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(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(guān)標準
根據(jù)國家電網(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)國家能源局網(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(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)國家電網(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。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(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)標準、規(guī)程要求。電能表采用智能電能表,技術(shù)性能應(yīng)滿足國家電網(wǎng)公司關(guān)于智能電能表的相關(guān)標準。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(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)
根據(jù)《國家能源局關(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(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
安科瑞電光伏電站監(jiān)控軟件采用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)控軟件架構(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(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0 信息
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(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:
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 :
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情況,包括實時功率、日發(fā)電量、事件告警以及支路信息。