工厂屋顶光伏发电

为了“双碳"目标的实现，可再生能源的开发利用已成为必然趋势。新能源发电作为一种重要的能源利用形式，越来越受到人们的重视。与大容量、高电压、远距离输电的集中发电相比，分布式光伏具有容量小、电压低、就地消纳等D特优势，近年来得到广泛应用，呈现出跨越式发展趋势，研究分布式光伏接入对配电网的影响，对于提高电网和人身安全具有重要意义。本文以分布式光伏为研究对象，结合工程实例，对分布式光伏接入配电网的电气二次配置和通信管理进行了研究。

概述

上海宝钢激光焊接有限公司屋顶光伏发电项目(二期)(以下简称“项目")是响应“优化能源结构，提供更清洁、更可靠的能源"号召而投资的分布式光伏发电应用示范项目。

本项目位于上海宝钢激光焊接有限公司厂房内，利用现有厂房屋顶建设分布式光伏发电项目，总建设规模约712.8kWp。本项目投资方为上海宝钢环保科技部门

介绍了光伏电站接入系统方案、系统继电保护及安全自动化装置、系统通信、系统调度自动化方案等的论证。

现场技术阐述

现有客户配电电站为10kV客户变压器，全站10kV变压器3台，变压器容量为1600+1250+1250。用户变压器经10kV“31-4安赛洛"线路接至10kV本特开关站第二段母线，再接至110kV百安10kV四段母线。光伏发电已投产1200kWp。

分布式光伏设计

本项目光伏组件、支架及相关设备安装在一期屋面低跨区域，与已安装一期光伏设备的高跨屋面相邻。一、二生产线屋面(低跨)为彩钢瓦结构，屋面板为角Chi型III型结构。整个屋顶跨度55米，长189米，总面积约1万平方米。除照明和排风通风设施外，屋顶可利用率约75%，光伏设备占地面积约5000平方米。

在厂房东侧相邻电气室外绿化带内，本工程升压变压器及并网设备将以箱式变电站的形式安装。箱式变电站占地面积约40平方米。逆变器交流输出升压至10kV后，接至高压开关柜。然后通过回出线与位于一期电气室的厂区10KV母线连接。高压并网线进线柜安装在母线上，实现并网。设备位置示意图见下图。最终平面布置图以详细设计完成后出具的施工图为准。

技术方案

规模约712.8kWp，利用厂房屋顶建设光伏发电系统，关键设备光伏组件、逆变器、变压器等国内Z名产品。分布式光伏系统产生的电能就地吸收，自行发电，剩余电量在线。本项目光伏发电系统输出的直流电经串联逆变器转换为交流电，现场升压至10KV。开关柜接10KV进线母线，厂负荷接电网。结合用户供厂变压器容量(4100KVA)和一期光伏并网系统总数(1200kW)分析，光伏并网容量不超过厂可变容量的80%，再根据屋顶勘测考虑，确定光伏项目建设容量为712.8kWp为宜。

升压变压器及高低压配电设备

本工程配备三相交流800KVA干式变压器1台。额定电压10.522.5%/0.38kV

变压器连接到交流母线或低压机柜输出线上。交流母线负载开关具有通断保护功能。变压器侧输出接10KV进回线，设开关柜、PT柜、计量柜。开关柜输出后，通过10KV高压交流电缆与光伏并网电缆直接连接。电缆柜与工厂的10KV母线拼接，由母线连接。具体的接入方式以实际设计为准。

4.2继电保护及安全自动装置

本光伏电站所采用的主要电气设备均配置微机保护系统，以满足信息传输的需求。

1）并网线路继电保护及安全自动装置

在分布式光伏项目中，当发生线路短路故障时，应确保线路保护系统能够快速触发，并迅速切断相应并网点的断路器，以满足对整条线路故障的快速可靠隔离要求。此外，光伏发电项目的用户变电站10kV母线应配置故障解列装置，以实现对频率和电压异常情况的紧急控制，能够及时跳开相应断路器或开关。

2）防孤岛检测

分布式光伏项目中的逆变器应具备快速检测孤岛并立即断开与电网连接的能力。防孤岛方案需与继电保护、安全自动装置和低电压检测系统等配合，并确保时间上的匹配。逆变器应具备极性反接保护、短路保护、低电压穿越保护、孤岛效应保护、过热保护、过载保护和接地保护等功能。同时，高压开关柜上应安装测控保护装置，其中包括过电流保护和零序过电流保护。所有信息将通过通讯方式上传至光伏本地监控系统。

该光伏电站在故障或异常运行状态时能够快速切断与系统的并网连接，停止向电网供电，确保不会对现有系统的正常运行造成影响。

系统结构

光伏电站配备了一套综合自动化系统，采用安科瑞电气股份有限公司提供的AcrelCloud-1200分布式光伏电力监控系统，具备保护、控制、通信和测量等功能，能够实现光伏发电系统和升压变压器的自动化管理。逆变器、高低压设备等状态信号都接入该监控系统。

该光伏电站监控系统分为站控层和就地层，采用开放式分层、分布式结构。通过以太网与就地层相连，就地层根据不同功能和系统分布在逆变器区域或箱变中。即使站控层或网络失效，就地层仍能独立监测就地各电气设备的运行。计算机监控系统通过专用无线网络与上海市电力公司进行数据通信。

站控层由计算机网络连接的服务器、操作员站和远动站组成，提供站内运行的人机界面，实现对就地层设备等的管理控制，并具备与远方控制通信的接口。就地层设备由保护测控单元、通讯设备、数据采集单元和多功能电能表等构成，主要电气设备包括微机保护、防孤岛保护、电能质量在线监测装置、频率电压紧急控制装置、多功能仪表、逆变器、箱变测控等设备。这些设备直接采集处理现场电气数据，并通过网络传送给站控层监控主站，同时接收来自站控层的控制操作命令，经过有效性判断、闭锁检测、同步检测等步骤，最终对设备进行操作控制。每个光伏发电单元配备数据采集装置，用于采集光伏组件数据、逆变器参数、保护测控装置数据和智能计量表数据，并通过无线网络传输给监控系统进行监视。

系统功能

光伏发电效率监测

现场测控单元和数据采集器采集相关信息，并进行各种预处理，包括数据合理性校验，实时更新数据库。这些信息包括模拟量（如电流、电压、功率等）和数字量（如逆变器状态、故障信号等）。

分布式光伏电站运维管理

Acrel-Cloud1200分布式光伏电力监控系统具有事故报警和预警处理功能。事故报警包括断路器跳闸和保护装置动作信号等，预警则包括设备变位、状态异常信息、模拟量越限/复限等。系统会通过声音报警、颜色变化、闪烁显示、打印报警信息等方式提醒用户，同时将报警信息发送至远方控制中心。报警可手动或自动确认处理。

人机界面

监控系统允许通过显示器监视主要电气设备的运行参数和状态，支持双屏显示和无级缩放操作，具有网络拓扑分析功能，可动态显示设备状态。主要显示内容包括设备运行状态、各电气参数实时值、环境数据、发电量监视、保护信息、控制操作记录等信息。

结语

分布式光伏发电系统因其清洁可再生特性而被广泛应用，然而其发电量的非稳定性给电力系统的稳定运行和经济效益带来挑战。因此，在分布式光伏项目并网时，需要接受调度主站系统的调控，以协助用户和电网实现分布式光伏的有序并网，加强统一管控，促进分布式光伏与大电网的协同运行，建立新型的分布式新能源调度管理体系，实现数据透明、便捷调控和能源互动。