安科(kē)瑞(ruì) 鮑(bào)靜(jìng)君 劉邁

　　摘要：

　　隨(suí)著全球對可再生(shēng)能源的關(guān)注度(dù)不斷(duàn)提高，分(fēn)布式光(guāng)伏發(fā)電(diàn)係(xì)統在近年(nián)來得到了廣泛(fàn)應(yīng)用。分(fēn)布式(shì)光伏(fú)發(fā)電(diàn)係(xì)統具(jù)有(yǒu)環保，靈活等(děng)優勢(shì)，能夠有效(xiào)地緩解(jiě)能源短缺(quē)和(hé)環(huán)境汙染(rǎn)問題。同時，電能質量在(zài)綫監(jiān)測(cè)裝(zhuāng)置和防孤(gū)島保護裝置(zhì)在(zài)分(fēn)布式(shì)光伏項(xiàng)目(mù)中也(yě)扮演著(zhuó)至關(guān)重(zhòng)要的角(jiǎo)色。電(diàn)能質量在(zài)綫(xiàn)監測裝置(zhì)可以實時監測電(diàn)網(wǎng)中的電(diàn)壓，電流等(děng)參數，確(què)保光(guāng)伏發電(diàn)係統產(chǎn)生的電能(néng)質(zhì)量穩(wěn)定。而防(fáng)孤島保(bǎo)護裝(zhuāng)置(zhì)可(kě)以(yǐ)在電(diàn)站(zhàn)發(fā)生(shēng)故障時斷(duàn)開(kāi)並(bìng)網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)，避免(miǎn)對人員和設備造成傷(shāng)害，確保光伏發(fā)電係(xì)統的(dí)安全(quán)運行。預(yù)防電力(lì)係(xì)統故(gù)障(zhàng)，提高電力(lì)係統的穩定性(xìng)，優(yōu)化能(néng)源利(lì)用以(yǐ)及(jí)提(tí)供(gōng)數據支(zhī)持(chí)等(děng)。本(běn)文將介紹(shào)電能質(zhì)量在(zài)綫監(jiān)測(cè)裝置及(jí)防(fáng)孤(gū)島(dǎo)保護(hù)裝置在(zài)分布式光伏發電係統中的應用。

　　關鍵詞：分布式光伏(fú)；電能質量(liáng)；電壓(yā)偏差；電(diàn)壓(yā)波動；諧波；防孤(gū)島保護

　　1 項目概(gài)況(kuàng)

　　上(shàng)海特斯拉工(gōng)廠是(shì)一個(gè)位(wèi)於(yú)上海市(shì)浦東(dōng)新區的超(chāo)級工(gōng)廠，占(zhān)地(dì)麵積約(yuē)為86萬(wàn)平方(fāng)米(mǐ)。上(shàng)海(hǎi)特斯拉工廠(chǎng)主要以生產Model 3和Model Y為(wéi)主，同(tóng)時(shí)也包(bāo)括動(dòng)力(lì)電(diàn)池和電機(jī)組(zǔ)裝(zhuāng)車間以及(jí)一個(gè)研(yán)發中心。工廠采用了智(zhì)能化的(dí)生產綫和新的(dí)製造(zào)技(jì)術，是(shì)一個集智能(néng)化，自動化於(yú)一(yī)體(tǐ)的現代(dài)化(huà)工廠，為(wéi)特斯拉(lā)在(zài)全球的發展提(tí)供了重(zhòng)要的(dí)支持(chí)。

　　本(běn)項目(mù)在(zài)原有的10/0.4kV係(xì)統上新增分(fēn)布式(shì)光伏並網。配電係統原(yuán)有高壓櫃(guì)4台(tái)，變壓(yā)器4台(tái)，低(dī)壓(yā)櫃31台。本項(xiàng)目(mù)采用(yòng)0.4kV並網，設(shè)計1#並網電(diàn)和2#並網(wǎng)點，光伏(fú)並網接(jiē)入位(wèi)於(yú)原有低壓配電櫃(guì)出(chū)綫開關(guān)，供電係(xì)統(tǒng)圖及(jí)並網櫃位置如圖(tú)1所示(shì)。

圖(tú)1 配電係統一(yī)次係(xì)統(tǒng)圖(tú)

　　2 項目(mù)需求

　　光伏(fú)發電屬於清潔能(néng)源，但(dàn)其電能質(zhì)量(liáng)並不穩定(dìng)，由於(yú)光(guāng)伏(fú)發電的不(bù)確定性可(kě)能會導(dǎo)致(zhì)輸(shū)出功率的隨(suí)機(jī)波動，進而導致(zhì)電(diàn)網頻(pín)率偏(piān)差(chà)，電(diàn)壓暫升(shēng)暫(zàn)降，電(diàn)壓短(duǎn)時(shí)中(zhōng)斷(duàn)，電(diàn)壓波動與閃變(biàn)等電能質(zhì)量問(wèn)題。同時(shí)光伏發電使(shǐ)用(yòng)交直流逆(nì)變器，在(zài)此環節會(huì)產生諧(xié)波問題，還(huán)伴隨直流(liú)分(fēn)量流(liú)入供電(diàn)係統。

　　這些電能質量問題(tí)可能(néng)會對(duì)工(gōng)廠(chǎng)造成以下影響(xiǎng)：

　　電壓(yā)波動和(hé)閃變：可(kě)能會導(dǎo)致(zhì)電機(jī)設(shè)備(bèi)運(yùn)行不(bù)穩定(dìng)，影(yǐng)響生(shēng)產綫的正常運(yùn)行(háng)。

　　諧波汙染(rǎn)：可(kě)能(néng)會(huì)幹擾電(diàn)子元(yuán)件的(dí)正常(cháng)工作，導致(zhì)設備故(gù)障(zhàng)或(huò)損(sǔn)壞(huài)。

　　電壓(yā)暫降和短時中斷：導致(zhì)設(shè)備停(tíng)機或損壞，影(yǐng)響(xiǎng)生產綫的正常運(yùn)行。

　　頻率(shuài)偏差：可(kě)能會影響(xiǎng)電(diàn)機(jī)設備的(dí)正(zhèng)常運(yùn)行(háng)，導致生產(chǎn)綫的(dí)停(tíng)滯(zhì)或(huò)損壞。

　　通過在(zài)綫(xiàn)電能質量監(jiān)測(cè)裝置可以(yǐ)監測(cè)，分析，評估(gū)監(jiān)測點(diǎn)的(dí)電能質量(liáng)，包括電能質量實時監(jiān)測(cè)，電能質量(liáng)事(shì)件(jiàn)告(gào)警，錄波，數(shù)據(jù)統(tǒng)計，評估分析等功(gōng)能,及時發現並解決電能(néng)質(zhì)量(liáng)問題，提高光伏(fú)發(fā)電(diàn)的效率和(hé)穩(wěn)定性，同(tóng)時(shí)保障(zhàng)電(diàn)力係統(tǒng)的安全與(yǔ)穩定(dìng)運(yùn)行。

　　在(zài)光(guāng)伏項(xiàng)目(mù)中(zhōng)，孤島(dǎo)效應(yīng)是一(yī)個常見(jiàn)問題(tí)。當(dāng)電(diàn)網側停電時，光伏側仍然處於正(zhèng)常(cháng)發(fā)電狀態，並(bìng)向電網(wǎng)側送電，形成了孤島(dǎo)效應(yīng)。這給電網側(cè)的(dí)檢(jiǎn)修人員帶來了很(hěn)大的安(ān)全(quán)威(wēi)脅。防孤(gū)島(dǎo)保護裝(zhuāng)置(zhì)可(kě)以及(jí)時切(qiē)斷光(guāng)伏(fú)係(xì)統與電網的連接，避(bì)免孤(gū)島效應的產生(shēng)，從而保護檢(jiǎn)修人員(yuán)的(dí)安(ān)全。此外(wài)，防(fáng)孤島保(bǎo)護裝(zhuāng)置還(huán)可(kě)以在電(diàn)網出(chū)現故障時(shí)，迅(xùn)速切(qiē)斷光(guāng)伏係(xì)統與(yǔ)電網的(dí)連接，避(bì)免設(shè)備受到(dào)損(sǔn)壞(huài)，並(bìng)在(zài)故(gù)障(zhàng)解(jiě)除後(hòu)自動(dòng)恢復並網(wǎng)，確(què)保(bǎo)了(liǎo)光(guāng)伏項目的(dí)穩定(dìng)運行。

　　本(běn)項目要求並(bìng)網(wǎng)點具(jù)有低(dī)壓低於(yú)50%Un時0.1s閉鎖(suǒ)發電(diàn)，檢有壓85%Un自動並(bìng)網(wǎng)功能(néng)，同時實(shí)時(shí)監測並網點電壓諧波(bō)，直流分量(liáng)，電壓偏(piān)差等(děng)電能質(zhì)量。需(xū)要(yào)將1#並網(wǎng)點(diǎn)，2#並網(wǎng)點的電壓，電(diàn)流(liú)，有(yǒu)功(gōng)功(gōng)率，無功(gōng)功(gōng)率以(yǐ)及(jí)防(fáng)孤島保(bǎo)護相(xiāng)關(guān)數(shù)據(jù)和(hé)電能(néng)質量(liáng)數(shù)據上傳至特斯拉(lā)220kV變電站，再通過(guò)站(zhàn)內(nèi)原有(yǒu)調(tiáo)度(dù)數(shù)據網(wǎng)上傳(chuán)至調(tiáo)度中(zhōng)心。

　　同時(shí)光(guāng)伏發電站(zhàn)項(xiàng)目(mù)還(huán)應滿足(zú)以下相關(guān)規(guī)定(dìng)。

　　l 根(gēn)據《光(guāng)伏(fú)發電站接入電力係統的(dí)技術規定(dìng)》GB/T 19964-2012的相關要求，光(guāng)伏電(diàn)站(zhàn)並網點(diǎn)需(xū)要裝(zhuāng)設(shè)滿(mǎn)足(zú)《電能質量檢測(cè)設備(bèi)通(tōng)用要求》GB/T 19862-2005標(biāo)準(zhǔn)要求的A類電(diàn)能質(zhì)量(liáng)在(zài)綫(xiàn)監測裝置，並(bìng)且監(jiān)測點需要放(fàng)置(zhì)在並(bìng)網點(diǎn)。該(gāi)裝(zhuāng)置需要對(duì)光伏(fú)電站可能引起的諧(xié)波，電(diàn)壓偏差，頻率偏差，電壓(yā)波(bō)動和閃(shǎn)變，三相不(bù)平(píng)衡(héng)度，注入(rù)電網直(zhí)流分量進(jìn)行在綫監測(cè)，並且需(xū)要(yào)具(jù)備(bèi)通(tōng)訊接(jiē)口，能(néng)夠(gòu)遠(yuǎn)傳電能質量(liáng)數據(jù)。這些數(shù)據(jù)需要(yào)通(tōng)過綜合(hé)業務(wù)數據(jù)網上傳至電(diàn)能(néng)質(zhì)量(liáng)檢測(cè)主站。

　　l 根據(jù)《電能(néng)質(zhì)量(liáng)評(píng)估(gū)技(jì)術(shù)導則 三相(xiāng)電(diàn)壓(yā)不平衡》DL_T 1375-2014的(dí)規定，接入公(gōng)共連(lián)接點的(dí)每個用(yòng)戶引該(gāi)點負(fù)序(xù)電壓不平(píng)衡度允(yǔn)許值一(yī)般為(wéi)1.3%，短(duǎn)時(shí)不超(chāo)過2.6%。

　　l 根(gēn)據《電能質量 供電電壓偏差》GBT12325-2008的(dí)規(guī)定，220 V單(dān)相(xiāng)供電電(diàn)壓(yā)偏差為(wéi)標(biāo)稱電(diàn)壓的(dí)+7%，-10%。

　　l 根據《光伏發電(diàn)站接(jiē)入(rù)電力(lì)係統(tǒng)的(dí)技(jì)術(shù)規(guī)定》GB/T 19964-2012的相關要求(qiú)，光伏(fú)發電(diàn)站(zhàn)應配置獨立(lì)的防孤島(dǎo)保護(hù)裝置(zhì)，動(dòng)作(zuò)時(shí)間(jiān)應不(bù)大於(yú)2s。防孤島(dǎo)保護還應(yīng)與(yǔ)電(diàn)網側綫(xiàn)路保(bǎo)護(hù)相配合。

　　綜合本次(cì)項目要(yào)求及相(xiāng)關規(guī)定，本次分(fēn)布(bù)式光伏(fú)並(bìng)網項(xiàng)目(mù)在(zài)原(yuán)有供(gōng)電(diàn)係統上進行改造(zào)，新(xīn)增2個並網(wǎng)櫃，需要在(zài)每個(gè)櫃子(zǐ)中安(ān)裝一台(tái)A類電能質量(liáng)在(zài)綫(xiàn)監(jiān)測裝(zhuāng)置(zhì)APView500PV對並(bìng)網(wǎng)點電(diàn)能質量進行(háng)實時監測，同(tóng)時(shí)還(huán)需要安裝一台防孤(gū)島(dǎo)保護(hù)裝(zhuāng)置AM5SE-IS，當發(fā)生(shēng)孤島(dǎo)效應(yīng)時(shí)可以及(jí)時切(qiē)斷並(bìng)網櫃斷路(lù)器，避(bì)免事故的發生。具體配置方案如圖2及(jí)圖3所示(shì)。

圖2  1#並網櫃(guì)配(pèi)置(zhì)方(fāng)案

圖3  2#並網(wǎng)櫃配(pèi)置方(fāng)案

　　各類(lèi)設(shè)備主(zhǔ)要(yào)實現的功能如下：

　　3 現場(cháng)安(ān)裝圖(tú)片(piàn)

　　本項目各(gè)類(lèi)設備(bèi)均就(jiù)地安(ān)裝於(yú)開(kāi)關櫃(guì)中，現場安裝圖片(piàn)如下(xià)，目前裝(zhuāng)置在現(xiàn)場運行正(zhèng)常。

圖4 裝置現(xiàn)場安裝(zhuāng)圖(tú)片(piàn)

　　4 結語(yǔ)

　　電(diàn)能質量(liáng)監測(cè)裝置(zhì)通過(guò)實(shí)時監(jiān)測(cè)光伏(fú)發(fā)電係統的電(diàn)能質(zhì)量，確保了(liǎo)電(diàn)能質量的穩定性和可靠性(xìng)。它能(néng)夠及(jí)時(shí)發現並解決潛(qián)在問題(tí)，如(rú)電(diàn)壓(yā)波動，閃變，諧波汙染等(děng)，確(què)保(bǎo)光(guāng)伏(fú)發電(diàn)係統的正(zhèng)常運行(háng)。同時，電(diàn)能質量監測裝(zhuāng)置(zhì)還(huán)可以(yǐ)為分(fēn)布式光伏項目(mù)的優(yōu)化提供重(zhòng)要(yào)依據，幫助(zhù)我們更加深(shēn)入(rù)地(dì)了(liǎo)解(jiě)光(guāng)伏係統(tǒng)的性(xìng)能(néng)表現，進(jìn)而采取相應(yīng)的(dí)措(cuò)施對(duì)係(xì)統(tǒng)進行(háng)改進(jìn)和優(yōu)化。

　　防(fáng)孤島保護裝置(zhì)在分(fēn)布式(shì)光伏(fú)項(xiàng)目(mù)中(zhōng)同(tóng)樣重(zhòng)要(yào)。當電(diàn)網側停(tíng)電時(shí)，光(guāng)伏(fú)側仍然處(chǔ)於正常發(fā)電(diàn)狀(zhuàng)態(tài)，並向電(diàn)網側送電，形成(chéng)了孤(gū)島(dǎo)效(xiào)應(yīng)。這(zhè)給電網側的檢修人(rén)員(yuán)帶來(lái)了很大(dà)的安全威(wēi)脅(xié)。防孤(gū)島保護裝置可(kě)以及(jí)時切(qiē)斷(duàn)光(guāng)伏係統(tǒng)與(yǔ)電(diàn)網(wǎng)的(dí)連(lián)接(jiē)，避(bì)免孤島效應(yīng)的產生，從而保護(hù)檢修人(rén)員的(dí)安全。此(cǐ)外，防孤(gū)島(dǎo)保護裝置還可以在電網(wǎng)出(chū)現故(gù)障時迅速切(qiē)斷(duàn)光伏(fú)係統(tǒng)與電網的連接，避免設(shè)備受(shòu)到損壞，並在故障(zhàng)解(jiě)除後(hòu)自動恢復並網，確(què)保(bǎo)了光伏項目的(dí)穩定運(yùn)行。

　　未(wèi)來(lái)隨著(zhuó)可(kě)再生能源的快速發展(zhǎn)和電(diàn)網技(jì)術(shù)的(dí)不(bù)斷進步，我們(mén)有望(wàng)實現(xiàn)更加可靠的光(guāng)伏發(fā)電(diàn)係統，為(wéi)推(tuī)動綠(lǜ)色(sè)能源的發(fā)展和實(shí)現可(kě)持續能源(yuán)供應做(zuò)出(chū)更大(dà)的(dí)貢獻(xiàn)。在這一過(guò)程中，電(diàn)能質(zhì)量(liáng)在綫(xiàn)監測(cè)裝置和防(fáng)孤島(dǎo)保護(hù)裝置(zhì)的應用至關重要(yào)。它(tā)們確保(bǎo)了光(guāng)伏(fú)發電係統的穩(wěn)定運行(háng)和電能質量(liáng)的(dí)提高，為分布式光(guāng)伏(fú)項目的優(yōu)化(huà)提(tí)供了(liǎo)重要(yào)依據(jù)。因(yīn)此，電能(néng)質(zhì)量(liáng)在綫監(jiān)測(cè)裝置(zhì)和(hé)防孤島保護裝置在(zài)分(fēn)布式光伏項(xiàng)目中的(dí)應用(yòng)具(jù)有(yǒu)廣(guǎng)泛的前(qián)景和(hé)深遠(yuǎn)的(dí)影(yǐng)響。

　　參考(kǎo)文(wén)獻(xiàn)

　　[1] 安科(kē)瑞企業微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用(yòng)手冊.2020.6月(yuè)版(bǎn)

　　[2] 安科瑞35kV以及下變電所智(zhì)能配電(diàn)係統設計與產品(pǐn)二次原(yuán)理(lǐ)圖集.2020.10月(yuè)版(bǎn)

　　[3] 安(ān)科瑞用(yòng)戶(hù)變電(diàn)站綜合(hé)自(zì)動化與(yǔ)運(yùn)維解(jiě)決(jué)方案.2021.3月(yuè)版(bǎn)