安科瑞 劉秋霞
摘 要：2024年全國*期間，能源局有關負責人表示，在能源領域，發(fā)展新質生產力的新動能關鍵在于持續(xù)推動新能源和可再生能源高質量躍升發(fā)展，其中積極發(fā)展分布式新能源就是重點工作之一。分布式光伏以其高效、靈活且環(huán)保的發(fā)電特性，正逐步成為推動能源轉型的重要力量。在現(xiàn)代畜牧業(yè)中，利用養(yǎng)殖場屋頂及空地部署光伏板，能夠有效利用閑置空間，直接為養(yǎng)殖場提供清潔、可持續(xù)的電力供應，顯著降低運營成本。本文探討了分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)具備的功能，以及為確保養(yǎng)殖場分布式光伏發(fā)電站穩(wěn)定運行的電氣二次配置。
關鍵詞：分布式光伏；養(yǎng)殖場；電氣二次配置
海南農墾集團其前身是與海南省農墾總局實行政企合一的海南省農墾總公司，屬直屬三大墾區(qū)之一。該集團在海南有多個養(yǎng)殖場，本次工程涉及到紅華養(yǎng)豬場、紅華肉牛繁育場、白沙縣邦溪鎮(zhèn)和牛產業(yè)扶貧養(yǎng)殖場等多個項目，通過在廠房屋頂鋪設分布式光伏，實現(xiàn)光伏發(fā)電自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。
紅華養(yǎng)豬場、紅華肉牛繁育場分布式光伏發(fā)電項目均處于海南省臨高縣，實際裝機容量分別為5.5MW和1.39MW；白沙縣邦溪鎮(zhèn)和牛產業(yè)扶貧養(yǎng)殖場位于海南省白沙黎族自治縣，總建設規(guī)模為1.45MW。養(yǎng)殖場內光伏組件安裝在廠房屋頂，經(jīng)逆變后接入箱變升壓至10kV，再接入廠區(qū)內原有用戶10kV母線；
本文主要針對紅華養(yǎng)豬場和紅華肉牛繁育場分布式光伏發(fā)電項目介紹光伏電站的電氣二次配置方案，包括保護站內發(fā)電運行安全的安全自動裝置屏、完成調度上傳的遠動通訊屏，以及就地部署的Acrel-1000DP分布式光伏系統(tǒng)。
紅華養(yǎng)豬場在養(yǎng)殖棚屋面建設分布式光伏電站，組件采用平鋪設計，共使用單晶硅單面單玻545Wp組件10108片，每28片組件為一串，采用16臺250kW逆變器，根據(jù)屋頂情況布置太陽能電池板，所發(fā)直流電由逆變器逆變成交流800V，接入箱變升壓至10kV并入電網(wǎng)，并網(wǎng)形式為自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。
圖2.1 紅華養(yǎng)豬場光伏接入系統(tǒng)示意圖
圖2.2 紅華養(yǎng)豬場光伏組件布置圖
紅華肉牛繁育場區(qū)采用550W單晶硅組件，安裝50kW組串逆變器1臺,70kW組串逆變器13臺，100kW組串逆變器3臺，110kW組串逆變器1臺,整體光伏發(fā)電量1.39MW。項目不設置匯流箱，所有逆變器出線回路均接入升壓變，設置1座10kV箱式變壓器1600kVA，采用10kV電壓等級并網(wǎng)。
圖2.3 紅華肉牛繁育場光伏接入系統(tǒng)示意圖
圖2.4 紅華肉牛繁育場光伏組件布置圖
以紅華養(yǎng)豬場分布式光伏項目為例（以下簡稱“本項目"），本項目利用屋頂建設光伏發(fā)電系統(tǒng)，所發(fā)電量采用就地消納，自發(fā)自用、余電上網(wǎng)的模式，光伏發(fā)電經(jīng)逆變器、箱變升壓至10kV，并網(wǎng)接入10kV電網(wǎng)原有線路。
為確保光伏發(fā)電系統(tǒng)實現(xiàn)高效、穩(wěn)定、安全地運行，并順利并入電網(wǎng)，我們配置了繼電保護及安全自動裝置、遠動通訊屏和就地部署的Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)與AcrelCloud-1200光伏運維云平臺。
本項目箱變均配備干式三相雙繞組低損耗無勵磁調壓變壓器，容量為2500kVA，電壓等級為10±5%/0.4kV，接線組別為“D，yn11"，交流頻率為50Hz，可以戶外使用，能效等級滿足規(guī)范要求。
高壓側包含進線柜、PT柜，計量柜，出線柜，高壓配電室要求門加裝電磁鎖，當10kV側帶電時高壓室內門不能打開；低壓側與逆變器連接。箱變內采用溫濕度監(jiān)控器，能測量箱變內部環(huán)境溫度，輸出環(huán)境溫度測控接點，以滿足變壓器溫度合理運行故障報警跳閘要求及箱變內部正常運行要求。
1）并網(wǎng)線路繼電保護及安全自動裝置
當分布式光伏項目的并網(wǎng)線路發(fā)生短路故障時，線路保護應立即啟動，判斷故障并觸發(fā)動作，瞬時斷開與故障點相連的并網(wǎng)點斷路器，小化故障對電網(wǎng)的影響范圍，確保故障能夠被快速且可靠地切除，從而保護其他非故障部分的正常運行。
10kV母線作為關鍵節(jié)點，應當配備的故障解列裝置，裝置可以實時監(jiān)測母線頻率和電壓的功能，一旦檢測到異常（如頻率偏離正常范圍、電壓波動過大等），將立即執(zhí)行緊急控制措施，自動跳開指*的斷路器（通常是連接光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)的開關），通過這樣的方式，可以有效防止故障或異常狀況的進一步擴大，保障電網(wǎng)和用戶設備的安全。
2）防孤島檢測
在分布式光伏項目中，為防止孤島現(xiàn)象對電網(wǎng)和人員安全造成威脅，需要配有完善的防孤島方案，需要逆變器的孤島檢測機制、防孤島保護裝置、低壓檢測裝置共同配合，一旦監(jiān)測到孤島狀態(tài)，能夠迅速并自動地與電網(wǎng)斷開連接，此外，該方案還需嚴格遵守電網(wǎng)所制定的相關標準和規(guī)定，以確保其有效性和合規(guī)性。
光伏電站內采用本地監(jiān)控系統(tǒng)，應具備自動接收并執(zhí)行調度部門發(fā)送的有功功率及無功功率變化的控制指令的能力。同時站內配置智能邊緣計算網(wǎng)關，接入省級配網(wǎng)自動化主站，上傳臨高縣調，采集上傳的信息量應滿足調度機構的運行需求，包括并網(wǎng)設備狀態(tài)、并網(wǎng)點電壓、電流、有功功率、無功功率和發(fā)電量等，調控應實時監(jiān)視運行情況。
本項目致力于構建一個高效、智能的光伏電站管理體系，集成了一套的分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)Acrel-1000DP與光伏運維云平臺AcrelCloud-1200，來實現(xiàn)對整個光伏發(fā)電站的全面掌控與優(yōu)化，系統(tǒng)網(wǎng)絡結構為分層、分布式，整體可分為三層：
一層：站控層。在值班室設置操作員站，采用C/S架構分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)，配置工控機和管理軟件，工控機主要完成對光伏電站的數(shù)據(jù)集抄和界面顯示功能；同時配置光伏運維云平臺，采用B/S架構，支持多平臺、多終端網(wǎng)絡訪問，形成了全站監(jiān)控、管理，并具備與遠方控制通信的接口。
二層：通信層。通訊管理機以相對獨立的方式分散在逆變器區(qū)域或箱變中，將整理分析采集到的數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡或者4G上傳至光伏服務器和系統(tǒng)，確保在站控層網(wǎng)絡失效的情況下，仍能獨立完成就地各電氣設備的監(jiān)測。
三層：設備層。主要包括微機保護、防孤島保護、電能質量在線監(jiān)測裝置、故障解列裝置、多功能儀表、逆變器、箱變測控等設備。可以直接采集處理現(xiàn)場的原始數(shù)據(jù)，通過通信層傳送給站控層，同時接收站控層發(fā)來的控制操作命令，經(jīng)過有效性判斷、閉鎖檢測、同步檢測等，后對設備進行操作控制。
圖4.1系統(tǒng)網(wǎng)絡示意圖
項目配置設備清單如下表所示：
表4.1 方案設備列表
安裝位置 | 型號 | 數(shù)量 | 功能 |
光伏二次艙 | Acrel-1000DP 分布式光伏監(jiān)控主機 | 1 | 具有保護、控制、通信、測量等功能，可實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)、開關站的全功能綜合自動化管理 |
AcrelCloud-1200 分布式光伏監(jiān)控云平臺 | 1 | B/S架構，支持多平臺、多終端網(wǎng)絡訪問； 方便運維、設備信息管理 | |
光伏二次艙 | ATS1200GB裝置 | 1 | 獲取GPS與BD雙時鐘數(shù)據(jù)，為站內設備、系統(tǒng)提供對時功能。 |
ANet-2E8S1 | 1 | 光伏電站內數(shù)據(jù)采集及上傳本地平臺 | |
ANet-2E8S1 | 2 | 光伏電站內數(shù)據(jù)匯總及上傳調度 | |
Anet-2E4SM + Anet-M4G | 1 | 建立無線通道，將數(shù)據(jù)上傳至天樞云平臺 | |
縱向加密認證裝置 | 2 | 用于電力控制系統(tǒng)安全區(qū)I/II的廣域網(wǎng)邊界保護，為網(wǎng)關機之間的廣域網(wǎng)通信提供具有認證、與加密功能的VPN，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C密性、完整性保護 | |
S1224F交換機 | 1 | 站內通信組網(wǎng) | |
光伏二次艙 | AM6-A1故障解列裝置 | 1 | 適用于負荷側或小電源側的故障解列 |
AM5SE-IS防孤島保護 | 1 | 當發(fā)生孤島現(xiàn)象時，可以快速切除并網(wǎng)點， 使本地與電網(wǎng)側快速脫離，保證電站和相關因為人員安全 | |
光伏二次艙 （1面） | APView500 | 1 | 采集監(jiān)測諧波分析、電壓暫升/暫降/中斷、閃變監(jiān)測、電壓不平衡度、事件記錄、測量控制 |
AM5SE-K公用測控裝置 | 1 | 采集站內二次設備的異常信號 |
在分布式光伏電站的管理與運營中，需要一個高效、直觀的綜合看板，該看板集成了發(fā)電功率監(jiān)測、裝機容量記錄、發(fā)電量統(tǒng)計以及光伏收益計算等核心功能，同時特別突出了對環(huán)保貢獻的量化評估，包括計算二氧化碳減排量和節(jié)約的噸標煤量。
圖5.1 綜合看板界面
分布式光伏運維平臺的報警處理分事故報警和預告報警。前者包括非操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動作信號，后者包括一般設備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量越限/復限、計算機站控系統(tǒng)的各個部件、就地單元的狀態(tài)異常等，針對不同等級的報警，處理方式有所區(qū)別，預告報警會有選擇地向遠方發(fā)送。
平臺提供設備管理模塊，允許運維人員對設備進行遠程配置、參數(shù)調整、軟件升級等操作，這些功能可以大幅提高運維效率，降低現(xiàn)場操作成本。平臺靈活的配置選項，允許用戶根據(jù)自己的需求對平臺進行定制和擴展。
圖5.2 設備管理界面
平臺集成了多項關鍵功能，來全面保障和提升電站的運營效能與經(jīng)濟效益?；谄鋸姶蟮臄?shù)據(jù)分析與統(tǒng)計能力，可以計算電站的年利用小時數(shù)，能夠客觀評估電站的發(fā)電效率和使用效率，為運維團隊提供改進方向。同時，電站收益統(tǒng)計功能則根據(jù)發(fā)電數(shù)據(jù)和電價政策等因素，自動計算出電站的年度、季度或月度收益情況，為投資者和管理層提供直觀、準確的財務數(shù)據(jù)支持，助力決策制定與優(yōu)化。
逆變器負責將光伏電池產生的直流電轉換為交流電并送入電網(wǎng)，其工作狀態(tài)直接影響到電站的發(fā)電效率和穩(wěn)定性。所以平臺提供逆變器狀態(tài)查詢功能，通過實時查詢逆變器的工作狀態(tài)、轉換效率及故障信息，運維團隊可以及時發(fā)現(xiàn)并解決逆變器的問題，確保電站的發(fā)電效率和穩(wěn)定性得到保障。
圖5.3 發(fā)電站監(jiān)測界面
分布式光伏發(fā)電作為分布式能源之一，在我國實踐中通常包括戶用光伏、工商業(yè)分布式光伏，而在畜牧業(yè)中應用分布式光伏發(fā)電，可以做到生態(tài)效益和經(jīng)濟效益“雙豐收"，同時也可以促進碳減排目標的實現(xiàn)，為構建綠色、智能、可持續(xù)的現(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)提供了強有力的支持。本文介紹了畜牧業(yè)中分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)與光伏運維平臺相結合的方案，通過集成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理分析以及遠程監(jiān)控、設備管理等功能，顯著提高了光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行效率和可靠性，降低了運維成本。
參考文獻
[1] 吳琦.分布式光伏發(fā)電:中國光伏產業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑[J].中國電力教育，
[2] 周志敏.分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)工程設計與實例[M].中國電力出版社,2014.
[3] 劉躍.分布式光伏電站接入配電網(wǎng)繼電保護配置研究[J].科技創(chuàng)新導報, 2015(3)
