安科瑞企業(yè)光伏采集計量系統(tǒng)

安科瑞企業(yè)光伏采集計量系統(tǒng)

匯流箱防閃電電涌侵入措施
應在匯流箱內(nèi)裝設直流電涌保護器，即分別在匯流箱輸出端在正極對地、負極對地、正極對負極之間安裝，直流電涌保護器的主要技術參數(shù)應滿足:額定沖擊電流Iimp≥12．5kA(10/350μs)。當場站內(nèi)的光伏方陣或附近地面遭受雷擊時，輸電線路中形成的雷電流或電涌電流會通過匯流箱中的電涌保護器進行泄流。另外根據(jù)實際直流輸電線路數(shù)量，若需要進一步減小電涌電流，可在多級匯流箱中增設能量相匹配的電涌保護器以達到目的。值得注意的是安裝在匯流箱處的直流電源電涌保護器應滿足光伏系統(tǒng)的應用特性要求，且持續(xù)工作電壓應大于或等于光伏組件的高開路電壓，綜合采用以上措施，盡可能的降低閃電電涌電流。送出線路防閃電電涌侵入措施送出線路的防閃電電涌侵入措施，主要是在變壓器高壓側裝設氧化鋅避雷器，利用氧化鋅避雷器良好的非線性伏安特性的特點，將線路上電涌電流導入大地。

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(xiàn)出較好發(fā)展勢頭的分布式光伏發(fā)展有望大幅提速。就“十四五”光伏發(fā)展規(guī)劃，能源研究所可再生能源發(fā)展中心副主任陶冶表示，“雙碳”目標意味著產(chǎn)業(yè)結構的調(diào)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(fā)展，目前已有河北、甘肅、安徽、浙江、陜西等9省發(fā)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(nóng)村屋頂?shù)膽粲霉夥蜆I(yè)企業(yè)屋頂光伏，這兩類分布式光伏電站今年都發(fā)展迅速。

2 相關標準

根據(jù)電網(wǎng)Q/GDW1480-2015 《分布式電源接入電網(wǎng)技術規(guī)定》：分布式電源并網(wǎng)電壓等級可根據(jù)各并網(wǎng)點裝機容量進行初步選擇，推薦如下：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(wǎng)電壓等級應根據(jù)電網(wǎng)條件，通過技術經(jīng)濟比選論證確定。若高低兩級電壓均具備接入條件，優(yōu)先采用低電壓等級接入。

Q/GDW1480-2015 《分布式電源接入電網(wǎng)技術規(guī)定》

GB/T 29319-2012  《光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)技術規(guī)定》

GB 50797-2012  《光伏發(fā)電站設計規(guī)范》

Q/GDW1617-2015 《光伏電站接入電網(wǎng)技術規(guī)定》

JGJ203-2010      《民用建筑太陽能光伏系統(tǒng)應用技術規(guī)范》

3 解決方案

3.1 交流220V并網(wǎng)

交流220V并網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)多用于居民屋頂光伏發(fā)電，裝機功率在8kW左右。戶用光伏電站今年發(fā)展非常迅猛，根據(jù)網(wǎng)站提供的數(shù)據(jù)，截至2021年6月底，全國累計納入2021年財政補貼規(guī)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(fā)自用，余電不上網(wǎng)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(wǎng)輸送電能。光伏電站規(guī)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：

3.2 交流380V并網(wǎng)

根據(jù)電網(wǎng)Q/GDW1480-2015 《分布式電源接入電網(wǎng)技術規(guī)定》，8kW~400kW可380V并網(wǎng)，超出400kW的光伏電站視情況也可以采用多點380V并網(wǎng)，以當?shù)仉娏Σ块T的審批意見為準。這類分布式光伏多為業(yè)企業(yè)屋頂光伏，自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。分布式光伏接入配電網(wǎng)前，應明確計量點，計量點設置除應考慮產(chǎn)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(guī)定，以及相關標準、規(guī)程要求。電能表采用智能電能表，技術性能應滿足電網(wǎng)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，接入用電信息采集統(tǒng)，實現(xiàn)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(yè)380V電網(wǎng)，實現(xiàn)自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。在380V并網(wǎng)點前需要安裝計量電表用于計量光伏發(fā)電量，同時在企業(yè)電網(wǎng)和公共電網(wǎng)連接處也需要安裝雙向計量電表，用于計量企業(yè)上網(wǎng)電量，數(shù)據(jù)均應上傳供電部門用電信息采集系統(tǒng)，用于光伏發(fā)電補貼和上網(wǎng)電量結算。

部分光伏電站并網(wǎng)點需要監(jiān)測并網(wǎng)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(jiān)測裝置。部分光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)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(wǎng)輸送電能。

這種并網(wǎng)模式單體光伏電站規(guī)模適中，可通過云平臺采用光伏發(fā)電數(shù)據(jù)和儲能系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面：

3.3 10kV或35kV并網(wǎng)

跟據(jù)《關于2019年風電、光伏發(fā)電項目建設有關事項通知》（國發(fā)新能〔2019〕49號），對于需要補貼的新建業(yè)分布式光伏發(fā)電項目，需要滿足單點并網(wǎng)裝機容量小于6兆瓦且為非戶用的要求，支持在符合電網(wǎng)運行安全技術要求的前提下，通過內(nèi)部多點接入配電系統(tǒng)。

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(wǎng)。由于裝機容量較大，可能對公共電網(wǎng)造成比較大的干擾，因此供電部門對于此規(guī)模的分布式光伏電站穩(wěn)控系統(tǒng)、電能質量以及和調(diào)度的通信要求都比較高。

光伏電站并網(wǎng)點需要監(jiān)測并網(wǎng)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(jiān)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(jīng)過直流柜匯流后接入集中式逆變器(直流柜根據(jù)情況可不設置)，經(jīng)過升壓變壓器升壓至10kV或35kV后并入中壓電網(wǎng)。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：

3.4 系統(tǒng)功能設計

安科瑞電光伏電站軟件采用Acrel-2000，是安科瑞電氣股份有限公司總結多年的開發(fā)、實踐經(jīng)驗和大量的用戶需求而設計針對用戶配電系統(tǒng)和光伏電站的實時監(jiān)控系統(tǒng)。

3.4.1

軟件運行環(huán)境配置

服務器上安裝Windows 7操作系統(tǒng)。

3.4.2 光伏電站電力監(jiān)控架構

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(fā)電量和氣象數(shù)據(jù)。

3.4.3 光伏電站電力監(jiān)控功能

對光伏電站的整體信息進行監(jiān)控，采用圖形和數(shù)據(jù)的形式實時動態(tài)地展現(xiàn)電站概況、電站實時發(fā)電及發(fā)電統(tǒng)計信息。包括電站概括、環(huán)境參數(shù)、實時信息、發(fā)電量統(tǒng)計及發(fā)電量信息

通過主界面可以對光伏陣列現(xiàn)場環(huán)境進行實時監(jiān)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(nèi)一次及二次配電網(wǎng)絡狀態(tài)的監(jiān)控，了解電站內(nèi)各電氣設備的運行情況及狀態(tài)，并對電站的并網(wǎng)狀態(tài)、有/ 無功功率流向情況等進行實時監(jiān)控。

2）光伏組件分布監(jiān)控

能夠根據(jù)微逆變反應的數(shù)據(jù)顯示各組太陽能電池板的工作狀態(tài)（是否正常發(fā)電），根據(jù)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(fā)電量日發(fā)電量、日發(fā)電量曲線、月發(fā)電量柱狀圖、年發(fā)電量柱狀圖等，并對這兩種方式發(fā)電量進行對比。

3）逆變器監(jiān)控

組串式逆變器主要監(jiān)測指標包括：

1.直流電壓、直流電流、直流功率

2.交流電壓、交流電流

3.逆變器內(nèi)溫度、時鐘

4.頻率、功率因數(shù)、當前發(fā)電功率

5.日發(fā)電量、累積發(fā)電量、累積CO2 減排量

6.電網(wǎng)電壓過高、電網(wǎng)電壓過低

7.電網(wǎng)頻率過高、電網(wǎng)頻率過低

8.直流電壓過高、直流電壓過低

9.逆變器過載、逆變器過熱、逆變器短路

10.散熱器過熱

11.逆變器孤島

12.DSP 故障、通訊故障等

監(jiān)控系統(tǒng)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(fā)電量等電參量；

4）交流匯流箱監(jiān)控

交流匯流箱主要監(jiān)測指標包括：

1.光伏組串輸出直流電壓、輸出直流電流、輸出直流功率

2.各路輸入總發(fā)電功率、總發(fā)電量

3.匯流箱輸出電流、匯流箱輸出電壓、匯流箱輸出功率

4.電流監(jiān)測允差報警

5.傳輸電纜/ 短路故障告警

6.空氣開關狀態(tài)、故障信息等

5）交流配電柜監(jiān)控

交流配電柜主要監(jiān)測指標包括：

1.光伏發(fā)電總輸出有功功率、無功功率

2.功率因數(shù)、電壓、電流

3.斷路器故障信息、防雷器狀態(tài)信息等

6）并網(wǎng)柜監(jiān)控

通過對并網(wǎng)柜的監(jiān)控，計量上網(wǎng)電量、內(nèi)部用電量、電能質量、光伏發(fā)電系統(tǒng)有功和無功輸出、發(fā)電量、功率因數(shù)、并網(wǎng)點的電壓和頻率、注入系統(tǒng)的電等參數(shù)，計算碳減排量，并折算成標準煤，計算發(fā)電收益。

7）環(huán)境參數(shù)監(jiān)控

環(huán)境參數(shù)主要監(jiān)測指標包括 ：

1.日照輻射

2.風速、風向

3.環(huán)境溫度

4.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(shù)據(jù)管理

監(jiān)控系統(tǒng)可針對光伏發(fā)電現(xiàn)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(fā)電趨勢分析

系統(tǒng)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(nèi)光伏發(fā)電量與該日日照強度，環(huán)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(xiàn)場檢查是否有故障發(fā)生等；另外對于并網(wǎng)柜部分的主斷路器分合閘狀態(tài)進行監(jiān)視，當出現(xiàn)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(jù)不同監(jiān)視分布在區(qū)域內(nèi)各建筑的光伏電站的運行狀態(tài)（如電站地理分布、規(guī)模信息、是否并網(wǎng)、當前發(fā)電量、總發(fā)電量等信息）。

1）顯示接入的電站位置、數(shù)量、裝機容量以及異常報警情況。

2）顯示單個場站當日發(fā)電功率曲線、日/月/累計發(fā)電量以及設備狀況等。

3）顯示單個逆變器詳細情況，包括實時功率、日發(fā)電量、事件告警以及支路信息

并網(wǎng)光伏電站主要由光伏方陣，匯流箱，直流輸電線纜，直流配電柜、并網(wǎng)逆變器、交流配電柜，升壓變壓器、送出線路及計量、控制、通訊等設備組成。本文中暫不考慮蓄電池組、蓄電池控制器及太陽跟蹤控制系統(tǒng)。雷電對并網(wǎng)光伏電站的危害主要分為3種類型，分別為直擊雷，閃電電涌侵入以及設備機房的雷擊電磁脈沖。直擊雷:當雷擊于地面光伏方陣、設備機房或送出線路上，經(jīng)過其對地放電產(chǎn)生的時，由于雷電流的高溫熱效應，在雷電流流過的通道上，物體水分受熱汽化而劇烈膨脹，產(chǎn)生強大的沖擊性機械力，可使組織、建筑物結構、設備部件等斷裂破碎，從而導致人員傷亡、建筑物破壞，以及設備毀壞等。
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