摘 要：2024年全國(guó)兩會(huì)期間，國(guó)家能源局有關(guān)負(fù)責(zé)人表示，在能源領(lǐng)域，發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的新動(dòng)能關(guān)鍵在于持續(xù)推動(dòng)新能源和可再生能源高質(zhì)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(dòng)能源轉(zhuǎn)型的重要力量。在現(xiàn)代畜牧業(yè)中，利用養(yǎng)殖場(chǎng)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(chǎng)提供清潔、可持續(xù)的電力供應(yīng)，顯著降低運(yùn)營(yíng)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(chǎng)分布式光伏發(fā)電站穩(wěn)定運(yùn)行的電氣二次配置。
關(guān)鍵詞：分布式光伏；養(yǎng)殖場(chǎng)；電氣二次配置
1. 概述
海南農(nóng)墾集團(tuán)其前身是與海南省農(nóng)墾總局實(shí)行政企合一的海南省農(nóng)墾總公司，屬中央直屬三大墾區(qū)之一。該集團(tuán)在海南有多個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)，本次工程涉及到紅華養(yǎng)豬場(chǎng)、紅華肉牛繁育場(chǎng)、白沙縣邦溪鎮(zhèn)和牛產(chǎn)業(yè)扶貧養(yǎng)殖場(chǎng)等多個(gè)項(xiàng)目，通過(guò)在廠房屋頂鋪設(shè)分布式光伏，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。
紅華養(yǎng)豬場(chǎng)、紅華肉牛繁育場(chǎng)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目均處于海南省臨高縣，實(shí)際裝機(jī)容量分別為5.5MW和1.39MW；白沙縣邦溪鎮(zhèn)和牛產(chǎn)業(yè)扶貧養(yǎng)殖場(chǎng)位于海南省白沙黎族自治縣，總建設(shè)規(guī)模為1.45MW。養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)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(nèi)原有用戶10kV母線；
本文主要針對(duì)紅華養(yǎng)豬場(chǎng)和紅華肉牛繁育場(chǎng)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目介紹光伏電站的電氣二次配置方案。在項(xiàng)目推進(jìn)過(guò)程中，我們首先引入了AcrelCloud-1200光伏運(yùn)維云平臺(tái)，以其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，提供了一個(gè)光伏電站信息管理解決方案。隨著項(xiàng)目的深入與細(xì)化需求的明確，我們進(jìn)一步配置了Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)作為現(xiàn)場(chǎng)級(jí)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(nèi)各個(gè)分布式光伏組件及逆變器的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并通過(guò)與AcrelCloud-1200云平臺(tái)的無(wú)縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程上傳與共享。
2. 分布式光伏設(shè)計(jì)
紅華養(yǎng)豬場(chǎng)在養(yǎng)殖棚屋面建設(shè)分布式光伏電站，組件采用平鋪設(shè)計(jì)，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(tái)250kW逆變器，根據(jù)屋頂情況布置太陽(yáng)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(chǎng)光伏接入系統(tǒng)示意圖
圖2.2 紅華養(yǎng)豬場(chǎng)光伏組件布置圖
紅華肉牛繁育場(chǎng)區(qū)采用550W單晶硅組件，安裝50kW組串逆變器1臺(tái),70kW組串逆變器13臺(tái)，100kW組串逆變器3臺(tái)，110kW組串逆變器1臺(tái),整體光伏發(fā)電量1.39MW。項(xiàng)目不設(shè)置匯流箱，所有逆變器出線回路均接入升壓變，設(shè)置1座10kV箱式變壓器1600kVA，采用10kV電壓等級(jí)并網(wǎng)。
圖2.3 紅華肉牛繁育場(chǎng)光伏接入系統(tǒng)示意圖
圖2.4 紅華肉牛繁育場(chǎng)光伏組件布置圖
3. 技術(shù)方案
以紅華養(yǎng)豬場(chǎng)分布式光伏項(xiàng)目為例（以下簡(jiǎn)稱“本項(xiàng)目”），本項(xiàng)目利用屋頂建設(shè)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。
為了確保光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠穩(wěn)定且安全地運(yùn)行，并順利實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的無(wú)縫并網(wǎng)，我們?cè)谇捌诰囊?guī)劃并部署了一套關(guān)鍵解決方案，配置了AcrelCloud-1200光伏運(yùn)維云平臺(tái)，平臺(tái)不僅承擔(dān)了光伏電站信息的綜合管理與監(jiān)控重任，還為之后多個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)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(nèi)配置了繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置、遠(yuǎn)動(dòng)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(gòu)建云端管理平臺(tái)，再細(xì)化現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控體系的策略，確保了光伏發(fā)電系統(tǒng)從頂層設(shè)計(jì)到具體實(shí)施的全鏈條優(yōu)化。云平臺(tái)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(qiáng)有力的執(zhí)行者，確保了現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集與及時(shí)反饋，兩者相輔相成，共同構(gòu)成了光伏發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定、安全運(yùn)行的堅(jiān)實(shí)基石。
3.1. 箱變內(nèi)主要電氣設(shè)備
本項(xiàng)目箱變均配備干式三相雙繞組低損耗無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓變壓器，容量為2500kVA，電壓等級(jí)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(jí)滿足國(guó)家規(guī)范要求。
高壓側(cè)包含進(jìn)線柜、PT柜，計(jì)量柜，出線柜，高壓配電室要求門加裝電磁鎖，當(dāng)10kV側(cè)帶電時(shí)高壓室內(nèi)門不能打開(kāi)；低壓側(cè)與逆變器連接。箱變內(nèi)采用專用溫濕度監(jiān)控器，能測(cè)量箱變內(nèi)部環(huán)境溫度，輸出環(huán)境溫度測(cè)控接點(diǎn)，以滿足變壓器溫度合理運(yùn)行故障報(bào)警跳閘要求及箱變內(nèi)部正常運(yùn)行要求。
3.2. 繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置
1）并網(wǎng)線路繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置
當(dāng)分布式光伏項(xiàng)目的并網(wǎng)線路發(fā)生短路故障時(shí)，線路保護(hù)應(yīng)立即啟動(dòng)，判斷故障并觸發(fā)動(dòng)作，瞬時(shí)斷開(kāi)與故障點(diǎn)相連的并網(wǎng)點(diǎn)斷路器，降低故障對(duì)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(hù)其他非故障部分的正常運(yùn)行。
10kV母線作為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)配備故障解列裝置，裝置可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)母線頻率和電壓的功能，一旦檢測(cè)到異常（如頻率偏離正常范圍、電壓波動(dòng)過(guò)大等），將立即執(zhí)行緊急控制措施，自動(dòng)跳開(kāi)斷路器（通常是連接光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)的專用開(kāi)關(guān)），通過(guò)這樣的方式，可以有效防止故障或異常狀況的進(jìn)一步擴(kuò)大，保障電網(wǎng)和用戶設(shè)備的安全。
2）防孤島檢測(cè)
在分布式光伏項(xiàng)目中，為防止孤島現(xiàn)象對(duì)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(cè)機(jī)制、防孤島保護(hù)裝置、低壓檢測(cè)裝置共同配合，一旦監(jiān)測(cè)到孤島狀態(tài)，能夠迅速并自動(dòng)地與電網(wǎng)斷開(kāi)連接，此外，該方案還需嚴(yán)格遵守國(guó)家電網(wǎng)所制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，以確保其有效性和合規(guī)性。
3.3. 運(yùn)動(dòng)通訊設(shè)備
光伏電站內(nèi)采用本地監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)具備自動(dòng)接收并執(zhí)行調(diào)度部門發(fā)送的有功功率及無(wú)功功率變化的控制指令的能力。同時(shí)站內(nèi)配置智能邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)，接入省級(jí)配網(wǎng)自動(dòng)化主站，上傳臨高縣調(diào)，采集上傳的信息量應(yīng)滿足調(diào)度機(jī)構(gòu)的運(yùn)行需求，包括并網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)、并網(wǎng)點(diǎn)電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率和發(fā)電量等，調(diào)控中心應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)視運(yùn)行情況。
4. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本項(xiàng)目致力于構(gòu)建一個(gè)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為分層、分布式，整體可分為三層：
第一層：站控層。在值班室設(shè)置操作員站，采用C/S架構(gòu)分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)，配置工控機(jī)和管理軟件，工控機(jī)主要完成對(duì)光伏電站的數(shù)據(jù)集抄和界面顯示功能；同時(shí)數(shù)據(jù)上傳光伏運(yùn)維云平臺(tái)，采用B/S架構(gòu)，支持多平臺(tái)、多終端網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)，形成了全站監(jiān)控、管理中心，并具備與遠(yuǎn)方控制中心通信的接口。
第二層：通信層。通訊管理機(jī)以相對(duì)獨(dú)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(guò)網(wǎng)絡(luò)或者4G上傳至光伏服務(wù)器和系統(tǒng)，確保在站控層網(wǎng)絡(luò)失效的情況下，仍能獨(dú)立完成就地各電氣設(shè)備的監(jiān)測(cè)。
第三層：設(shè)備層。主要包括微機(jī)保護(hù)、防孤島保護(hù)、電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置、故障解列裝置、多功能儀表、逆變器、箱變測(cè)控等設(shè)備。可以直接采集處理現(xiàn)場(chǎng)的原始數(shù)據(jù)，通過(guò)通信層傳送給站控層，同時(shí)接收站控層發(fā)來(lái)的控制操作命令，經(jīng)過(guò)有效性判斷、閉鎖檢測(cè)、同步檢測(cè)等，再對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作控制。
圖4.1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)示意圖
項(xiàng)目配置設(shè)備清單如下表所示：
表4.1 方案設(shè)備列表
安裝位置型號(hào)數(shù)量功能
綜合管理AcrelCloud-1200
分布式光伏監(jiān)控云平臺(tái)1B/S架構(gòu)，支持多平臺(tái)、多終端網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)；
方便集中運(yùn)維、設(shè)備信息管理
光伏二次艙
監(jiān)控屏主機(jī)屏（1面）Acrel-1000DP
分布式光伏監(jiān)控主機(jī)1具有保護(hù)、控制、通信、測(cè)量等功能，可實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)、開(kāi)關(guān)站的全功能綜合自動(dòng)化管理
光伏二次艙
遠(yuǎn)動(dòng)通信屏
(1面)ATS1200GB裝置1獲取GPS與BD雙時(shí)鐘數(shù)據(jù)，為站內(nèi)設(shè)備、系統(tǒng)提供對(duì)時(shí)功能。
ANet-2E8S11光伏電站內(nèi)數(shù)據(jù)采集及上傳本地平臺(tái)
ANet-2E8S12光伏電站內(nèi)數(shù)據(jù)匯總及上傳調(diào)度中心
Anet-2E4SM + Anet-M4G1建立無(wú)線通道，將數(shù)據(jù)上傳至天樞云平臺(tái)
縱向加密認(rèn)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(hù)，為網(wǎng)關(guān)機(jī)之間的廣域網(wǎng)通信提供具有認(rèn)證、與加密功能的VPN，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C(jī)密性、完整性保護(hù)
S1224F交換機(jī)1站內(nèi)通信組網(wǎng)
光伏二次艙
安全自動(dòng)裝置屏
（1面）AM6-A1故障解列裝置1適用于負(fù)荷側(cè)或小電源側(cè)的故障解列
AM5SE-IS防孤島保護(hù)1當(dāng)發(fā)生孤島現(xiàn)象時(shí)，可以快速切除并網(wǎng)點(diǎn)， 使本地與電網(wǎng)側(cè)快速脫離，保證電站和相關(guān)因?yàn)槿藛T安全
光伏二次艙
公用測(cè)控屏
（1面）APView500
電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置1采集監(jiān)測(cè)諧波分析、電壓暫升/暫降/中斷、閃變監(jiān)測(cè)、電壓不平衡度、事件記錄、測(cè)量控制
AM5SE-K公用測(cè)控裝置1采集站內(nèi)二次設(shè)備的異常信號(hào)
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(yùn)營(yíng)中，需要一個(gè)直觀的綜合看板，該看板集成了發(fā)電功率監(jiān)測(cè)、裝機(jī)容量記錄、發(fā)電量統(tǒng)計(jì)以及光伏收益計(jì)算等核心功能，同時(shí)特別突出了對(duì)環(huán)保貢獻(xiàn)的量化評(píng)估，包括計(jì)算二氧化碳減排量和節(jié)約的噸標(biāo)煤量。
圖5.1 綜合看板界面
5.2. 分布式光伏電站運(yùn)維管理
分布式光伏運(yùn)維平臺(tái)的報(bào)警處理分事故報(bào)警和預(yù)告報(bào)警。前者包括非操作引起的斷路器跳閘和保護(hù)裝置動(dòng)作信號(hào)，后者包括一般設(shè)備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量越限/復(fù)限、計(jì)算機(jī)站控系統(tǒng)的各個(gè)部件、就地單元的狀態(tài)異常等，針對(duì)不同等級(jí)的報(bào)警，處理方式有所區(qū)別，預(yù)告報(bào)警會(huì)有選擇地向遠(yuǎn)方發(fā)送。
平臺(tái)提供設(shè)備管理模塊，允許運(yùn)維人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程配置、參數(shù)調(diào)整、軟件升級(jí)等操作，這些功能可以大幅提高運(yùn)維效率，降低現(xiàn)場(chǎng)操作成本。平臺(tái)靈活的配置選項(xiàng)，允許用戶根據(jù)自己的需求對(duì)平臺(tái)進(jìn)行定制和擴(kuò)展。
圖5.2 設(shè)備管理界面
5.3. 光伏發(fā)電效率監(jiān)測(cè)
平臺(tái)集成了多項(xiàng)關(guān)鍵功能，來(lái)保障和提升電站的運(yùn)營(yíng)效能與經(jīng)濟(jì)效益?；谄鋸?qiáng)大的數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)能力，可以計(jì)算電站的年利用小時(shí)數(shù)，能夠客觀評(píng)估電站的發(fā)電效率和使用效率，為運(yùn)維團(tuán)隊(duì)提供改進(jìn)方向。同時(shí)，電站收益統(tǒng)計(jì)功能則根據(jù)發(fā)電數(shù)據(jù)和電價(jià)政策等因素，自動(dòng)計(jì)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(zhǔn)確的財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)支持，助力決策制定與優(yōu)化。
逆變器負(fù)責(zé)將光伏電池產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)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(tái)提供逆變器狀態(tài)查詢功能，通過(guò)實(shí)時(shí)查詢逆變器的工作狀態(tài)、轉(zhuǎn)換效率及故障信息，運(yùn)維團(tuán)隊(duì)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決逆變器的問(wèn)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(cè)界面
6. 結(jié)語(yǔ)
分布式光伏發(fā)電作為分布式能源之一，在我國(guó)實(shí)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(yīng)用分布式光伏發(fā)電，可以做到生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益“雙豐收”，同時(shí)也可以促進(jìn)碳減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，為構(gòu)建綠色、智能、可持續(xù)的現(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)提供了強(qiáng)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(yùn)維平臺(tái)相結(jié)合的方案，通過(guò)集成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理分析以及遠(yuǎn)程監(jiān)控、設(shè)備管理等功能，顯著提高了光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行效率和可靠性，降低了運(yùn)維成本。
參考文獻(xiàn)
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作者介紹：
馮悅貞，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)殡娏ΡO(jiān)控系統(tǒng)、變電站運(yùn)維平臺(tái)。
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