陜西智能光伏監(jiān)測系統(tǒng)方案

為了滿足光伏發(fā)電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、智能化和可操作化的要求,研究并提出了一種太陽能光伏發(fā)電控制系統(tǒng);該系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)采用DSP芯片TMS320F2812和CPLD的EPM240,軟件系統(tǒng)下位機則固化在DSP芯片中,上位機由C++builder編寫,極大地提高了太陽能發(fā)電的自動化水平;同時提出了一個基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計方案,將遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)融入到光伏電站的管理中,可以將地域上廣泛的、分散的太陽能光伏系統(tǒng)聯(lián)系起來,實現(xiàn)集中式的監(jiān)控和維護;經(jīng)實驗驗證,該系統(tǒng)工作穩(wěn)定,性能優(yōu)越。

1 概述

“十四五”期間，隨著“雙碳”目標(biāo)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(biāo)意味著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)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(chǔ)，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(guān)于分布式光伏整縣推進(jìn)工作的通知。

目前我國的兩種分布式應(yīng)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)電網(wǎng)Q/GDW1480-2015 《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)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(jìn)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(yīng)根據(jù)電網(wǎng)條件，通過技術(shù)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(shù)規(guī)定》

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

GB 50797-2012  《光伏發(fā)電站設(shè)計規(guī)范》

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

JGJ203-2010      《民用建筑太陽能光伏系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)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)能源網(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(dāng)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(shù)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(dāng)?shù)仉娏Σ块T的審批意見為準(zhǔn)。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(yīng)明確計量點，計量點設(shè)置除應(yīng)考慮產(chǎn)權(quán)分界點外，還應(yīng)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(yīng)裝設(shè)雙向電能計量裝置，其設(shè)備配置和技術(shù)要求符合 DL/T 448 的相關(guān)規(guī)定，以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程要求。電能表采用智能電能表，技術(shù)性能應(yīng)滿足電網(wǎng)公司關(guān)于智能電能表的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。用于結(jié)算和考核的分布式電源計量裝置，應(yīng)安裝采集設(shè)備，接入用電信息采集統(tǒng)，實現(xiàn)用電信息的遠(yuǎn)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(yīng)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(jié)算。

部分光伏電站并網(wǎng)點需要監(jiān)測并網(wǎng)點電能質(zhì)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(zhì)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)《能源關(guān)于2019年風(fēng)電、光伏發(fā)電項目建設(shè)有關(guān)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(shù)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(shè)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(shè)備比較多，主要如下表：

3.4 系統(tǒng)功能設(shè)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(jié)多年的開發(fā)、實踐經(jīng)驗和大量的用戶需求而設(shè)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(wù)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(gòu)

軟件采用C/S架構(gòu)，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(jìn)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TOP10 信息

通過主界面可以對光伏陣列現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行實時監(jiān)測與顯示，如室外溫度值、風(fēng)速、風(fēng)向、光照強度等。

1）通過對電站內(nèi)一次及二次配電網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的監(jiān)控，了解電站內(nèi)各電氣設(shè)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(jìn)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(yīng)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(jìn)行對比。

3）逆變器監(jiān)控

組串式逆變器主要監(jiān)測指標(biāo)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(dāng)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(cè)輸入電流實時曲線、交流側(cè)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(biāo)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(guān)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(biāo)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(zhì)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)包括 ：

1.日照輻射

2.風(fēng)速、風(fēng)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(dǎo)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(jìn)行記錄，如：通訊采集異常、開關(guān)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(jìn)行更改設(shè)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(fēng)速等的波動情況。

10）故障報警

當(dāng)電池板長時間輸出功率偏低進(jìn)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(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)出現(xiàn)開關(guān)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(gòu)，任何具備權(quán)限的用戶都可以通過WEB 瀏覽器，根據(jù)授權(quán)的不同監(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(dāng)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(dāng)日發(fā)電功率曲線、日/月/累計發(fā)電量以及設(shè)備狀況等。

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

光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)，匯流箱、逆變器、交直流配電柜、太陽跟蹤控制系統(tǒng)等設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)控和控制，通過各種樣式的圖表及數(shù)據(jù)快速掌握電站的運行情況，其友好的用戶界面、強大的分析功能、完善的故障報警確保了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的完全可靠和穩(wěn)定運行。陜西智能光伏監(jiān)測系統(tǒng)方案