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1、分布式光伏发电的实时监控与信息采集系统典型项目设计方案1. 总则1.1. 总体要求随着新能源在国内市场的大规模开发和利用，光伏发电技术已经逐步趋于成熟和完善，如何对光伏电站实现高效的实时监控，满足光伏发电入网的需求，提供电网的稳定性和可靠性，是摆在我们每一个人面前急需解决的问题，需要建立一套广泛的信息规范和通信标准，以适应电网监控和自动化的要求。光伏发电的实时监控与信息采集系统应遵循安全可靠、技术先进适度超前、经济合理、符合国情的原则，满足电力系统自动化总体规划要求，且充分考虑光伏发电技术的发展需求。当不可再生资源面临日趋加剧的枯竭态势时，人类能源利用的目标立刻转移到了可再生资源，在众多的可再
2、生资源中，太阳能由于洁净、环保，能量分布较为广泛而引起了人们利用太阳能的较大兴趣。但在利用太阳能的过程中，人们也尝到了许多难以承负之苦，其中极高的价格成本问题是首当其中。解决价格成本问题的有效途径之一就是提高光伏系统的运行维护水平，延长系统使用寿命。为延长系统寿命，就必须增加监控系统，增加监控参量，提高监控量管理水平。对于电网而言，随着分布式发电功率的越来越大，分布式发电对电网的影响也逐渐增大，对于分布式光伏发电的指标要求不能仅仅局限于电压、电流、功率因数、孤岛、谐波、闪变、短路能力等传统的规定，还必须将分布式光伏发电装置纳入整体电网的潮流中来考察和管理。对于分布式光伏发电系统的并网，国际上已
3、经有了很多的标准，我国的标准主要分散在一些国家标准里，现在也正在制订一些专用的标准。大多数传统的标准只对电站的交流参数提出被动要求，也就是说电网还没有对电站进行主动调度和控制，只是对电压和电流的谐波、电压和频率偏差、电压波动和闪变、直流分量和功率因数等参数提出规范要求。电压偏差：光伏电站接人电网后，公共连接点的电压偏差应满足GB/T 123252008电能质量供电电压偏差的规定。电压波动和闪变：光伏电站接入电网后，公共连接点处的电压波动和闪变应满足GB/T 123262008电能质量电压波动和闪变的规定。电压不平衡度：光伏电站接入电网后，公共连接点的三相电压不平衡度应不超过GB/T 15543
4、2008电能质量三相电压不平衡规定的限值，公共连接点的负序电压不平衡度应不超过2，短时不得超过4；其中由光伏电站引起的负序电压不平衡度应不超过13，短时不超过26。直流分量：光伏电站并网运行时，向电网馈送的直流电流分量不应超过其交流额定值的O5。孤岛检测：目前国内尚未出台专门的孤岛检测标准与方法。目前欧美国家对孤岛的检测研究较为广泛和深入，一般要求必须同时具备主动式和被动式两种防护措施，例如主动防孤岛效应保护方式主要有频率偏离、有功功率变动、无功功率变动、电流脉冲注入引起阻抗变动等；被动防孤岛效应保护方式主要有电压相位跳动、3次电压谐波变动、频率变化率等。虽然目前国际国内提出了多种防护孤岛的方
5、法，但是如何有效地模拟出负载匹配的环境进行测试一直没有统一的标准，其中应用较为广泛的标准有IEEE l547、VDE0126-l-l和IEC 62116，但它们的试验条件和要求各有不同，给测试与理解带来了困难，特别是对于大型光伏电站的几个兆瓦乃至数十兆瓦的容量，想进行现场孤岛测试几乎是不可能的，这也是未来相关标准出台和实施的一个难点。随着光伏电站的规模越来越大(几十乃至上百兆瓦级)，电网对光伏电站提出了更高的要求。不单是被动的电能质量要求，还有主动的对电站进行调度和管理的要求，监控内容主要集中在低电压穿越、无功补偿、有功功率降额、远程控制功率等方面，其主要目的是将分布式电站集成进电网的调度管理
6、系统以及在电网波动或故障时提高对分布式电站的可控性。对于有功功率调节的要求，其主要目的有两点：一个根据实时的发电，负载需求来对光伏电站进行动态管理，以完成调峰等电网控制功能；二是在电网故障时保证电力系统稳定性。对于无功功率进行调节的原因在于：很多时候电网中的负载需要吸收无功功率，一般情况下需要通过专门的无功功率补偿装置(SVR)来进行被动调节，现在可以通过并网电站的功率因数控制功能，主动向电网中补偿无功，可以减少对SVR的依赖和投入，并且在电网故障时可以保障电网的稳定性与可靠性。低电压穿越功能一开始是对大型风力发电系统的要求，现在逐渐成为对光伏电站的要求。在几年以前，当电网(故障或其它特殊情况
7、)电压波动明显时，要求光伏并网电站立即停止工作；但随着光伏电站的规模增大和开始承担一定本地负载的事实，人们发现，如果电网故障而光伏电站立即停止工作，可能会反过来加重故障程度，影响向负载及时供电和推迟电网恢复时间，因此需要对光伏电站的低电压穿越要求，避免在电网电压异常时脱离。综上所述，未来光伏电站接入电网的核心要求就是光伏电站接受电网调度、实时监控以及参与电网管理，也就是“分散发电，独立接入，综合调度”，这样才能提高电网运行的可靠性和电网调度的灵活性。1.2. 监控方法与监控参量分析实际中，光伏系统应用的决定性因素是成本和效率，从这两方面切入，光伏监控系统的主要监控参量包括：系统工作环境气象参数
8、，主要有温度、太阳辐射强度、风速及灾害性天气预测等，这些物理量都可以通过相应的传感器形成标准的420mA或l一5v的电信号；其次是太阳能电池板工作电压和电流，这两个量可利用直流电量采集模块采集，从而达到对这两个量实时跟踪，使系统始终运行于最大输出功率；第三个方面的监控参量是蓄电池工作状态和负载实时负荷量监测，蓄电池工作状态主要是实时剩余电量、工作电压和电流的监控。系统负荷针对交直流负载情况分别采用交直流电量智能模块实现监测。这些数据通过传感器或智能模块进行采集，采用统一应用支撑平台进行数据处理，实现计算机监控系统自动监视和控制。光伏发电站的断路器、隔离开关、接地刀闸、变压器、电容器、交直流站用
9、电及其辅助设备、保护信号和各种装置状态信号也都归入计算机监控系统的监视范围。对所有的断路器、电动隔离开关、电动接地刀闸、主变有载调压开关等实现远方控制。主站通过通信信道采集并处理继电保护的状态信息、动作报告、故障录波等相关信息。1.3. 信息采集原则分布式光伏发电实时监控和信息采集系统主要采集光伏变电站内所有的遥信和遥测信息，并进行相应的控制操作。厂站内所有的断路器、隔离开关、接地刀闸、变压器、电容器、交直流站用电及其辅助设备、保护信号和各种装置状态信号都归入计算机监控系统的监视范围。对所有的断路器、电动隔离开关、电动接地刀闸等实现远方控制。采集并处理继电保护的状态信息、动作报告、故障录波等相
10、关信息。遥测信息的采集应保持与保护装置的相对独立，站内所有的断路器、隔离开关、接地刀闸、变压器、电容器、交直流站用电等一次设备的运行状态均直接由测控单元采集。凡涉及控制一次设备的位置信号应按双态采集。继电保护信息可通过通信方式采集。电能量信息可从电能计费系统采集。站内智能设备（直流系统、UPS系统、安全稳定控制系统等）的运行状态信息通过通信方式采集。1.4. 控制操作方式断路器、电动刀闸、变压器分接头的控制操作方式具有手动控制和自动控制两种方式，操作遵守唯一性原则。控制可分为：主站端操作、站控端操作、间隔层操作、就地设备层操作。当执行某一控制操作时，其它操作均处于闭锁状态。1.5. 测量参数的
11、选取与处理在系统监测中，一般采用3个等级的标准：普通级监测、系统级监测和专业技术级监测。普通级性能监测是测量系统的输出特性的，其主要的测量参数是系统的输入输出，而不是系统的内部工作状况。这种监测系统用来检测系统是否正在运行、供电参数是否合理等。这种监测没有提供更多的辅助功能（如故障诊断），并且不能根据设计说明书确定某一具体组件是否正在运行。系统级监测除具有普通级别具有的功能外，还进行系统内部测量。系统级监测包括系统内部的直流系统的电压、电流的监测和交流系统的电压、电流的监测；并且可总体上了解系统内部的能量流动。系统级监测可以在宏观上了解组件性能，并提供系统组件的故障诊断，不仅可以对系统设计进行
12、评价，甚至可以对组件的效率进行评价。专门技术监测级别的测量用于科研上，通过它可以了解系统的运行情况和实时的能量流动。通过采集的数据可监测组件效率，也可确定特定组件的运行特性。可是在高频下采集数据!由于数据聚合得很快，因此无法对系统总体运行参数进行非经常性分析。这个级别的监测应用在对系统参数和组件进行详细地分析上。对于PV系统的一般性监测，采用普通级监测即可；要想对系统进行全面、正确和客观的评价，系统级监测则可以满足这一要求；如果需要更为详尽的数据，则应达到专门技术监测级别。采集的参数如下：一、环境参数1、辐照度水平面的太阳总辐照度G，W/；系统阵列表面的太阳辐照度G，W/。2、温度室外温度T，
13、；光伏组件温度T， ；蓄电池温度T，二、电流参数1、直流参数光伏阵列的输出电压U，V；电流I，A；蓄电池电压U，V；电流I，A；逆变器输入电压U，V；电流I，A；直流负载的输入电压U，V；电流I，A。2、交流参数逆变器输出电压U，V；电流I，A。在采集过程中，测量的次数很多，并且在大多数远程系统中，不可能长时间记录所有的信息。为了减少数据测量的次数，一般要对数据进行处理。2. 通信方式分布式光伏发电一般通过配电网接入电力系统，配电自动化系统需要对光伏发电进行监控和管理，以保证电网的安全可靠运行。配电自动化系统与分布式光伏发电系统的通信方式可以有多种类型。主要取决于城市中心、市区、郊区、农电等不
14、同的地理位置，也取决于配电网自动化的规模和预期达到的自动化水平。通信介质也分多种，包括：光纤、专线、载波、无线等方式。光纤通信具有高速、可靠、抗干扰等特点，是城市中心、市区配电网自动化首选的一种通信方式。随着光纤通信技术的不断发展，其性能价格比也比较适中。无线方式通信实施比较方便，布置灵活，但可能会有干扰。载波通信方式比较适合农电及远距离线路，价格也比较便宜。专线通信方式架设成本比较高，通信质量较好，维护成本也很高。2.1. 光纤通讯系统光纤通信具有较好的抗干扰能力，通信容量大、频带宽、误码率低、传输速率高。对于地下电力电缆配电网，光缆可以很方便地与电力电缆同沟铺设，投资不高，对于架空线也可利
15、用电力部门所特有的设施，把光纤布设于钢绞线上。为保证通信可靠，最好有工作与备用双套光缆系统。分布式光伏实时监控与信息采集系统可以根据通信距离的长短，光端设备与自动化开关（或其他自动化设备如重合器、环网柜）设备间的距离远近，传输损耗的允许范围，可以选择单模光纤，也可以使用多模光纤。光端机有多种型式：简单MODEM模式，收发器模式，和智能自愈式收发器。后者比较先进，光缆出故障时，智能化收发器可以自选路由，故障消失后自动恢复，还有多个（4个）数据口，可供其它通信，例如远方读表等使用。2.1.1. 双纤自愈环网利用光端调制解调器，有多种组网方式，一般有点对点、主从结构、星型结构和双纤自环等。其中双光纤
16、自愈环网优点突出，是系统可靠性最高的组往方式，成为最佳选择方案。以下做简单介绍：该模式主要由具有自检功能，二发二收的光端机和二芯光纤组成。自愈型光端设备主要包括光/电转换的信号收发器及处理自愈功能的切换控制器组成。其模型图如下：由具有自检功能的光端设备组成的一主一备双纤环网。环路中任一光端机都可以作为主站，其他各点作为子站。假设某一光端机设备或某处光纤断裂其相邻的两个光端机的主备通道自动回环，不会丢失来自主站或子站的数据，保证了主站的各个子站之间通信的畅通，确保通信的高可靠性。2.1.2. 光纤以太网随着网络技术的和光纤通讯技术的不断发展，现在出现了一种新型的光纤以太网通讯结构。利用以太网的冲突检测机制，通讯的时效性大大增强，系统的实时性得到了提高。目前已经有100M和10M两种。另外，它
