分布式光伏發(fā)電監(jiān)測系統(tǒng)解決方案

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，國家發(fā)改委能源研究所可再生能源發(fā)展中心副主任陶冶表示，“雙碳"目標意味著國家產業(yè)結構的調整，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：廣大農村屋頂?shù)膽粲霉夥凸ど虡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

根據國家電網Q/GDW1480-2015 《分布式電源接入電網技術規(guī)定》：分布式電源并網電壓等級可根據各并網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。最終并網電壓等級應根據電網條件，通過技術經濟比選論證確定。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技術規(guī)定》

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

GB/T 38946-2020  《分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)集中運維技術規(guī)范》

3 解決方案

3.1 交流220V并網（分布式光伏發(fā)電監(jiān)測系統(tǒng)解決方案）

交流220V并網的光伏發(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，根據國家能源局網站提供的數(shù)據，截至2021年6月底，全國累計納入2021年國家財政補貼規(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

根據國家電網Q/GDW1480-2015 《分布式電源接入電網技術規(guī)定》，8kW~400kW可380V并網，超出400kW的光伏電站視情況也可以采用多點380V并網，以當?shù)仉娏Σ块T的審批意見為準。這類分布式光伏多為工商業(yè)企業(yè)屋頂光伏，自發(fā)自用，余電上網。分布式光伏接入配電網前，應明確計量點，計量點設置除應考慮產權分界點外，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，技術性能應滿足國家電網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，接入用電信息采集系統(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，實現(xiàn)自發(fā)自用，余電上網。在380V并網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)電網和公共電網連接處也需要安裝雙向計量電表，用于計量企業(yè)上網電量，數(shù)據均應上傳供電部門用電信息采集系統(tǒng)，用于光伏發(fā)電補貼和上網電量結算。

部分光伏電站并網點需要監(jiān)測并網點電能質量，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，避免往電網輸送電能，系統(tǒng)圖如下。

這種并網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)據和儲能系統(tǒng)運行數(shù)據，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

根據《國家能源局關于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），對于需要國家補貼的新建工商業(yè)分布式光伏發(fā)電項目，需要滿足單點并網裝機容量小于6兆瓦且為非戶用的要求，支持在符合電網運行安全技術要求的前提下，通過內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。由于裝機容量較大，可能對公共電網造成比較大的干擾，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)、電能質量以及和調度的通信要求都比較高。

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

4 系統(tǒng)功能設計

安科瑞電光伏電站監(jiān)控軟件采用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)。

4.1 軟件運行環(huán)境配置

服務器上安裝Windows 7操作系統(tǒng)。

4.2 光伏電站電力監(jiān)控軟件架構

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。

4.3 光伏電站電力監(jiān)控軟件功能

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

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。

通過對電站內一次及二次配電網絡狀態(tài)的監(jiān)控，了解電站內各電氣設備的運行情況及狀態(tài)，并對電站的并網狀態(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

  能夠根據微逆變反應的數(shù)據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：

-  直流電壓、直流電流、直流功率 

-  交流電壓、交流電流 

-  逆變器內溫度、時鐘 

-  頻率、功率因數(shù)、當前發(fā)電功率 

-  日發(fā)電量、累積發(fā)電量、累積CO2 減排量 

-  電網電壓過高、電網電壓過低 

-  電網頻率過高、電網頻率過低 

-  直流電壓過高、直流電壓過低 

-  逆變器過載、逆變器過熱、逆變器短路 

-  散熱器過熱 

-  逆變器孤島 

-  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：

-  光伏組串輸出直流電壓、輸出直流電流、輸出直流功率 

各路輸入總發(fā)電功率、總發(fā)電量 

-  匯流箱輸出電流、匯流箱輸出電壓、匯流箱輸出功率 

-  電流監(jiān)測允差報警 

-  傳輸電纜/ 短路故障告警 

-  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：

-  光伏發(fā)電總輸出有功功率、無功功率 

-  功率因數(shù)、電壓、電流 

-  斷路器故障信息、防雷器狀態(tài)信息等

6）并網柜監(jiān)控

通過對并網柜的監(jiān)控，計量上網電量、內部用電量、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 ：

-  日照輻射 

-  風速、風向 

-  環(huán)境溫度 

-  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。

5 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，根據授權的不同監(jiān)視分布在區(qū)域內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、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。