天然氣為主，不僅資源有限，而且會(huì)造成嚴(yán)重的大氣污染，開發(fā)清潔的可再生能源已經(jīng)成為當(dāng)今發(fā)展的重要任務(wù)，“節(jié)能優(yōu)先，效率為本”的分布式發(fā)電能源符合社會(huì)發(fā)展要求。隨著“雙碳”目標(biāo)的推進(jìn)，如今清潔能源所占比重大幅度增加，分布式光伏發(fā)電在我國(guó)快速發(fā)展，但其隨機(jī)性、間歇性的特點(diǎn)給新能源消納和電網(wǎng)穩(wěn)定帶來很大的挑戰(zhàn)，通過預(yù)測(cè)光伏發(fā)電可以在一定程度上改善新能源消納問題，減少光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性對(duì)電網(wǎng)的沖擊。本文介紹了安科瑞Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)以及光功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)在上海汽車變速器有限公司8.3MWp分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：清潔能源；分布式光伏；光功率預(yù)測(cè)

1.項(xiàng)目概述

上海汽車變速器有限公司屋頂光伏發(fā)電項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱“本項(xiàng)目”），位于上海市嘉定區(qū)，裝機(jī)容量為8.3MW，采用自發(fā)自用余電上網(wǎng)模式。本項(xiàng)目現(xiàn)役35kV用戶站1座，站內(nèi)2臺(tái)35kV主變，容量均為20MVA。本次光伏設(shè)計(jì)2個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)，新建一座10kV開關(guān)站，光伏組件逆變?yōu)?.8kV交流電壓，經(jīng)升壓后2個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)以10kV電壓等級(jí)分別接入35kV用戶站的10kVⅠ段母線、Ⅱ段母線，并網(wǎng)點(diǎn)容量分別為3.6MW、2.976MW。本項(xiàng)目采集光伏站內(nèi)的電流、電壓、有功、無功、功率因數(shù)、有功電度、無功電度及斷路器狀態(tài)等信息，通過數(shù)據(jù)通信終端采用無線公網(wǎng)作為傳輸通道接入地調(diào)系統(tǒng)。

2.分布式光伏設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目電量消納方式采用“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)”，光伏單晶硅組件采用平鋪設(shè)計(jì)，共使用14382塊組件組成527個(gè)組串，每個(gè)組串包含15~28塊數(shù)量不等的組件。項(xiàng)目新建5臺(tái)箱變，共有2.5MVA變壓器2臺(tái)，1.6MVA變壓器2臺(tái)，0.8MVA變壓器1臺(tái)，箱變分別接4、5、7、2、6臺(tái)逆變器，每臺(tái)光伏逆變器接9~27路數(shù)量不等的組串。其中#2、#3箱變匯總接入10kV開關(guān)站內(nèi)#1匯集進(jìn)線柜，通過#1光伏并網(wǎng)柜接入35kV變電站10kVⅠ段母線#1光伏接入柜，#1并網(wǎng)點(diǎn)容量為3.6MW；#1、#4、#5箱變分別接入10kV開關(guān)站內(nèi)#2、#3、#4匯集進(jìn)線柜，通過#2光伏并網(wǎng)柜接入35kV變電站10kVⅡ段母線#2光伏接入柜，#2并網(wǎng)點(diǎn)容量為2.976MW。

圖2.1 光伏接入系統(tǒng)示意圖 圖2.2 光伏組件布置圖

3.技術(shù)方案

本項(xiàng)目部署了一套Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)，搭配一套光功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)，用于預(yù)測(cè)光伏發(fā)電量、響應(yīng)調(diào)度調(diào)控。光伏電站中5臺(tái)箱變之間通過光纖環(huán)網(wǎng)，保證數(shù)據(jù)長(zhǎng)距離的穩(wěn)定傳輸，通過通信管理機(jī)及網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)實(shí)時(shí)采集微機(jī)保護(hù)裝置、電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置、計(jì)量、遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)等二次設(shè)備數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)控與自動(dòng)化管理；同時(shí)，配置對(duì)時(shí)裝置、遠(yuǎn)動(dòng)裝置滿足系統(tǒng)與上級(jí)調(diào)度的需求，配置一套一體化電源系統(tǒng)，為二次設(shè)備及監(jiān)控主機(jī)等重要設(shè)備運(yùn)行提供穩(wěn)定可靠的電源，實(shí)現(xiàn)整個(gè)光伏系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

3.1.安全自動(dòng)裝置

1）故障解列裝置裝置能夠監(jiān)測(cè)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，一旦檢測(cè)到異常或故障信號(hào)，如短路、過載等，它會(huì)立即啟動(dòng)，迅速切斷故障區(qū)域與非故障區(qū)域之間的電氣連接。既能防止故障設(shè)備對(duì)電網(wǎng)造成進(jìn)一步損害，也確保其他單元的正常運(yùn)行，保障用戶的電力需求。

2）防孤島裝置在電網(wǎng)失電的情況下，分布式電源未能夠及時(shí)與電網(wǎng)斷開連接，會(huì)形成孤島狀態(tài)，這種狀態(tài)可能造成分布式電源不可控、電網(wǎng)恢復(fù)時(shí)電壓和頻率不匹配等問題，也可能導(dǎo)致電力工作人員在不知情的情況下進(jìn)行危險(xiǎn)操作。防孤島裝置通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)狀態(tài)，一旦檢測(cè)到電網(wǎng)斷電，能夠在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)迅速切斷分布式電源與電網(wǎng)的連接，從而保障電網(wǎng)的安全運(yùn)行和維修人員的人身安全。

3）電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置是一種用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析電力系統(tǒng)中電能質(zhì)量的高科技設(shè)備。其主要功能包括對(duì)電壓、電流、頻率、諧波、閃變、波動(dòng)等關(guān)鍵電能質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行測(cè)量和記錄，裝置能夠及時(shí)識(shí)別出電能質(zhì)量問題，如電壓波動(dòng)、諧波污染及瞬態(tài)電壓等，從而為電力用戶提供有效的改進(jìn)建議。

3.2.調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備

1）縱向加密裝置縱向加密裝置通過采用加密技術(shù)，來確保信息在傳輸過程中的機(jī)密性和完整性。裝置通過將數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，使得即使信息在傳輸過程中被截獲，未經(jīng)授權(quán)的第三方也無法解讀其中的內(nèi)容。

2）正反向隔離裝置正反向隔離裝置通過物理或邏輯手段將不同安全等級(jí)的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域隔離開來，有效防止了網(wǎng)絡(luò)間的直接通信，從而避免了潛在的信息泄露和攻擊。同時(shí)，裝置支持在兩個(gè)隔離的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域之間進(jìn)行單向的、安全的數(shù)據(jù)交換，在數(shù)據(jù)傳遞過程中會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簽名驗(yàn)證、內(nèi)容過濾、有效性檢查等處理，以抵御病毒、黑客等惡意攻擊，確保數(shù)據(jù)的合法性和安全性。

3.3.光功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)

光伏電站本地布置微型氣象站，采集光伏站的總輻照度、風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、相對(duì)濕度、大氣壓力等信息，光功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)通過采集到的實(shí)時(shí)氣象條件以及天氣預(yù)報(bào)、太陽能資源的動(dòng)態(tài)變化，對(duì)太陽能光伏發(fā)電站的輸出功率進(jìn)行短期和超短期的預(yù)測(cè)，從而幫助電力調(diào)度部門合理安排發(fā)電計(jì)劃，優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行，減少因太陽能發(fā)電波動(dòng)性帶來的電網(wǎng)不穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)，提高光伏發(fā)電的并網(wǎng)效率和經(jīng)濟(jì)效益。

4.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本項(xiàng)目集成了一套分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)Acrel-1000DP與光功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用分層分布式，分成站控層、通信層和設(shè)備層。站控層負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行集中管理和控制。操作員可以實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的智能調(diào)度與優(yōu)化。通信層負(fù)責(zé)信息傳遞與數(shù)據(jù)交互，確保各個(gè)設(shè)備和系統(tǒng)組件之間能夠無縫連接和協(xié)同工作，此外，通信層還可以支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，適應(yīng)不同規(guī)模和需求的應(yīng)用場(chǎng)景，保證系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性。設(shè)備層涵蓋了各種傳感器、執(zhí)行器和控制器等硬件設(shè)備。這些設(shè)備負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并執(zhí)行控制指令，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作的核心。

圖4.1系統(tǒng)拓?fù)鋱D

項(xiàng)目配置設(shè)備清單如下表所示：

5.現(xiàn)場(chǎng)安裝

圖 5.1 二次屏柜（預(yù)制艙內(nèi)） 圖 5.2 一體化電源（預(yù)制艙內(nèi)） 圖 5.3 一、二次預(yù)制艙

6.保護(hù)試驗(yàn)

微機(jī)保護(hù)裝置作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，其正式投入使用前的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)至關(guān)重要。本項(xiàng)目對(duì)防孤島保護(hù)裝置的失壓跳閘功能要求較高，以此功能為例，介紹微機(jī)保護(hù)裝置的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)步驟：

1）系統(tǒng)配置：在微機(jī)保護(hù)裝置上配置失壓保護(hù)功能，包括設(shè)置跳閘電壓定值、延時(shí)時(shí)間等參數(shù)；

2）初始測(cè)試：在正常電壓下，確保保護(hù)裝置處于正常工作狀態(tài)，無誤動(dòng)作；

3）模擬失壓條件：使用繼電保護(hù)測(cè)試儀逐步降低輸出電壓，模擬電源電壓下降的情況，觀察微機(jī)保護(hù)裝置在電壓降低過程中的響應(yīng)；

4）執(zhí)行失壓跳閘實(shí)驗(yàn)：將電壓降低至設(shè)定的跳閘定值以下，觀察保護(hù)裝置是否在預(yù)定時(shí)間內(nèi)動(dòng)作，切斷電路，記錄跳閘動(dòng)作的電壓值和動(dòng)作時(shí)間。

7.系統(tǒng)功能

7.1.光伏電站實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主接線圖為光伏電站內(nèi)新建的10kV開閉所一次系統(tǒng)圖，人機(jī)界面可以實(shí)時(shí)顯示采集到的各類數(shù)據(jù)，包括開關(guān)柜的電壓、電流和功率等關(guān)鍵參數(shù)，以及開關(guān)柜內(nèi)斷路器、手車的分合狀態(tài)等。

7.2.光伏發(fā)電功率預(yù)測(cè)

光功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)通過本地氣象傳感器提供的氣象數(shù)據(jù)（包括總輻照度、風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、相對(duì)濕度、大氣壓力等信息）以及天氣預(yù)報(bào)、實(shí)測(cè)功率、并網(wǎng)裝機(jī)容量等信息，利用算法和模型進(jìn)行光伏發(fā)電系統(tǒng)超短期、短期的輸出功率預(yù)測(cè)，并通過曲線直觀展示。

7.3.電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)

電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置采集#1、2#光伏并網(wǎng)接入點(diǎn)的電能質(zhì)量信息，可以對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量包括穩(wěn)態(tài)狀態(tài)和暫態(tài)狀態(tài)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)界面實(shí)時(shí)顯示裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度百分比和正序/負(fù)序/零序電壓值、三相電流不平衡度百分比和正序/負(fù)序/零序電流值，幫助管理人員實(shí)時(shí)掌握供電系統(tǒng)電能質(zhì)量情況，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除供電不穩(wěn)定因素。

7.4.光字牌

光字牌可以顯示電力系統(tǒng)中設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和系統(tǒng)的重要信息，為運(yùn)行人員提供清晰的狀態(tài)指示和警示信號(hào)，包括二次設(shè)備的異常、跳閘信號(hào)，開關(guān)柜斷路器的分合位、手車位置、接地刀閘等信號(hào)。

7.5.調(diào)度上傳

項(xiàng)目采集光伏電站內(nèi)的各項(xiàng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，包括電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、有功電能、無功電能以及斷路器的狀態(tài)等信息，通過數(shù)據(jù)通信終端采用無線公網(wǎng)作為傳輸通道接入地調(diào)系統(tǒng)，配置了縱向加密裝置來確保數(shù)據(jù)的安全性。

8.結(jié)束語

在屋頂光伏發(fā)電項(xiàng)目中，分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)能源資源的有效整合。系統(tǒng)通過對(duì)分散的光伏發(fā)電設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，能夠收集和分析各個(gè)發(fā)電單元的運(yùn)行數(shù)據(jù)，本項(xiàng)目不僅涉及光伏發(fā)電的監(jiān)控管理，還要進(jìn)行無線上傳，為確保數(shù)據(jù)的安全性，項(xiàng)目特別配備了縱向加密和正反向隔離等防護(hù)裝置，以防止?jié)撛诘木W(wǎng)絡(luò)攻擊和數(shù)據(jù)泄露。同時(shí)，搭配的光功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)采用了數(shù)據(jù)分析技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)掌握光照變化、設(shè)備狀態(tài)及發(fā)電效率，從而生成準(zhǔn)確的光功率預(yù)測(cè)信息，幫助用戶更科學(xué)地規(guī)劃光伏發(fā)電與用電策略，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益的雙贏。

審核編輯 黃宇