安科瑞 馬香霞
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(kāi)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(lái)很大的挑戰(zhàn)，通過(guò)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(wèn)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)軟件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(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(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(wú)功、功率因數(shù)、有功電度、無(wú)功電度及斷路器狀態(tài)等信息，通過(guò)數(shù)據(jù)通信終端采用無(wú)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(kāi)關(guān)站內(nèi)#1匯集進(jìn)線柜，通過(guò)#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(kāi)關(guān)站內(nèi)#2、#3、#4匯集進(jìn)線柜，通過(guò)#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。
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(guò)光纖環(huán)網(wǎng)，保證數(shù)據(jù)長(zhǎng)距離的穩(wěn)定傳輸，通過(guò)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)全面監(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?；蚬收闲盘?hào)，如短路、過(guò)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(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(fù)時(shí)電壓和頻率不匹配等問(wèn)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(guò)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)行精確測(cè)量和記錄，裝置能夠及時(shí)識(shí)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(guò)采用先進(jìn)的加密技術(shù)，來(lái)確保信息在傳輸過(guò)程中的機(jī)密性和完整性。裝置通過(guò)將數(shù)據(jù)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(quán)的第三方也無(wú)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(guò)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(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(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(guò)程中會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簽名驗(yàn)證、內(nèi)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(shù)據(jù)的合法性和安全性。
3.3. 光功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)
光功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)分析歷史天氣數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)氣象條件以及太陽(yáng)能資源的動(dòng)態(tài)變化，對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電站的輸出功率進(jìn)行精確預(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(yáng)能發(fā)電波動(dòng)性帶來(lái)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)目集成了一套先進(jìn)的分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)Acrel-1000DP與光功率預(yù)測(cè)軟件，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(guò)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(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?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。
項(xiàng)目配置設(shè)備清單如下表所示：
表4.1 方案設(shè)備列表
5. 現(xiàn)場(chǎng)圖片
6. 系統(tǒng)功能
6.1. 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(kāi)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(kāi)關(guān)柜的電壓、電流和功率等關(guān)鍵參數(shù)，以及開(kāi)關(guān)柜內(nèi)斷路器、手車的分合狀態(tài)等。
圖6.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
6.2. 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(kāi)關(guān)柜斷路器的分合位、手車位置、接地刀閘等信號(hào)。
6.3. 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。
圖6.3 電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)界面
6.4. 光伏發(fā)電功率預(yù)測(cè)
系統(tǒng)統(tǒng)通過(guò)傳感器、監(jiān)測(cè)設(shè)備采集光伏電站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包括光照強(qiáng)度、溫度、風(fēng)速等氣象信息，結(jié)合歷史發(fā)電數(shù)據(jù)，利用先進(jìn)的算法和模型對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率進(jìn)行短時(shí)和超短時(shí)預(yù)測(cè)，并通過(guò)曲線展示。
圖6.4 光伏功率預(yù)測(cè)界面
7. 結(jié)語(yǔ)
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(guò)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(wú)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)，配套的光功率預(yù)測(cè)軟件采用了先進(jìn)的數(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，從而生成精準(zhǔn)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。
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