摘 要：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(dòng)能關(guān)鍵在于持續推動(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)能源轉型的重要力量。在現代畜牧業(yè)中，利用養殖場(chǎng)屋頂及空地部署光伏板，能夠有效利用閑置空間，直接為養殖場(chǎng)提供清潔、可持續的電力供應，顯著(zhù)降低運營(yíng)成本。本文探討了分布式光伏監控系統具備的功能，以及為確保養殖場(chǎng)分布式光伏發(fā)電站穩定運行的電氣二次配置。
關(guān)鍵詞：分布式光伏；養殖場(chǎng)；電氣二次配置
海南農墾集團其前身是與海南省農墾總局實(shí)行政企合一的海南省農墾總公司，屬中央直屬三大墾區之一。該集團在海南有多個(gè)養殖場(chǎng)，本次工程涉及到紅華養豬場(chǎng)、紅華肉牛繁育場(chǎng)、白沙縣邦溪鎮和牛產(chǎn)業(yè)扶貧養殖場(chǎng)等多個(gè)項目，通過(guò)在廠(chǎng)房屋頂鋪設分布式光伏，實(shí)現光伏發(fā)電自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。
紅華養豬場(chǎng)、紅華肉牛繁育場(chǎng)分布式光伏發(fā)電項目均處于海南省臨高縣，實(shí)際裝機容量分別為5.5MW和1.39MW；白沙縣邦溪鎮和牛產(chǎn)業(yè)扶貧養殖場(chǎng)位于海南省白沙黎族自治縣，總建設規模為1.45MW。養殖場(chǎng)內光伏組件安裝在廠(chǎng)房屋頂，經(jīng)逆變后接入箱變升壓至10kV，再接入廠(chǎng)區內原有用戶(hù)10kV母線(xiàn)；
本文主要針對紅華養豬場(chǎng)和紅華肉牛繁育場(chǎng)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(jìn)過(guò)程中，我們首先引入了AcrelCloud-1200光伏運維云平臺，以其強大的數據處理能力和遠程監控功能，提供了一個(gè)光伏電站信息管理解決方案。隨著(zhù)項目的深入與細化需求的明確，我們進(jìn)一步配置了Acrel-1000DP分布式光伏監控系統作為現場(chǎng)級的監控解決方案，該系統具有高度的集成化、智能化，專(zhuān)注于光伏電站內各個(gè)分布式光伏組件及逆變器的實(shí)時(shí)監控，并通過(guò)與AcrelCloud-1200云平臺的無(wú)縫對接，實(shí)現數據的遠程上傳與共享。
紅華養豬場(chǎng)在養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 紅華養豬場(chǎng)光伏接入系統示意圖
圖2.2 紅華養豬場(chǎng)光伏組件布置圖
紅華肉牛繁育場(chǎng)區采用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(xiàn)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(wǎng)。
圖2.3 紅華肉牛繁育場(chǎng)光伏接入系統示意圖
圖2.4 紅華肉牛繁育場(chǎng)光伏組件布置圖
以紅華養豬場(chǎng)分布式光伏項目為例（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“本項目"），本項目利用屋頂建設光伏發(fā)電系統，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(xiàn)路。
為了確保光伏發(fā)電系統能夠穩定且安全地運行，并順利實(shí)現與電網(wǎng)的無(wú)縫并網(wǎng)，我們在前期精心規劃并部署了一套關(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控重任，還為之后多個(gè)養殖場(chǎng)分布式光伏系統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(dòng)裝置、遠動(dòng)通訊屏和就地部署的Acrel-1000DP分布式光伏監控系統。
這種先構建云端管理平臺，再細化現場(chǎng)監控體系的策略，確保了光伏發(fā)電系統從頂層設計到具體實(shí)施的全鏈條優(yōu)化。云平臺為系統提供了全局視野和決策支持，而就地系統則作為強有力的執行者，確保了現場(chǎng)數據的準確采集與及時(shí)反饋，兩者相輔相成，共同構成了光伏發(fā)電系統穩定、安全運行的堅實(shí)基石。
本項目箱變均配備干式三相雙繞組低損耗無(wú)勵磁調壓變壓器，容量為2500kVA，電壓等級為10±5%/0.4kV，接線(xiàn)組別為“D，yn11"，交流頻率為50Hz，可以戶(hù)外使用，能效等級滿(mǎn)足國家規范要求。
高壓側包含進(jìn)線(xiàn)柜、PT柜，計量柜，出線(xiàn)柜，高壓配電室要求門(mén)加裝電磁鎖，當10kV側帶電時(shí)高壓室內門(mén)不能打開(kāi)；低壓側與逆變器連接。箱變內采用專(zhuān)用溫濕度監控器，能測量箱變內部環(huán)境溫度，輸出環(huán)境溫度測控接點(diǎn)，以滿(mǎn)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。
1）并網(wǎng)線(xiàn)路繼電保護及安全自動(dòng)裝置
當分布式光伏項目的并網(wǎng)線(xiàn)路發(fā)生短路故障時(shí)，線(xiàn)路保護應立即啟動(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(xiàn)作為關(guān)鍵節點(diǎn)，應當配備故障解列裝置，裝置可以實(shí)時(shí)監測母線(xiàn)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(dòng)過(guò)大等），將立即執行緊急控制措施，自動(dòng)跳開(kāi)斷路器（通常是連接光伏系統與電網(wǎng)的專(zhuān)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)一步擴大，保障電網(wǎng)和用戶(hù)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，一旦監測到孤島狀態(tài)，能夠迅速并自動(dòng)地與電網(wǎng)斷開(kāi)連接，此外，該方案還需嚴格遵守國家電網(wǎng)所制定的相關(guān)標準和規定，以確保其有效性和合規性。
光伏電站內采用本地監控系統，應具備自動(dòng)接收并執行調度部門(mén)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)站內配置智能邊緣計算網(wǎng)關(guān)，接入省級配網(wǎng)自動(dòng)化主站，上傳臨高縣調，采集上傳的信息量應滿(mǎn)足調度機構的運行需求，包括并網(wǎng)設備狀態(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，調控中心應實(shí)時(shí)監視運行情況。
本項目致力于構建一個(gè)智能的光伏電站管理體系，配置了一套分布式光伏監控系統Acrel-1000DP，系統網(wǎng)絡(luò )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架構分布式光伏監控系統，配置工控機和管理軟件，工控機主要完成對光伏電站的數據集抄和界面顯示功能；同時(shí)數據上傳光伏運維云平臺，采用B/S架構，支持多平臺、多終端網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)，形成了全站監控、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域或箱變中，將整理分析采集到的數據，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )或者4G上傳至光伏服務(wù)器和系統，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備的監測。
第三層：設備層。主要包括微機保護、防孤島保護、電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置、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場(chǎng)的原始數據，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、同步檢測等，再對設備進(jìn)行操作控制。
圖4.1系統網(wǎng)絡(luò )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
系統功能
在分布式光伏電站的管理與運營(yíng)中，需要一個(gè)直觀(guān)的綜合看板，該看板集成了發(fā)電功率監測、裝機容量記錄、發(fā)電量統計以及光伏收益計算等核心功能，同時(shí)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約的噸標煤量。
圖5.1 綜合看板界面
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(dòng)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、計算機站控系統的各個(gè)部件、就地單元的狀態(tài)異常等，針對不同等級的報警，處理方式有所區別，預告報警會(huì )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(jìn)行遠程配置、參數調整、軟件升級等操作，這些功能可以大幅提高運維效率，降低現場(chǎng)操作成本。平臺靈活的配置選項，允許用戶(hù)根據自己的需求對平臺進(jìn)行定制和擴展。
圖5.2 設備管理界面
平臺集成了多項關(guān)鍵功能，來(lái)保障和提升電站的運營(yíng)效能與經(jīng)濟效益?；?/span>其強大的數據分析與統計能力，可以計算電站的年利用小時(shí)數，能夠客觀(guān)評估電站的發(fā)電效率和使用效率，為運維團隊提供改進(jìn)方向。同時(shí)，電站收益統計功能則根據發(fā)電數據和電價(jià)政策等因素，自動(dòng)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(guān)、準確的財務(wù)數據支持，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)電效率和穩定性。所以平臺提供逆變器狀態(tài)查詢(xún)功能，通過(guò)實(shí)時(shí)查詢(xún)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(shí)發(fā)現并解決逆變器的問(wèn)題，確保電站的發(fā)電效率和穩定性得到保障。
圖5.3 發(fā)電站監測界面
分布式光伏發(fā)電作為分布式能源之一，在我國實(shí)踐中通常包括戶(hù)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(jīng)濟效益“雙豐收"，同時(shí)也可以促進(jìn)碳減排目標的實(shí)現，為構建綠色、智能、可持續的現代養殖業(yè)提供了強有力的支持。本文介紹了畜牧業(yè)中分布式光伏監控系統與光伏運維平臺相結合的方案，通過(guò)集成數據采集、數據傳輸、數據存儲、數據處理分析以及遠程監控、設備管理等功能，顯著(zhù)提高了光伏發(fā)電系統的運行效率和可靠性，降低了運維成本。
參考文獻
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