安科瑞分布式光伏监控系统湖北荆门新众和纺织屋顶光伏发电应用

安科瑞 徐浩竣

江苏安科瑞电器制造有限公司

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摘 要：随着智能电网的快速发展和新能源技术的普及应用，太阳能作为一种清洁能源已逐步成为社会生产生活的重要能源来源。分布式光伏电站凭借其建设投入少、空间需求小的优势，在缓解电力供应紧张方面发挥着重要作用，特别是在我国推进节能减排和绿色发展的政策背景下，其发展势头尤为迅猛。然而，这类电站长期处于户外环境，运行过程中更容易出现各类故障问题。由于其分布范围广、布局分散，缺乏统一的运维管理体系，导致运维工作面临诸多挑战：效率低下、成本居高不下、操作难度大、经济效益不理想，这些因素都严重影响了运维人员的积极性，使得运维质量难以得到有效保证，如何建立一套完善的运维管理机制成为重中之重。

关键词：新能源技术；分布式光伏；运维管理

1. 概述

湖北荆门新众和纺织等屋顶光伏发电项目（以下简称“本项目”）是响应“优化能源结构，提供更加清洁、可靠的能源”的号召，投资建设的分布式光伏发电应用示范项目。

本项目位于湖北荆门铭然装饰工程有限公司旁，利用现有厂房屋顶建设分布式光伏发电项目，总建设规模约为8340kW。光伏发电组件位于荆门市东宝区新台西路，通过用户配电站接入公共电网，属于荆门市供电公司管理范围。

本文首先应对电站运行状态进行实时评估，以便及时发现异常情况；其次要科学规划运维调度方案，提升运维效率和质量，同时降低运营成本。

项目现场

2. 现有电网情况

现有用户配电站为10kV用户变，站内新建7台10kV变压器，变压器容量为2000、1600、1250、2000、630、1250、1000kVA，光伏发电单元所发直流电通过逆变器逆变为交流电后经7台新建变压器升压至10kV通过10kV电缆T接至220kV变电站。目前该变电站已接入及在途分布式电源总容量为127.1MW，因此剩余可接入容量 52.71MW。满足本期接入需求。

现有供电示意图如下：

用户配电站现供电示意

3. 技术方案

本项目通过2个并网点上网，2个并网点的装机容量分别为5.99MW、2.535MW（交流侧）由7个光伏发电单元构成。该项目运营模式为全额上网。利用厂房屋顶建设光伏发电系统，关键设备光伏组件、逆变器、变压器等采用国内知名产品。本项目光伏发电系统所输出的直流电经组串式逆变器转换成交流电后，就地升压至10KV，经开关柜通过1回出线接入至厂区10KV进线母线的用户侧，实现并网。变电站近三年至小负荷平均-0.15MW，考虑主变 N-1 情况下，另一主变负载不超过80%，则该变电站可接入的分布式光伏容量为 179.81MW，目前该变电站已接入及在途分布式光伏容量共 127.1W，因此剩余可接入容量 52.71MW。满足本期接入需求。光伏监控系统按站控层、就地层、架构，通过通信管理机或协议转换器对光伏发电系统设备层的各种设备（逆变器、防孤岛保护、故障解列装置、电能质量监测装置、直流屏等设备）信息进行采集和处理，将处理好的数据上传至SCADA系统和远动装置。远动装置数据经纵向加密后通过4G/5G无线通信网将上传至荆门供电公司配调。

3.1. 升压变压器及高低压配电设备

本项目配备7台三相交流2000KVA的干式变压器。额定电压10.5±2×2.5%/0.38kV，接线组别为Dy11。交流频率为50Hz,可以户外使用，能效等级满足规范要求。

3.2. 继电保护及安全自动装置

本光伏电站内主要电气设备采用微机保护，以满足信息上送。元件保护按照《继电保护和安全自动装置技术规程》（GB14285－2006）配置。

1）线路保护

本项目为10kV并网，建议光伏开关站总出线开关建议光伏开关站总出线开关配置线路方向过流等保护，包括三段可经复压和方向闭锁的过流保护，三段零序过流保护、过负荷并具备低周减载功能，以便线路发生故障时快速切除，避免事故范围扩大。

2）频率电压异常紧急控制装置

本项目光伏并网点断路器要求具备失压跳闸功能，不设重合闸，可通过逆变器内低压保护与频率保护实现解列，不配置独立的安全自动装置。

3）防孤岛检测及安全自动装置

采用具备防孤岛能力的逆变器，逆变器需要具备快速监测孤岛且监测到孤岛后立即断开与电网连接的能力，其防孤岛保护方案应与继电保护配置、频率电压异常紧急控制装置配置和低电压穿越相配合。

4）电能质量监测

在公共连接点装设满足 GB/T 19862《电能质量监测设备通用要求》标准要求的A 类电能质量在线监测装置一套。监测电能质量参数，包括电压、频率、谐波、功率因数等，电能质量监测数据应至少保存一年。

3.3. 系统调度自动化

本项目为10kV电压等级并网，需通过独立信息传输设备将光伏电站有功、无功、功率因数、逆变器数据、电量及开关、刀闸状态量、功率调节数据和功率预测数据等信息上传至调度端，场站应配置AGC装置，具备接收并自动执行有功功率控制指令的能力；需要具备一次调频能力；10kV 发电系统应上报中期、短期和超短期功率预测数据。

3.4. 计量

本项目采用的运营模式为全额上网，并网点共2个，关口点共1个，均设置在光伏出线处。本项目计量配置原则如下。

(1)在关口计量点配置 1 块三相三线电能表，具有双向计量功能，用于计量用户与电网间的上、下网电量。在关口计量点配置 GPRS 用电现场管理系统，用于采集数据及用户用电结算。

(2)在并网点设置C级电能表和 GPRS 用电现场管理系统，用于发电量信息采集及营销系统远传。具体设备配置规模以现场实际为准。

新建并网点一光伏一次图

新建并网点二光伏一次图

4. 系统结构

本项目光伏电站配置一套综合自动化系统，采用安科瑞电气股份有限公司所提供的Acrel-1000分布式光伏电力监控系统具有保护、控制、通信、测量等功能，可实现光伏发电系统、开关站的全功能综合自动化管理。本项目逆变器、高低压设备等状态信号都要接入本监控系统。

本项目光伏电站监控系统包括两部分：站控层和就地层，网络结构为开放式分层、分布式结构。

监控系统通过以太网与就地层相连,就地层按照不同的功能、系统划分，以相对独立的方式分散在逆变器区域或箱变中，在站控层及网络失效的情况下，就地层仍能独立完成就地各电气设备的监测。

站控层由计算机网络连接的服务器、操作员站、远动站等组成，提供站内运行的人机界面，实现管理控制就地层设备等功能，形成全站监控、管理中心，并具备与远方控制中心通信的接口。

就地层设备由智能测控单元、网络系统通讯单元、逆变器数据采集单元、多功能电能表等构成，主要电气设备包括微机保护、防孤岛保护、电能质量在线监测装置、故障解列装置、多功能仪表、逆变器、箱变测控等设备。它直接采集处理现场的原始数据，通过网络传送给站控层监控主站，同时接收站控层发来的控制操作命令，经过有效性判断、闭锁检测、同步检测等，对设备进行操作控制。

每个光伏发电单元配带无线发射功能的数据采集装置，采集每组光伏组件数据，逆变器参数，测控装置、智能计量表计的数据，打包后通过无线网络传输给监控系统实现监视。

监控系统网络结构图

项目配置设备清单如下表所示：

5. 系统功能

5.1. 分布式光伏电站运维管理

Acrel-1000分布式光伏电力监控系统报警处理分事故报警和预告报警。前者包括非操作引起的断路器跳闸和保护装置动作信号，后者包括一般设备变位、状态异常信息、模拟量越限/复限、计算机站控系统的各个部件、就地单元的状态异常等等。

（1）事故报警

事故报警发生时，公用事故报警器将立即发出音响报警，监控画面上用颜色改变和闪烁表示该设备变位，同时显示红色报警条文，打印机打印报警条文，数据转发装置向远方控制中心发送报警信息。事故报警通过手动或自动方式确认。

（2）预告报警

预告报警发生时，其处理方式除与事故报警处理相同外，音响和提供信息颜色可区别于事故报警。能有选择地向远方发送信息。

（3）实时事件

实时事件告警列表包括序号、发生时间、告警内容、告警等级、确认状态等分列展示，告警信息默认按照发生时间降序排列显示，以不同的颜色区分已确认、未确认信号。

实时事件

（4）历史事件

点历史事件图标，切换到历史事件查询界面，查看历史数据库中记录的所有系统事件。

历史事件

（5）监控界面

监测逆变器当前电压、电流、输出功率、温度及当前状态等信息。

逆变器监测

（6）光伏收益界面

支持实时统计电站发电量和收益，降低了运行维护成本

光收益界面

5.2. 光字牌监测

随着变电站综合自动化技术的发展，传统光字牌逐渐被监控后台的虚拟光字牌所取代。这种变化主要体现在以下几个方面:

传统光字牌：依赖于硬件接点触发，通过中央信号屏上的灯光显示设备状态。这种方式在有人值班的变电站中应用广泛，但随着无人值班技术的普及，其局限性逐渐显现。

智能光字牌：在无人值班变电站中，光字牌的功能被集成到监控后台系统中，以虚拟形式实现。智能光字牌不仅保留了传统光字牌的直观性，还增加了信息过滤、分级显示和导航功能。例如，通过导航灯闪烁提示异常信号，运行人员可以快速确认并处理。

1号并网点光字牌

2号并网点光字牌

6. 结语

当前，我国分布式光伏发电呈现爆发式增长态势，在政策红利的持续推动下，其并网模式正由分散式向规模化快速转型。这种发展态势在为能源结构转型注入新动能的同时，也对电力系统安全稳定运行提出了全新挑战。高渗透率分布式光伏的接入不仅会引发电压波动、潮流反送等系列技术难题，还可能影响光伏产业自身的可持续发展。值得注意的是，规模化并网正倒逼电力系统调控模式进行深度变革。为此，需要立足电网实际运行需求和场站管理特点，系统性地研究电网调度运行关键技术，从而构建智能化程度高、安全性能优越的电网能量管理平台，实现新型电力系统多层级协调平衡能力和新能源消纳水平的提升。