摘要：隨著“雙碳”目標的提出，可再生能源的開發利用已成為必然趨勢。新能源發電作為能源利用的重要形式，已經吸引了越來越多的關注。相較于大規模、高電壓、長距離傳輸的集中式發電模式，分布式光伏因其容量小、電壓低、便于就地消納的獨特優勢而被廣泛采用，并在近年來呈現出跨越式的發展態勢。研究分布式光伏接入對配電網的影響，對于提升電網穩定性和人身安全具有重要的意義。

1概述

上海寶鋼阿賽洛屋頂光伏發電項目（二期）旨在響應國家提倡的清潔能源政策，為示范分布式光伏發電項目。該項目位于廠區內，利用廠房屋頂建設，總規模約712.8kWp。由上海寶鋼節能環保技術有限公司投資，位于上海市嘉定區，通過配電站并網，由嘉定供電公司管理。本文將探討光伏電站接入系統、繼電保護、系統通信及調度自動化方案。

圖 項目現場驗收圖

2現有電網情況

用戶配電站為10kV，配備3臺變壓器，總容量為4050kVA。變壓器通過“31本4阿賽洛”線接入10kV本特開關站，再連接至110kV百安站。目前，光伏系統容量為1200kWp已運行。

現有供電示意圖如下：

用戶配電站現供電示意圖

3新增分布式光伏設計

光伏組件和支架安裝在一期和二期屋面的低跨區域，緊鄰已安裝的高跨屋面。屋面為彩鋼瓦結構，跨度55米，長189米，總面積約10000平方米，可利用面積約為75%，光伏設備占用約5000平方米。原設計恒荷載為0.3kN/m2，光伏組件和支架增加0.13 kN/m2，導致部分屋面檁條和剛架梁柱強度及穩定性不足，需加固。屋面檁條可增加隅撐加固，梁柱則需兩側貼鋼板加固。

光伏組件示意圖

項目將在廠房東側電氣室旁的綠化帶內安裝升壓變壓器和并網設備，采用箱式變電站，占地約40平方米。逆變器的交流電將被升壓至10kV并接入高壓開關柜，通過一條線路連接至廠區1期電氣室的10KV母排，實現并網。具體設備位置將根據施工圖紙確定。此外，該區域已有一期光伏電站的組件沖洗水箱，二期將擴展屋面上的沖洗管網。

平面關系示意圖

4 技術方案

本項目計劃在廠房屋頂安裝712.8kWp的光伏發電系統，使用國內知名品牌的關鍵設備如光伏組件、逆變器和變壓器。該系統將直接消耗所發電量，多余電量將并入電網。發電系統產生的直流電通過逆變器轉換為交流電，并升壓至10KV，通過開關柜接入廠區電網，滿足負荷需求。考慮到總變壓器容量和已并網的光伏系統，光伏并網容量將控制在變壓器容量的80%以下。根據屋面條件，確定光伏項目的容量為712.8kWp。

升壓變壓器及高低壓配電設備

本項目包括一臺800KVA干式變壓器，額定電壓10.5±2×2.5%/0.38kV，接線組別Dy11，頻率50Hz，適用于戶外，符合國家能效標準。變壓器一次側連接至交流匯流柜或低壓柜，二次側連接至10KV進回線，配有開關柜、PT柜和計量柜，采用預制艙安裝。開關柜輸出連接至光伏并網進線柜，通過10KV高壓交流電纜與廠區10KV母線連接，具體接入方式依據實際設計確定。

繼電保護及安全自動裝置

光伏電站采用微機保護系統以確保信息傳輸。保護元件配置遵循《繼電保護和安全自動裝置技術規程》。并網線路保護需快速響應短路故障，斷開斷路器以切除故障。用戶變電站10kV母線應有故障解列裝置，實現緊急控制功能。逆變器必須能快速檢測并斷開孤島效應，其防孤島策略應符合國家電網規定。逆變器具備多項保護功能，高壓開關柜裝有測控保護裝置，所有信息通過通訊上傳至監控系統。電站能在故障或異常時迅速斷網，不影響系統正常運行。

新建光伏一次圖

5 系統結構

本項目將安裝一套綜合自動化系統，使用安科瑞電氣股份有限公司的Acrel-Cloud1200分布式光伏電力監控系統，具備保護、控制、通信和測量等功能，實現對光伏發電系統和光伏電站的全面自動化管理。逆變器和高低壓設備的狀態信號將接入該監控系統。

本項目光伏電站監控系統由站控層和就地層組成，采用開放式分層、分布式網絡結構。

監控系統通過以太網連接就地層，后者按功能和系統獨立分散在逆變器或箱變區域。即便站控層和網絡故障，就地層也能獨立監測電氣設備。計算機監控系統利用GPRS公網與上海市電力公司進行數據通信。

站控層包括服務器、操作員站和遠動站等，通過計算機網絡互聯，提供人機界面以管理控制現場設備，實現全站監控和管理，并能與遠程控制中心通信。

工作流設備由智能測控、通訊、逆變器數據采集單元和多功能電能表組成，包括微機保護、防孤島保護、電能質量監測、故障解列裝置、多功能儀表、逆變器和箱變測控等主要電氣設備。它負責采集和處理現場數據，并通過網絡傳輸給監控主站，同時接收并執行主站的控制命令，執行有效性驗證、閉鎖和同步檢測后對設備進行控制。

光伏發電單元配備無線發射的數據采集裝置，收集光伏組件、逆變器、測控裝置和智能計量表的數據，并通過無線網絡發送至監控系統以進行實時監控。

監控系統網絡結構圖

項目配置設備清單如下表所示：

方案設備列表

6 系統功能

光伏發電效率監測

通過測控單元和數據采集器收集信息，執行數據校驗和預處理，實時更新數據庫，涵蓋模擬量、數字量和脈沖量。

（1）模擬量

模擬量包括電量如電流、電壓、有功、無功、頻率、功率因數，以及非電量如日照強度、風速、風向、溫度、濕度、氣壓。

（2）數字量

數字量涉及逆變器狀態、故障信號、開關位置、保護動作和運行監視信號等。

實時監測主界面圖

分布式光伏電站運維管理

Acrel-Cloud1200光伏監控系統報警分為事故和預告兩類。事故報警涉及非操作導致的斷路器跳閘和保護動作，而預告報警包括設備變位、狀態異常、模擬量超限、計算機站控系統部件異常等。

（1）事故報警

事故發生時，報警器會發出聲音警報，監控畫面通過顏色變化和閃爍顯示設備異常，并顯示紅色報警信息。打印機隨即打印報警詳情，數據轉發裝置將報警信息發送至遠程控制中心。事故報警可通過手動或自動確認。

（2）預告報警

在預告報警發生時，處理方式與事故報警類似，但可通過不同的音響和信息顏色進行區分，并可選擇性地向遠處發送信息。

報警界面圖

人機界面

通過顯示器監控電氣設備運行參數和狀態，支持雙屏顯示和無級縮放操作，具備平滑漫游和導游圖功能。具有網絡拓撲分析，動態著色設備，區分帶電設備顏色。主要顯示畫面包括：

1）監視圖展示設備狀態和主要電氣量如電流、電壓、頻率、有功、無功，以及環境數據包括氣溫、濕度、氣壓、風速、風向和日照強度的實時值。

2）網絡監視圖以圖形和顏色變化展示計算機監控系統的設備配置和連接狀態。

3）實時監視圖顯示每臺逆變器的發電量，以柱狀圖和數據表形式進行直觀對比，并提供鏈接以查看發電量曲線。

4）發電單元監控圖展示各發電單元詳情，支持手動控制及調節運行狀態。

5）各類保護信息與報告

6）二次保護配置圖展示了各套保護裝置的投入與切除狀態以及它們的整定值等信息

7）控制操作過程的記錄與報表編制

8）事故追憶記錄報告與事故順序記錄報表

9）趨勢曲線圖和棒狀圖

10）各類統計報告與功能報表等

人機界面一次圖

7 結語

分布式光伏發電系統因其清潔、可再生的特性而得到廣泛應用。然而，分布式光伏發電量具有不穩定性，這對電力系統的穩定運行和經濟效益構成了挑戰。因此，當分布式光伏項目并入電網時，必須接受調度主站系統的調控。這有助于實現用戶和電網中分布式光伏的高比例有序并網，加強分布式光伏的統一管理，推動分布式光伏與大電網的協調運行。同時，構建一個數據透明、調控便捷、能源互動的新型分布式新能源調度管理體系。

參考文獻

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