海墾集團養(yǎng)殖場分布式光伏發(fā)電項目系統(tǒng)解決方案

摘 要：2024年全國liang會期間，國家能源局有關(guān)負責人表示，在能源領(lǐng)域，發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的新動能關(guān)鍵在于持續(xù)推動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(yīng)，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(guān)鍵詞：分布式光伏；養(yǎng)殖場；電氣二次配置

1. 概述

海南農(nóng)墾集團其前身是與海南省農(nóng)墾總局實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(chǎn)業(yè)扶貧養(yǎng)殖場等多個項目，通過在廠房屋頂鋪設(shè)分布式光伏，實現(xiàn)光伏發(fā)電自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。

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(chǎn)業(yè)扶貧養(yǎng)殖場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(nèi)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(shè)計

紅華養(yǎng)豬場在養(yǎng)殖棚屋面建設(shè)分布式光伏電站，組件采用平鋪設(shè)計，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(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(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電壓等級并網(wǎng)。

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(shù)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(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)定且安全地運行，并順利實現(xiàn)與電網(wǎng)的無縫并網(wǎng)，我們在前期精心規(guī)劃并部署了一套關(guān)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(nèi)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(gòu)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(shè)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(gòu)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(nèi)主要電氣設(shè)備

本項目箱變均配備干式三相雙繞組低損耗無勵磁調(diào)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(cè)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(cè)帶電時高壓室內(nèi)門不能打開；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，能測量箱變內(nèi)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(nèi)部正常運行要求。

3.2. 繼電保護及安全自動裝置

1）并網(wǎng)線路繼電保護及安全自動裝置

當分布式光伏項目的并網(wǎng)線路發(fā)生短路故障時，線路保護應(yīng)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(wǎng)點斷路器，降低故障對電網(wǎng)的影響范圍，確保故障能夠被快速且可靠地切除，從而保護其他非故障部分的正常運行。

10kV母線作為關(guān)鍵節(jié)點，應(yīng)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(wǎng)的專用開關(guān)），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(wǎng)和用戶設(shè)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(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(wǎng)斷開連接，此外，該方案還需嚴格遵守國家電網(wǎng)所制定的相關(guān)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(shè)備

光伏電站內(nèi)采用本地監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)具備自動接收并執(zhí)行調(diào)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(nèi)配置智能邊緣計算網(wǎng)關(guān)，接入省級配網(wǎng)自動化主站，上傳臨高縣調(diào)，采集上傳的信息量應(yīng)滿足調(diào)度機構(gòu)的運行需求，包括并網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)、并網(wǎng)點電壓、電流、有功功率、無功功率和發(fā)電量等，調(diào)控中心應(yīng)實時監(jiān)視運行情況。

4. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本項目致力于構(gòu)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(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(gòu)，支持多平臺、多終端網(wǎng)絡(luò)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(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，仍能獨立完成就地各電氣設(shè)備的監(jiān)測。

第三層：設(shè)備層。主要包括微機保護、防孤島保護、電能質(zhì)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(shè)備。可以直接采集處理現(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(jīng)過有效性判斷、閉鎖檢測、同步檢測等，再對設(shè)備進行操作控制。

圖4.1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)示意圖

項目配置設(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(gòu)，支持多平臺、多終端網(wǎng)絡(luò)訪問；

方便集中運維、設(shè)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(guān)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(nèi)設(shè)備、系統(tǒng)提供對時功能。

ANet-2E8S11光伏電站內(nèi)數(shù)據(jù)采集及上傳本地平臺

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(wǎng)邊界保護，為網(wǎng)關(guān)機之間的廣域網(wǎng)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(nèi)通信組網(wǎng)

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(cè)或小電源側(cè)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(wǎng)點， 使本地與電網(wǎng)側(cè)快速脫離，保證電站和相關(guān)因為人員安全

光伏二次艙

公用測控屏

（1面）APView500

電能質(zhì)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(nèi)二次設(shè)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(yù)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(shè)備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量越限/復(fù)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(yù)告報警會有選擇地向遠方發(fā)送。

平臺提供設(shè)備管理模塊，允許運維人員對設(shè)備進行遠程配置、參數(shù)調(diào)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(shè)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(guān)鍵功能，來保障和提升電站的運營效能與經(jīng)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(wù)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(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(zhuǎn)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(jié)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(yīng)用分布式光伏發(fā)電，可以做到生態(tài)效益和經(jīng)濟效益“雙豐收"，同時也可以促進碳減排目標的實現(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(jié)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(shè)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

[1] 吳琦.分布式光伏發(fā)電:中國光伏產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑[J].中國電力教育，2013.DOI:CNKI: SUN:ZGDI.0.2013-36-124..

[2] 周志敏.分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)工程設(shè)計與實例[M].中國電力出版社,2014.

[3] 劉躍.分布式光伏電站接入配電網(wǎng)繼電保護配置研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報, 2015(3):1.DOI:10.3969 /j.issn.1674-098X.2015.03.019.