基于電能質(zhì)量在線監(jiān)測與防孤島保護的分布式光伏系統(tǒng)安全運行分析

　　摘要：隨著全球?qū)稍偕茉吹年P(guān)注度不斷提高，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在近年來得到了廣泛應(yīng)用。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)具有環(huán)保、靈活等優(yōu)勢，能夠有效地緩解能源短缺和環(huán)境污染問題。同時，電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置和防孤島保護裝置在分布式光伏項目中也扮演著至關(guān)重要的角色。電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置可以實時監(jiān)測電網(wǎng)中的電壓、電流等參數(shù)，確保光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能質(zhì)量穩(wěn)定。而防孤島保護裝置可以在電站發(fā)生故障時斷開并網(wǎng)點開關(guān)，避免對人員和設(shè)備造成傷害，確保光伏發(fā)電系統(tǒng)的安全運行。預(yù)防電力系統(tǒng)故障、提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、優(yōu)化能源利用以及提供數(shù)據(jù)支持等。本文將介紹電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置及防孤島保護裝置在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用。
 

　　關(guān)鍵詞：分布式光伏；電能質(zhì)量；電壓偏差；電壓波動；諧波；防孤島保護。
 

　　孤島效應(yīng)：當電網(wǎng)供電因故障、誤操作或停電維修等原因造成中斷供電，各個新能源并網(wǎng)，發(fā)電系統(tǒng)仍在運行，并向周圍負載供電，構(gòu)成一個電力公司無法控制的自給供電孤島。
 

　　當孤島效應(yīng)發(fā)生時，造成的危害：
 

　　1、電網(wǎng)無法控制孤島中的電壓和頻率，如果電壓和頻率超出允許范圍，可能會對用戶的設(shè)
 

　　備造成損壞；
 

　　2、如果負載容量大于逆變電源容量，電源過載運行，容易被燒毀；
 

　　3、孤島進行重合閘會導致該線路再次跳閘，可能損壞逆變電源或其他設(shè)備；
 

　　4、與逆變電源相連的線路仍帶電，對檢修人員造成危害，降低電網(wǎng)的安全性。
 

　　項目概況
 

　　上海特斯拉工廠是一個位于上海市浦東新區(qū)的超級工廠，占地面積約為86萬平方米。上海特斯拉工廠主要以生產(chǎn)Model 3和Model Y為主，同時也包括動力電池和電機組裝車間以及一個研發(fā)中心。工廠采用了智能化的生產(chǎn)線和新的制造技術(shù)，是一個集智能化、自動化于一體的現(xiàn)代化工廠，為特斯拉在全球的發(fā)展提供了重要的支持。
 

　　本項目在原有的10/0.4kV系統(tǒng)上新增分布式光伏并網(wǎng)。配電系統(tǒng)原有高壓柜4臺、變壓器4臺、低壓柜31臺。本項目采用0.4kV并網(wǎng)，設(shè)計1#并網(wǎng)電和2#并網(wǎng)點，光伏并網(wǎng)接入位于原有低壓配電柜出線開關(guān)，供電系統(tǒng)圖及并網(wǎng)柜位置如圖1所示。
 

圖1 配電系統(tǒng)一次系統(tǒng)圖
 

　　項目需求
 

　　光伏發(fā)電屬于清潔能源，但其電能質(zhì)量并不穩(wěn)定，由于光伏發(fā)電的不確定性可能會導致輸出功率的隨機波動，進而導致電網(wǎng)頻率偏差、電壓暫升暫降、電壓短時中斷、電壓波動與閃變等電能質(zhì)量問題。同時光伏發(fā)電使用交直流逆變器，在此環(huán)節(jié)會產(chǎn)生諧波問題，還伴隨直流分量流入供電系統(tǒng)。
 

　　這些電能質(zhì)量問題可能會對工廠造成以下影響：
 

　　電壓波動和閃變：可能會導致電機設(shè)備運行不穩(wěn)定，影響生產(chǎn)線的正常運行。
 

　　諧波污染：可能會干擾電子元件的正常工作，導致設(shè)備故障或損壞。
 

　　電壓暫降和短時中斷：導致設(shè)備停機或損壞，影響生產(chǎn)線的正常運行。
 

　　頻率偏差：可能會影響電機設(shè)備的正常運行，導致生產(chǎn)線的停滯或損壞。
 

　　通過在線電能質(zhì)量監(jiān)測裝置可以監(jiān)測、分析、評估監(jiān)測點的電能質(zhì)量，包括電能質(zhì)量實時監(jiān)測、電能質(zhì)量事件告警、錄波、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、評估分析等功能,及時發(fā)現(xiàn)并解決電能質(zhì)量問題，提高光伏發(fā)電的效率和穩(wěn)定性，同時保障電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運行。
 

　　在光伏項目中，孤島效應(yīng)是一個常見問題。當電網(wǎng)側(cè)停電時，光伏側(cè)仍然處于正常發(fā)電狀態(tài)，并向電網(wǎng)側(cè)送電，形成了孤島效應(yīng)。這給電網(wǎng)側(cè)的檢修人員帶來了很大的安全威脅。防孤島保護裝置可以及時切斷光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)的連接，避免孤島效應(yīng)的產(chǎn)生，從而保護檢修人員的安全。此外，防孤島保護裝置還可以在電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，迅速切斷光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)的連接，避免設(shè)備受到損壞，并在故障解除后自動恢復并網(wǎng)，確保了光伏項目的穩(wěn)定運行。
 

　　本項目要求并網(wǎng)點具有低壓低于50%Un時0.1s閉鎖發(fā)電、檢有壓85%Un自動并網(wǎng)功能，同時實時監(jiān)測并網(wǎng)點電壓諧波、直流分量、電壓偏差等電能質(zhì)量。需要將1#并網(wǎng)點、2#并網(wǎng)點的電壓、電流、有功功率、無功功率以及防孤島保護相關(guān)數(shù)據(jù)和電能質(zhì)量數(shù)據(jù)上傳至特斯拉220kV變電站，再通過站內(nèi)原有調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳至調(diào)度中心。
 

　　同時光伏發(fā)電站項目還應(yīng)滿足以下相關(guān)規(guī)定。
 

　　根據(jù)《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)定》GB/T 19964-2012的相關(guān)要求，光伏電站并網(wǎng)點需要裝設(shè)滿足《電能質(zhì)量檢測設(shè)備通用要求》GB/T 19862-2005標準要求的A類電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置，并且監(jiān)測點需要放置在并網(wǎng)點。該裝置需要對光伏電站可能引起的諧波、電壓偏差、頻率偏差、電壓波動和閃變、三相不平衡度、注入電網(wǎng)直流分量進行在線監(jiān)測，并且需要具備通訊接口，能夠遠傳電能質(zhì)量數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)需要通過綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳至電能質(zhì)量檢測主站。
 

　　根據(jù)《電能質(zhì)量評估技術(shù)導則 三相電壓不平衡》DL_T 1375-2014的規(guī)定，接入公共連接點的每個用戶引該點負序電壓不平衡度允許值一般為1.3%，短時不超過2.6%。
 

　　根據(jù)《電能質(zhì)量 供電電壓偏差》GBT12325-2008的規(guī)定，220 V單相供電電壓偏差為標稱電壓的+7%，-10%。
 

　　根據(jù)《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)定》GB/T 19964-2012的相關(guān)要求，光伏發(fā)電站應(yīng)配置獨立的防孤島保護裝置，動作時間應(yīng)不大于2s。防孤島保護還應(yīng)與電網(wǎng)側(cè)線路保護相配合。
 

　　綜合本次項目要求及相關(guān)規(guī)定，本次分布式光伏并網(wǎng)項目在原有供電系統(tǒng)上進行改造，新增2個并網(wǎng)柜，需要在每個柜子中安裝一臺A類電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置APView500PV對并網(wǎng)點電能質(zhì)量進行實時監(jiān)測，同時還需要安裝一臺防孤島保護裝置AM5SE-IS，當發(fā)生孤島效應(yīng)時可以及時切斷并網(wǎng)柜斷路器，避免事故的發(fā)生。具體配置方案如圖2及圖3所示。
 

圖2  1#并網(wǎng)柜配置方案
 

圖3  2#并網(wǎng)柜配置方案
 

　　各類設(shè)備主要實現(xiàn)的功能如下：
 

現(xiàn)場安裝圖片
 

　　本項目各類設(shè)備均就地安裝于開關(guān)柜中，現(xiàn)場安裝圖片如下，目前裝置在現(xiàn)場運行正常。
 

圖4 裝置現(xiàn)場安裝圖片
 

　　結(jié)語
 

　　電能質(zhì)量監(jiān)測裝置通過實時監(jiān)測光伏發(fā)電系統(tǒng)的電能質(zhì)量，確保了電能質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性。它能夠及時發(fā)現(xiàn)并解決潛在問題，如電壓波動、閃變、諧波污染等，確保光伏發(fā)電系統(tǒng)的正常運行。同時，電能質(zhì)量監(jiān)測裝置還可以為分布式光伏項目的優(yōu)化提供重要依據(jù)，幫助我們更加深入地了解光伏系統(tǒng)的性能表現(xiàn)，進而采取相應(yīng)的措施對系統(tǒng)進行改進和優(yōu)化。
 

　　防孤島保護裝置在分布式光伏項目中同樣重要。當電網(wǎng)側(cè)停電時，光伏側(cè)仍然處于正常發(fā)電狀態(tài)，并向電網(wǎng)側(cè)送電，形成了孤島效應(yīng)。這給電網(wǎng)側(cè)的檢修人員帶來了很大的安全威脅。防孤島保護裝置可以及時切斷光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)的連接，避免孤島效應(yīng)的產(chǎn)生，從而保護檢修人員的安全。此外，防孤島保護裝置還可以在電網(wǎng)出現(xiàn)故障時迅速切斷光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)的連接，避免設(shè)備受到損壞，并在故障解除后自動恢復并網(wǎng)，確保了光伏項目的穩(wěn)定運行。
 

　　未來隨著可再生能源的快速發(fā)展和電網(wǎng)技術(shù)的不斷進步，我們有望實現(xiàn)更加可靠的光伏發(fā)電系統(tǒng)，為推動綠色能源的發(fā)展和實現(xiàn)可持續(xù)能源供應(yīng)做出更大的貢獻。在這一過程中，電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置和防孤島保護裝置的應(yīng)用至關(guān)重要。它們確保了光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和電能質(zhì)量的提高，為分布式光伏項目的優(yōu)化提供了重要依據(jù)。因此，電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置和防孤島保護裝置在分布式光伏項目中的應(yīng)用具有廣泛的前景和深遠的影響。