摘要：全球?qū)稍偕茉吹年P(guān)注增加，推動(dòng)了分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的普及。這些系統(tǒng)因環(huán)保和靈活性而受到青睞，有助于解決能源和環(huán)境問題。電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置和防孤島保護(hù)裝置在這些項(xiàng)目中至關(guān)重要。監(jiān)測裝置實(shí)時(shí)跟蹤電壓和電流，保障電能質(zhì)量；防孤島裝置則在故障時(shí)切斷連接，保護(hù)人員和設(shè)備安全。本文將探討這些裝置在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用，包括預(yù)防故障、提升穩(wěn)定性、優(yōu)化能源使用和提供數(shù)據(jù)支持。

1 項(xiàng)目概況

上海特斯拉超級(jí)工廠位于浦東新區(qū)，占地約86萬平方米，主要生產(chǎn)Model 3和Model Y車型，以及動(dòng)力電池和電機(jī)。該工廠具備智能化生產(chǎn)線和先進(jìn)制造技術(shù)，集智能化和自動(dòng)化于一身，對特斯拉全球發(fā)展具有重要貢獻(xiàn)。

本項(xiàng)目在現(xiàn)有10/0.4kV系統(tǒng)中加入分布式光伏并網(wǎng)。系統(tǒng)包括4臺(tái)高壓柜、4臺(tái)變壓器和31臺(tái)低壓柜。采用0.4kV并網(wǎng)方案，設(shè)計(jì)了1#和2#并網(wǎng)點(diǎn)，光伏并網(wǎng)接入點(diǎn)位于低壓配電柜出線開關(guān)。供電系統(tǒng)圖和并網(wǎng)柜位置見圖1。

圖1 配電系統(tǒng)一次系統(tǒng)圖

2項(xiàng)目需求

光伏發(fā)電是一種清潔能源，然而其產(chǎn)生的電能質(zhì)量往往不夠穩(wěn)定。由于光伏發(fā)電的固有不確定性，可能會(huì)引起輸出功率的隨機(jī)波動(dòng)，這進(jìn)而可能導(dǎo)致電網(wǎng)頻率偏差、電壓的暫時(shí)性升高或降低、短時(shí)的電壓中斷以及電壓波動(dòng)和閃變等電能質(zhì)量問題。此外，光伏發(fā)電系統(tǒng)中使用的交直流逆變器在轉(zhuǎn)換過程中會(huì)產(chǎn)生諧波問題，并可能導(dǎo)致直流分量流入供電系統(tǒng)。

1）這些電能質(zhì)量問題可能會(huì)對工廠造成以下影響：

電壓波動(dòng)與閃變：這些現(xiàn)象可能導(dǎo)致電機(jī)設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定，進(jìn)而影響生產(chǎn)線的順暢運(yùn)作。

諧波污染：此類問題可能干擾電子元件的正常功能，從而引發(fā)設(shè)備故障甚至損壞。

電壓暫降與短時(shí)中斷：這些情況可能導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)或損壞，對生產(chǎn)線的正常運(yùn)行構(gòu)成威脅。

頻率偏差：此問題可能會(huì)影響電機(jī)設(shè)備的正常運(yùn)行，進(jìn)而導(dǎo)致生產(chǎn)線的停滯或損壞。

在線電能質(zhì)量監(jiān)測裝置能實(shí)時(shí)監(jiān)測和分析電能質(zhì)量，具備事件告警、錄波、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和評(píng)估分析功能，有助于及時(shí)解決電能問題，提升光伏發(fā)電效率和穩(wěn)定性，并確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

孤島效應(yīng)在光伏項(xiàng)目中指電網(wǎng)停電時(shí)光伏系統(tǒng)仍發(fā)電并送電，形成安全隱患。防孤島保護(hù)裝置能切斷光伏與電網(wǎng)連接，防止此效應(yīng)，保障檢修人員安全。它還能在電網(wǎng)故障時(shí)保護(hù)設(shè)備，并故障后自動(dòng)恢復(fù)并網(wǎng)，維持項(xiàng)目穩(wěn)定。

本項(xiàng)目要求并網(wǎng)點(diǎn)在電壓低于50%Un時(shí)0.1秒內(nèi)閉鎖發(fā)電，并具備在電壓達(dá)到85%Un時(shí)自動(dòng)并網(wǎng)的功能。同時(shí)，需實(shí)時(shí)監(jiān)控并網(wǎng)點(diǎn)的電壓諧波、直流分量、電壓偏差等電能質(zhì)量指標(biāo)。1#和2#并網(wǎng)點(diǎn)的電壓、電流、有功功率、無功功率以及防孤島保護(hù)和電能質(zhì)量數(shù)據(jù)需上傳至特斯拉220kV變電站，并通過站內(nèi)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)發(fā)送至調(diào)度中心。

2）同時(shí)光伏發(fā)電站項(xiàng)目還應(yīng)滿足以下相關(guān)規(guī)定：

根據(jù)GB/T 19964-2012標(biāo)準(zhǔn)，光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)安裝符合GB/T 19862-2005的A類電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置，監(jiān)測點(diǎn)設(shè)在并網(wǎng)點(diǎn)。該裝置負(fù)責(zé)監(jiān)測諧波、電壓偏差、頻率偏差、電壓波動(dòng)和閃變、三相不平衡度及注入電網(wǎng)直流分量，并具備通訊接口以便遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)至電能質(zhì)量檢測主站。

根據(jù)《電能質(zhì)量評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則 三相電壓不平衡》DL_T 1375-2014，公共連接點(diǎn)的用戶負(fù)序電壓不平衡度一般限值為1.3%，短時(shí)不超過2.6%。

根據(jù)規(guī)定GB/T 12325-2008，220伏單相供電電壓偏差為標(biāo)稱電壓的+7%至-10%。

依據(jù)《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)定》GB/T 19964-2012的規(guī)定，光伏發(fā)電站必須配備獨(dú)立的防孤島保護(hù)裝置，并確保其動(dòng)作時(shí)間不超過2秒。此外，防孤島保護(hù)裝置的操作應(yīng)與電網(wǎng)側(cè)的線路保護(hù)裝置協(xié)同工作。

根據(jù)本次項(xiàng)目的需求和相關(guān)規(guī)范，我們計(jì)劃對現(xiàn)有的供電系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，以適應(yīng)分布式光伏并網(wǎng)項(xiàng)目。此次改造將包括增設(shè)兩臺(tái)并網(wǎng)柜。為了實(shí)時(shí)監(jiān)控并網(wǎng)點(diǎn)的電能質(zhì)量，每個(gè)柜內(nèi)將配備一臺(tái)A類電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置APView500PV。此外，為了確保安全，每臺(tái)并網(wǎng)柜還將安裝一臺(tái)防孤島保護(hù)裝置AM5SE-IS，該裝置能夠在檢測到孤島效應(yīng)時(shí)迅速動(dòng)作，切斷斷路器，從而防止?jié)撛诘氖鹿省＞唧w的配置細(xì)節(jié)請參見圖2和圖3。

圖2  1#并網(wǎng)柜配置方案

圖3  2#并網(wǎng)柜配置方案

3）各類設(shè)備主要實(shí)現(xiàn)的功能如下：

4）現(xiàn)場安裝圖片

本項(xiàng)目的所有設(shè)備均已就地安裝于開關(guān)柜內(nèi)，現(xiàn)場安裝的圖片展示如下。目前，這些裝置在現(xiàn)場運(yùn)行狀況良好。

圖4 裝置現(xiàn)場安裝圖片

3結(jié)語

電能質(zhì)量監(jiān)測裝置實(shí)時(shí)監(jiān)控光伏發(fā)電系統(tǒng)，保障電能穩(wěn)定可靠，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決電壓波動(dòng)等問題，支持系統(tǒng)優(yōu)化。防孤島保護(hù)裝置防止孤島效應(yīng)，保障檢修人員安全，同時(shí)在電網(wǎng)故障時(shí)保護(hù)設(shè)備，自動(dòng)恢復(fù)并網(wǎng)。隨著可再生能源和電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，電能質(zhì)量監(jiān)測和防孤島保護(hù)裝置對穩(wěn)定光伏發(fā)電系統(tǒng)和提高電能質(zhì)量至關(guān)重要，應(yīng)用前景廣闊。