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安科瑞Acrel-1000DP分布式光伏監控系統的實(shí)際案例分析

更新時(shí)間:2025-01-10      瀏覽次數:104

摘 要:常規能源以煤、石油、天然氣為主,不僅資源有限,而且會(huì )造成嚴重的大氣污染,開(kāi)發(fā)清潔的可再生能源已經(jīng)成為當今發(fā)展的重要任務(wù),“節能優(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(zhù)“雙碳"目標的推進(jìn),如今清潔能源所占比重大幅度增加,分布式光伏發(fā)電在我國快速發(fā)展,但其隨機性、間歇性的特點(diǎn)給新能源消納和電網(wǎng)穩定帶來(lái)很大的挑戰,通過(guò)預測光伏發(fā)電可以在一定程度上改善新能源消納問(wèn)題,減少光伏發(fā)電的不穩定性對電網(wǎng)的沖擊。本文介紹了安科瑞Acrel-1000DP分布式光伏監控系統以及光功率預測系統在上海汽車(chē)變速器有限公司8.3MWp分布式光伏發(fā)電項目中的應用。

關(guān)鍵詞:清潔能源;分布式光伏;光功率預測


1 項目概述

上海汽車(chē)變速器有限公司屋頂光伏發(fā)電項目(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“本項目"),位于上海市嘉定區,裝機容量為8.3MW,采用自發(fā)自用余電上網(wǎng)模式。本項目現役35kV用戶(hù)站1座,站內2臺35kV主變,容量均為20MVA。本次光伏設計2個(gè)并網(wǎng)點(diǎn),新建一座10kV開(kāi)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電壓等級分別接入35kV用戶(hù)站的10kVⅠ段母線(xiàn)、Ⅱ段母線(xiàn),并網(wǎng)點(diǎn)容量分別為3.6MW、2.976MW。

本項目采集光伏站內的電流、電壓、有功、無(wú)功、功率因數、有功電度、無(wú)功電度及斷路器狀態(tài)等信息,通過(guò)數據通信終端采用無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)作為傳輸通道接入地調系統。

2 分布式光伏設計

本項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計,共使用14382塊組件組成527個(gè)組串,每個(gè)組串包含15~28塊數量不等的組件。

項目新建5臺箱變,共有2.5MVA變壓器2臺,1.6MVA變壓器2臺,0.8MVA變壓器1臺,箱變分別接4、5、7、2、6臺逆變器,每臺光伏逆變器接9~27路數量不等的組串。其中#2、#3箱變匯總接入10kV開(kāi)關(guān)站內#1匯集進(jìn)線(xiàn)柜,通過(guò)#1光伏并網(wǎng)柜接入35kV變電站10kVⅠ段母線(xiàn)#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(kāi)關(guān)站內#2、#3、#4匯集進(jìn)線(xiàn)柜,通過(guò)#2光伏并網(wǎng)柜接入35kV變電站10kVⅡ段母線(xiàn)#2光伏接入柜,#2并網(wǎng)點(diǎn)容量為2.976MW。


圖2.1 光伏接入系統示意圖

圖2.2 光伏組件布置圖



3 技術(shù)方案

本項目部署了一套Acrel-1000DP分布式光伏監控系統,搭配一套光功率預測系統,用于預測光伏發(fā)電量、響應調度調控。

光伏電站中5臺箱變之間通過(guò)光纖環(huán)網(wǎng),保證數據長(cháng)距離的穩定傳輸,通過(guò)通信管理機及網(wǎng)絡(luò )交換機實(shí)時(shí)采集微機保護裝置、電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置、計量、遠動(dòng)系統等二次設備數據,實(shí)現光伏發(fā)電系統監控與自動(dòng)化管理;同時(shí),配置對時(shí)裝置、遠動(dòng)裝置滿(mǎn)足系統與上級調度的需求,配置一套一體化電源系統,為二次設備及監控主機等重要設備運行提供穩定可靠的電源,實(shí)現整個(gè)光伏系統的安全、穩定運行。


3.1.安全自動(dòng)裝置

1)故障解列裝置

裝置能夠監測電網(wǎng)的實(shí)時(shí)狀態(tài),一旦檢測到異?;蚬收闲盘?,如短路、過(guò)載等,它會(huì )立即啟動(dòng),迅速切斷故障區域與非故障區域之間的電氣連接。既能防止故障設備對電網(wǎng)造成進(jìn)一步損害,也確保其他單元的正常運行,保障用戶(hù)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(kāi)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)恢復時(shí)電壓和頻率不匹配等問(wèn)題,也可能導致電力工作人員在不知情的情況下進(jìn)行危險操作。防孤島裝置通過(guò)實(shí)時(shí)監測電網(wǎng)狀態(tài),一旦檢測到電網(wǎng)斷電,能夠在規定的時(shí)間內迅速切斷分布式電源與電網(wǎng)的連接,從而保障電網(wǎng)的安全運行和維修人員的人身安全。

3)電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置

電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置是一種用于實(shí)時(shí)監測和分析電力系統中電能質(zhì)量的高科技設備。其主要功能包括對電壓、電流、頻率、諧波、閃變、波動(dòng)等關(guān)鍵電能質(zhì)量參數進(jìn)行測量和記錄,裝置能夠及時(shí)識別出電能質(zhì)量問(wèn)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(hù)提供有效的改進(jìn)建議。

3.2.調度數據網(wǎng)設備

1)縱向加密裝置

縱向加密裝置通過(guò)采用加密技術(shù),來(lái)確保信息在傳輸過(guò)程中的機密性和完整性。裝置通過(guò)將數據進(jìn)行加密處理,使得即使信息在傳輸過(guò)程中被截獲,未經(jīng)授權的第三方也無(wú)法解讀其中的內容。

2)正反向隔離裝置

正反向隔離裝置通過(guò)物理或邏輯手段將不同安全等級的網(wǎng)絡(luò )區域隔離開(kāi)來(lái),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 )區域之間進(jìn)行單向的、安全的數據交換,在數據傳遞過(guò)程中會(huì )對數據進(jìn)行簽名驗證、內容過(guò)濾、有效性檢查等處理,以抵御病毒等惡意攻擊,確保數據的合法性和安全性。

3.3.光功率預測系統

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、相對濕度、大氣壓力等信息,光功率預測系統通過(guò)采集到的實(shí)時(shí)氣象條件以及天氣預報、太陽(yáng)能資源的動(dòng)態(tài)變化,對太陽(yáng)能光伏發(fā)電站的輸出功率進(jìn)行短期和超短期的預測,從而幫助電力調度部門(mén)合理安排發(fā)電計劃,優(yōu)化電網(wǎng)運行,減少因太陽(yáng)能發(fā)電波動(dòng)性帶來(lái)的電網(wǎng)不穩定風(fēng)險,提高光伏發(fā)電的并網(wǎng)效率和經(jīng)濟效益。

4 系統結構


本項目集成了一套分布式光伏監控系統Acrel-1000DP與光功率預測系統,系統結構采用分層分布式,分成站控層、通信層和設備層。

站控層負責對整個(gè)系統進(jìn)行集中管理和控制。操作員可以實(shí)時(shí)監控系統狀態(tài),進(jìn)行數據分析與處理,從而實(shí)現對生產(chǎn)過(guò)程的智能調度與優(yōu)化。

通信層負責信息傳遞與數據交互,確保各個(gè)設備和系統組件之間能夠無(wú)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 )拓撲結構,適應不同規模和需求的應用場(chǎng)景,保證系統的靈活性和可擴展性。

設備層涵蓋了各種傳感器、執行器和控制器等硬件設備。這些設備負責采集現場(chǎng)數據并執行控制指令,是實(shí)現自動(dòng)化操作的核心。


圖4.1系統拓撲圖

項目配置設備清單如下表所示:

表4.1 方案設備列表





5 現場(chǎng)圖片

圖 5.1 二次屏柜(預制艙內)


圖 5.2 一體化電源(預制艙內)

圖 5.3 一、二次預制艙



6 保護實(shí)驗

微機保護裝置作為電力系統的重要組成部分,其正式投入使用前的實(shí)驗環(huán)節至關(guān)重要。本項目對防孤島保護裝置的失壓跳閘功能要求較高,以此功能為例,介紹微機保護裝置的現場(chǎng)實(shí)驗步驟:

1)系統配置:在微機保護裝置上配置失壓保護功能,包括設置跳閘電壓定值、延時(shí)時(shí)間等參數;

2)初始測試:在正常電壓下,確保保護裝置處于正常工作狀態(tài),無(wú)誤動(dòng)作;

3)模擬失壓條件:使用繼電保護測試儀逐步降低輸出電壓,模擬電源電壓下降的情況,觀(guān)察微機保護裝置在電壓降低過(guò)程中的響應;

4)執行失壓跳閘實(shí)驗:將電壓降低至設定的跳閘定值以下,觀(guān)察保護裝置是否在預定時(shí)間內動(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 系統功能

7.1.光伏電站實(shí)時(shí)監測

系統主接線(xiàn)圖為光伏電站內新建的10kV開(kāi)閉所一次系統圖,人機界面可以實(shí)時(shí)顯示采集到的各類(lèi)數據,包括開(kāi)關(guān)柜的電壓、電流和功率等關(guān)鍵參數,以及開(kāi)關(guān)柜內斷路器、手車(chē)的分合狀態(tài)等。


圖7.1 實(shí)時(shí)監測

7.2.光伏發(fā)電功率預測

光功率預測系統通過(guò)本地氣象傳感器提供的氣象數據(包括總輻照度、風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、相對濕度、大氣壓力等信息)以及天氣預報、實(shí)測功率、并網(wǎng)裝機容量等信息,利用算法和模型進(jìn)行光伏發(fā)電系統超短期、短期的輸出功率預測,并通過(guò)曲線(xiàn)直觀(guān)展示。

7.3.電能質(zhì)量在線(xiàn)監測

電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置采集#1、2#光伏并網(wǎng)接入點(diǎn)的電能質(zhì)量信息,可以對整個(gè)供電系統的電能質(zhì)量包括穩態(tài)狀態(tài)和暫態(tài)狀態(tài)進(jìn)行持續監測。系統界面實(shí)時(shí)顯示裝置通信狀態(tài)、各監測點(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/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度百分比和正序/負序/零序電流值,幫助管理人員實(shí)時(shí)掌握供電系統電能質(zhì)量情況,以便及時(shí)發(fā)現和消除供電不穩定因素。

圖7.2 電能質(zhì)量在線(xiàn)監測界面

7.4.光字牌

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

圖7.3 光字牌界面

7.5.調度上傳

項目采集光伏電站內的各項關(guān)鍵數據,包括電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率、功率因數、有功電能、無(wú)功電能以及斷路器的狀態(tài)等信息,通過(guò)數據通信終端采用無(wú)線(xiàn)公網(wǎng)作為傳輸通道接入地調系統,配置了縱向加密裝置來(lái)確保數據的安全性。


8 結語(yǔ)

在屋頂光伏發(fā)電項目中,分布式光伏監控系統可以實(shí)現能源資源的有效整合。系統通過(guò)對分散的光伏發(fā)電設備進(jìn)行實(shí)時(shí)監控,能夠收集和分析各個(gè)發(fā)電單元的運行數據,本項目不僅涉及光伏發(fā)電的監控管理,還要進(jìn)行無(wú)線(xiàn)上傳,為確保數據的安全性,項目特別配備了縱向加密和正反向隔離等防護裝置,以防止潛在的網(wǎng)絡(luò )攻擊和數據泄露。同時(shí),搭配的光功率預測系統采用了數據分析技術(shù),能夠實(shí)時(shí)掌握光照變化、設備狀態(tài)及發(fā)電效率,從而生成準確的光功率預測信息,幫助用戶(hù)更科學(xué)地規劃光伏發(fā)電與用電策略,實(shí)現經(jīng)濟效益與環(huán)境效益的雙贏(yíng)。

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