摘要

分布式光伏發(fā)電站作為可再生能源利用的重要形式，通過(guò)在用戶建筑物屋頂、空地等場(chǎng)地部署光伏組件實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能發(fā)電，相較于傳統(tǒng)大型集中式光伏電站，具有布局靈活、建設(shè)成本低、能效高等顯著優(yōu)勢(shì)，在滿足用戶用電需求的同時(shí)可有效降低環(huán)境影響。該類電站主要由光伏組件、逆變器、支架系統(tǒng)、電纜及監(jiān)控系統(tǒng)等核心部分構(gòu)成，其中監(jiān)控系統(tǒng)作為電站運(yùn)維管理的關(guān)鍵中樞，承擔(dān)著實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析與故障診斷等重要職能。本文以浙江安吉成新照明電器有限公司 3234.465kWp 分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目為研究對(duì)象，詳細(xì)闡述安科瑞 Acrel-1000DP 分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用方案，包括項(xiàng)目設(shè)計(jì)、技術(shù)配置、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及核心功能，驗(yàn)證該系統(tǒng)在提升光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行效率與可靠性方面的實(shí)際成效，為同類工業(yè)屋頂分布式光伏項(xiàng)目的建設(shè)與運(yùn)維提供參考。
關(guān)鍵詞：可再生能源；分布式光伏；工業(yè)屋頂光伏；光伏監(jiān)控系統(tǒng)；運(yùn)行優(yōu)化

01 項(xiàng)目概述

浙江安吉成新照明電器有限公司成立于 2007 年 6 月，是一家專注于螺旋節(jié)能燈毛管生產(chǎn)的化企業(yè)，擁有全自動(dòng)生產(chǎn)線、雄厚的技術(shù)實(shí)力及經(jīng)驗(yàn)豐富的管理團(tuán)隊(duì)，專注于環(huán)保型產(chǎn)品研發(fā)與生產(chǎn)，契合國(guó)家新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展導(dǎo)向，屬于政府重點(diǎn)扶持的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。
為響應(yīng)國(guó)家 “雙碳” 戰(zhàn)略，推動(dòng)可再生能源替代，該公司攜手湖州翔傲電力科技有限公司投資建設(shè) 3234.465kWp 分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱 “本項(xiàng)目”）。項(xiàng)目選址于浙江省湖州市安吉縣溪龍鄉(xiāng)溪龍村涼亭崗自然村，充分利用企業(yè)現(xiàn)有 6 個(gè)廠房屋頂（總面積約 24000 平方米）進(jìn)行光伏組件鋪設(shè)，采用 “全額上網(wǎng)” 運(yùn)營(yíng)模式。
經(jīng)測(cè)算，本項(xiàng)目首年預(yù)計(jì)發(fā)電量可達(dá) 304.77 萬(wàn) kWh，25 年總發(fā)電量預(yù)計(jì)為 7106.03 萬(wàn) kWh，年平均發(fā)電量 284.24 萬(wàn) kWh。在環(huán)保效益方面，項(xiàng)目投運(yùn)后每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約 932.31 噸，減少二氧化硫（SO）排放 85.27 噸、氮氧化合物（NO）排放 42.63 噸、粉塵排放 773.13 噸，同時(shí)降低二氧化碳（CO）排放 2833.87 噸，對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)與 “雙碳” 目標(biāo)達(dá)成具有重要意義。

02 用電現(xiàn)狀

浙江安吉成新照明電器有限公司采用 10kV 電壓等級(jí)供電，現(xiàn)有 1 座 10kV 降壓配電房，配變總?cè)萘繛?630kVA+250kVA，電源引自 110kV 溪龍變電站 10kV 溪工 202 線 #2+1 桿，計(jì)量方式采用高供高計(jì)，供電系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，可滿足分布式光伏項(xiàng)目接入條件。
圖 2.1 一次主接線圖（現(xiàn)狀）

03 分布式光伏設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目總裝機(jī)規(guī)模為 3234.465kWp，核心設(shè)計(jì)方案如下：

• 組件選型：選用 585W 單晶硅太陽(yáng)能電池組件，共計(jì) 5529 塊，單晶硅組件具有轉(zhuǎn)換效率高、穩(wěn)定性強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，可充分提升屋頂空間的發(fā)電效率；
• 陣列配置：采用串并聯(lián)組合方式構(gòu)建光伏發(fā)電陣列，根據(jù)屋頂結(jié)構(gòu)與組件布局，每 18-26 塊光伏組件串聯(lián)為 1 個(gè)光伏組串，共設(shè)置 298 個(gè)并聯(lián)組串；
• 逆變器配置：配備 10 臺(tái)組串式逆變器，容量分別為 320kW/196kW/230kW，逆變器輸出電壓為 0.8kV 低壓交流電；
• 接入方式：通過(guò)變壓器將低壓交流電升壓至 10kV，經(jīng)開關(guān)站接入 10kV 電網(wǎng)，采用 “全額上網(wǎng)” 模式實(shí)現(xiàn)電力消納，確保發(fā)電收益*大化。

圖 3.1 光伏接入系統(tǒng)示意圖圖 3.2 光伏組件布置圖

04 技術(shù)方案

本項(xiàng)目在電氣設(shè)備配置與系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)上遵循可靠性、安全性與智能化原則，核心技術(shù)方案如下：

4.1 核心電氣設(shè)備配置

4.1.1 一次電氣設(shè)備

新建并網(wǎng)點(diǎn)光伏開關(guān)站配置 2 臺(tái) 1600kVA 干式變壓器，7 臺(tái)高壓柜，以及交直流屏、綜合保護(hù)屏、遠(yuǎn)動(dòng)通訊屏各 1 面，為光伏系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供基礎(chǔ)保障。

4.1.2 二次電氣設(shè)備

1. 線路保護(hù)裝置：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電流、電壓等電氣參數(shù)，針對(duì)過(guò)載、短路、接地故障等異常情況，快速切斷電源，有效防止設(shè)備損壞與火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，保障電氣系統(tǒng)安全運(yùn)行；
2. 防孤島裝置：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，在電網(wǎng)失電時(shí)，于規(guī)定時(shí)間內(nèi)快速切斷分布式電源與電網(wǎng)的連接，避免孤島效應(yīng)引發(fā)的電壓頻率不匹配、設(shè)備不可控等問(wèn)題，同時(shí)具備高頻、低頻、過(guò)電壓、低電壓等多重保護(hù)功能，保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定；
3. 故障解列裝置：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到短路、過(guò)載等故障信號(hào)時(shí)，立即將故障單元與電網(wǎng)隔離，防止故障擴(kuò)大，確保其他正常單元持續(xù)供電，保障用電穩(wěn)定性。

4.2 電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置

配置電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光伏系統(tǒng)接入電網(wǎng)后的電壓偏差、頻率偏差、諧波含量、三相不平衡度等關(guān)鍵指標(biāo)，涵蓋穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)狀態(tài)監(jiān)測(cè)。該裝置可及時(shí)發(fā)現(xiàn)電壓波動(dòng)、諧波污染等電能質(zhì)量問(wèn)題，向運(yùn)維人員推送告警信息，同時(shí)具備數(shù)據(jù)記錄功能，為后續(xù)故障排查與電能質(zhì)量治理提供數(shù)據(jù)支撐，確保供電質(zhì)量符合電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 Ⅱ 型網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測(cè)裝置

為保障光伏監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全，配置 Ⅱ 型網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測(cè)裝置并搭配探針軟件，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)流量與數(shù)據(jù)包，通過(guò)深度分析識(shí)別潛在網(wǎng)絡(luò)安全威脅與異常行為，及時(shí)發(fā)出告警并采取防護(hù)措施，有效抵御網(wǎng)絡(luò)攻擊、數(shù)據(jù)泄露等風(fēng)險(xiǎn)，為系統(tǒng)可靠運(yùn)行提供網(wǎng)絡(luò)安全保障。

05 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本項(xiàng)目采用安科瑞 Acrel-1000DP 分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)開發(fā)，采用分層分布式架構(gòu)，分為站控層、通信層與設(shè)備層，各層級(jí)功能明確、協(xié)同聯(lián)動(dòng)：

5.1 站控層

作為系統(tǒng)的核心管理中樞，負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)光伏電站進(jìn)行集中管理與控制。操作員可通過(guò)站控層實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，開展數(shù)據(jù)分析、處理與存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電過(guò)程的智能調(diào)度與優(yōu)化，提升電站運(yùn)營(yíng)效率。

5.2 通信層

承擔(dān)信息傳遞與數(shù)據(jù)交互功能，確保站控層與設(shè)備層之間、各設(shè)備之間的無(wú)縫連接與協(xié)同工作。通信層支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可適應(yīng)不同規(guī)模與場(chǎng)景的應(yīng)用需求，具備良好的靈活性與可擴(kuò)展性，保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆�(wěn)定性與實(shí)時(shí)性。

5.3 設(shè)備層

涵蓋光伏組件、逆變器、傳感器、執(zhí)行器、控制器等各類硬件設(shè)備，負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，并執(zhí)行站控層下發(fā)的控制指令，是實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電自動(dòng)化運(yùn)行的基礎(chǔ)。
圖 5.1 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

06 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況

本項(xiàng)目嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案開展現(xiàn)場(chǎng)施工，核心設(shè)備與設(shè)施安裝規(guī)范、布局合理，以下為關(guān)鍵現(xiàn)場(chǎng)圖片：
圖 6.1 預(yù)制艙（高壓室、低壓室、二次設(shè)備室）圖 6.2 高壓柜圖 6.3 二次設(shè)備組屏

07 系統(tǒng)功能

安科瑞 Acrel-1000DP 分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)具備豐富的核心功能，全面覆蓋光伏電站運(yùn)維管理需求，具體如下：

7.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能

系統(tǒng)可直觀展示光伏電站一次系統(tǒng)圖，實(shí)時(shí)采集并顯示各類運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括開關(guān)柜、故障解列裝置、防孤島裝置等設(shè)備的電壓、電流、功率等關(guān)鍵電氣參數(shù)，以及斷路器、手車的分合狀態(tài)等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電站運(yùn)行狀態(tài)的全面可視化監(jiān)控。
圖 7.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)界面

7.2 逆變器監(jiān)測(cè)功能

作為系統(tǒng)核心功能之一，逆變器監(jiān)測(cè)模塊專門負(fù)責(zé)收集、分析與處理逆變器運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括輸入輸出電壓、電流、功率、溫度等關(guān)鍵參數(shù)。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)分析，用戶可及時(shí)發(fā)現(xiàn)逆變器運(yùn)行異常，開展故障診斷與維護(hù)，保障逆變器穩(wěn)定運(yùn)行，提升整個(gè)光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率與可靠性。
圖 7.2 逆變器監(jiān)測(cè)界面

7.3 電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)功能

系統(tǒng)可對(duì)供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，管理人員通過(guò)界面實(shí)時(shí)掌握各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的通信狀態(tài)、A/B/C 相電壓總畸變率、三相電壓 / 電流不平衡度百分比、正序 / 負(fù)序 / 零序電壓 / 電流值等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除供電不穩(wěn)定因素，確保電能質(zhì)量達(dá)標(biāo)。
圖 7.3 電能質(zhì)量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)界面

7.4 調(diào)度上傳功能

系統(tǒng)通過(guò)遠(yuǎn)動(dòng)裝置、縱向加密裝置將光伏電站的發(fā)電數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等信息安全上傳至湖州地調(diào)，滿足電網(wǎng)調(diào)度管理要求。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測(cè)裝置與探針軟件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程的安全防護(hù)，確保信息傳輸?shù)目煽啃耘c安全性。
圖 7.4 數(shù)據(jù)上傳調(diào)度界面

7.5 電力安全防護(hù)功能

為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，在項(xiàng)目驗(yàn)收前針對(duì)監(jiān)控主機(jī)、交換機(jī)、遠(yuǎn)動(dòng)網(wǎng)關(guān)等關(guān)鍵設(shè)備開展網(wǎng)絡(luò)安全測(cè)試：

• 監(jiān)控主機(jī)：檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)白名單、登錄事件、關(guān)鍵目錄 / 文件篡改行為，識(shí)別非法端口、網(wǎng)絡(luò)外聯(lián)等安全風(fēng)險(xiǎn)；
• 交換機(jī)：驗(yàn)證配置變更、用戶名密碼修改、登錄事件、網(wǎng)口狀態(tài)變化、設(shè)備離線 / 上線等場(chǎng)景的防御能力，確保抵御網(wǎng)絡(luò)攻擊；
• 遠(yuǎn)動(dòng)網(wǎng)關(guān)：重點(diǎn)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸安全性，包括網(wǎng)絡(luò)白名單、登錄事件、關(guān)鍵文件篡改防護(hù)、網(wǎng)絡(luò)外聯(lián)與非法端口管控等功能，全面筑牢系統(tǒng)安全防線。

圖 7.5 網(wǎng)安設(shè)備安全功能驗(yàn)收界面

08 結(jié)語(yǔ)

分布式屋頂光伏系統(tǒng)作為可再生能源利用的重要載體，憑借其資源利用率高、環(huán)境影響小、布局靈活等優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，成為企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降碳、綠色轉(zhuǎn)型的重要路徑。該類系統(tǒng)通過(guò)在工業(yè)廠房屋頂部署光伏組件，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，既可為企業(yè)自身供電，也可通過(guò) “全額上網(wǎng)” 模式實(shí)現(xiàn)電力消納，兼具經(jīng)濟(jì)收益與環(huán)境效益。
光伏監(jiān)控系統(tǒng)作為分布式光伏電站的 “智慧大腦”，對(duì)提升電站運(yùn)行效率、保障運(yùn)行安全、降低運(yùn)維成本具有關(guān)鍵作用。本文通過(guò)浙江安吉成新照明電器有限公司 3234.465kWp 分布式光伏項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用案例，驗(yàn)證了安科瑞 Acrel-1000DP 分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用價(jià)值。該系統(tǒng)采用分層分布式架構(gòu)，具備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、逆變器管理、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、調(diào)度上傳、網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)等全方位功能，能夠?qū)崿F(xiàn)光伏電站的智能化、精細(xì)化管理，有效提升電站運(yùn)行效率與可靠性。
未來(lái)，隨著分布式光伏產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展與儲(chǔ)能技術(shù)的逐步融合，分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)將向更智能、更高效、更集成的方向升級(jí)，進(jìn)一步提升用戶用電自主性與電網(wǎng)獨(dú)立性。本文的研究與應(yīng)用實(shí)踐，可為同類工業(yè)屋頂分布式光伏項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建設(shè)與運(yùn)維提供參考，助力分布式光伏產(chǎn)業(yè)的規(guī)模化、高質(zhì)量發(fā)展，為 “雙碳” 目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)貢獻(xiàn)技術(shù)支撐。