于海墾集團養(yǎng)殖場分布式光伏發(fā)電項目彰顯威力：安科瑞分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)

摘 要：2024年全國期間，國家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，其中發(fā)展分布式新能源就是主要工作之一。分布式光伏以其靈活且環(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

1. 概述

       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，屬中央直屬三大墾區(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。

       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。在項目推進過程中，我們首先引入了AcrelCloud-1200光伏運維云平臺，以其強大的數(shù)據(jù)處理能力和遠程監(jiān)控功能，提供了一個光伏電站信息管理解決方案。隨著項目的深入與細化需求的明確，我們進一步配置了Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)作為現(xiàn)場級的監(jiān)控解決方案，該系統(tǒng)具有高度的集成化、智能化，專注于光伏電站內各個分布式光伏組件及逆變器的實時監(jiān)控，并通過與AcrelCloud-1200云平臺的無縫對接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程上傳與共享。

2. 分布式光伏設計

       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，并網形式為自發(fā)自用，余電上網。

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。

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

3. 技術方案

      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、余電上網的模式，光伏發(fā)電經逆變器、箱變升壓至10kV，并網接入10kV電網原有線路。

      為了確保光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠穩(wěn)定且安全地運行，并順利實現(xiàn)與電網的無縫并網，我們在前期精心規(guī)劃并部署了一套關鍵解決方案，配置了AcrelCloud-1200光伏運維云平臺，平臺不僅承擔了光伏電站信息的綜合管理與監(jiān)控重任，還為之后多個養(yǎng)殖場分布式光伏系統(tǒng)的集中接入提供了便利。在分布式光伏電站內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)。

       這種先構建云端管理平臺，再細化現(xiàn)場監(jiān)控體系的策略，確保了光伏發(fā)電系統(tǒng)從頂層設計到具體實施的全鏈條優(yōu)化。云平臺為系統(tǒng)提供了全局視野和決策支持，而就地系統(tǒng)則作為強有力的執(zhí)行者，確保了現(xiàn)場數(shù)據(jù)的準確采集與及時反饋，兩者相輔相成，共同構成了光伏發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定、安全運行的堅實基石。

3.1. 箱變內主要電氣設備

       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，能效等級滿足國家規(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。箱變內采用專用溫濕度監(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。

3.2. 繼電保護及安全自動裝置

1）并網線路繼電保護及安全自動裝置

      當分布式光伏項目的并網線路發(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點斷路器，降低故障對電網的影響范圍，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，自動跳開斷路器（通常是連接光伏系統(tǒng)與電網的專用開關），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斷開連接，此外，該方案還需嚴格遵守國家電網所制定的相關標準和規(guī)定，以確保其有效性和合規(guī)性。

3.3. 運動通訊設備

       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關，接入省級配網自動化主站，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，包括并網設備狀態(tài)、并網點電壓、電流、有功功率、無功功率和發(fā)電量等，調控中心應實時監(jiān)視運行情況。

4. 系統(tǒng)結構

       本項目致力于構建一個智能的光伏電站管理體系，配置了一套分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)Acrel-1000DP，系統(tǒng)網絡結構為分層、分布式，整體可分為三層：

       第一層：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；同時數(shù)據(jù)上傳光伏運維云平臺，采用B/S架構，支持多平臺、多終端網絡訪問，形成了全站監(jiān)控、管理中心，并具備與遠方控制中心通信的接口。

       第二層：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)，并通過網絡或者4G上傳至光伏服務器和系統(tǒng)，確保在站控層網絡失效的情況下，仍能獨立完成就地各電氣設備的監(jiān)測。

       第三層：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?？梢灾苯硬杉幚憩F(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，經過有效性判斷、閉鎖檢測、同步檢測等，再對設備進行操作控制。

圖4.1系統(tǒng)網絡示意圖

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

綜合管理AcrelCloud-1200

分布式光伏監(jiān)控云平臺1B/S架構，支持多平臺、多終端網絡訪問；

方便集中運維、設備信息管理

光伏二次艙

監(jiān)控屏主機屏（1面）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光伏二次艙

遠動通信屏

(1面)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-2E8S11光伏電站內數(shù)據(jù)采集及上傳本地平臺

ANet-2E8S12光伏電站內數(shù)據(jù)匯總及上傳調度中心

Anet-2E4SM + Anet-M4G1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的廣域網邊界保護，為網關機之間的廣域網通信提供具有認證、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

光伏二次艙

安全自動裝置屏

（1面）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，可以快速切除并網點， 使本地與電網側快速脫離，保證電站和相關因為人員安全

光伏二次艙

公用測控屏

（1面）APView500

      電能質量在線監(jiān)測裝置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

5. 系統(tǒng)功能

5.1. 綜合看板

在分布式光伏電站的管理與運營中，需要一個直觀的綜合看板，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

5.2. 分布式光伏電站運維管理

       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

5.3. 光伏發(fā)電效率監(jiān)測

       平臺集成了多項關鍵功能，來保障和提升電站的運營效能與經濟效益?；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，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

6. 結語

        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

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作者介紹：

宋兵兵，男，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究中低壓綜合保護及絕緣監(jiān)測系統(tǒng)， QQ：3007723194