浅析分布式光伏发电并网方案与产品应用
2024-09-13 15:06:19 来源：acrel2024
摘要：分布式光伏发电作为一种重要的可再生能源，具有清洁、高效、可再生的特点，对于缓解能源危机、降低环境污染、促进可持续发展具有重要的意义。概述分布式光伏发电并网的总体设计思路，并详细介绍分布式光伏发电并网技术的设计方案，包括技术原理、系统构成、关键技术等方面，*后结合实际使用需求总结方案运行管理措施，期望在能源领域发挥更加重要的作用，为实现可持续发展做出更大的贡献。
关键词：分布式光伏发电；并网发电；技术方案设计；运行管理
0引言
在光伏发电中，并网运行方式具有显著的安全保障功能。为确保光伏设备在并网发电中的稳定运行，必须对运行设计方案进行合理优化和完善。根据实际需求和电网条件，选择适合的光伏设备型号和配置。建立完善的监控与控制系统，实时监测光伏设备的运行状态、发电量、电网参数等，及时预警和处置异常情况。此外，针对并网发电系统的优化设计需要综合考虑多个方面。从发电线路的选择到断路器的布置，通过综合设计策略，可实现发电系统的高效、安全以及可持续发展。
1分布式光伏发电并网的总体架构设计
分布式的光伏发电并网架构主要应当包含光伏组件、逆变器、自动监控系统、双向电表、汇流箱、直流电以及交流电的传输线路等。在设计过程中，需要充分考虑实际情况和系统的稳定性、可靠性等因素，以确保系统的正常运行与效益的*大化。在设计分布式光伏发电并网系统时，需要合理地接入并网电源设备，并实时监测和灵活调节系统负荷功率。结合实际
情况，可以选择合适的并网接入方案。
根据监测到的负荷功率变化，可以通过调整逆变器的运行参数来灵活调节系统的负荷功率，维持电网的稳定性和可靠性，确保并网电源设备在异常情况下能够快速地与电网解列，防止对电网造成影响。再根据实际情况，选择箱变低压母线、配电室的并网接入设备形式。工程技术人员需要采用体系化的设计思路，优化光伏并网发电系统的发电方阵结构。分布式光伏发电并网的体系架构设计如图1所示。
图1分布式光伏发电并网的体系架构
为优化分布式光伏发电并网系统方案，需要重点保障光伏发电组件的安全运行。分布式光伏发电并网系统的运行环境可能会对系统设备的使用寿命造成影响，因此需要设计出完善的建模方案，以应对各种特殊情况。首先，运用模型分析方法直观检测系统节点，从而更好地理解系统的性能和行为。其次，应当配备减震系统，确保关键连接组件能够更好地发挥作用，避免瞬时损坏的强烈振动对并网发电装置造成影响。再次，建立分布式光伏发电并网系统的立体模型，有助于提高并网发电系统的使用效能。*后，结合发电工程所在区域的风力因素、风向因素以及自然光照条件等，合理划分光伏发电的方阵系统，从而提高整个系统的运行效率。
2分布式光伏发电并网的技术方案设计要点
2.1专用线路的接入形式选择
分布式光伏发电并网系统采用专用的接入线路，主要通过10kV或220kV的线路与电网相连。针对并网系统中的专用变压器，应科学地选择设备型号。若分布式光伏发电并网系统中的电流速断保护不够灵敏，须视情况增设纵联差动保护，以确保电网的正常运行。对于过电流的并网系统设备，其保护模式应采用特殊的低电压闭锁系统，以确保电源分布式结构能全面满足电网设备的安全闭锁、快捷操作以及接地保护性能。
此外，针对具备高温跳闸和低温报警功能的系统变压器，应进一步提升电网接入的普及度，为并网系统的过负荷安全保障功能提供有力支撑。对于并网发电的终端设备系统用户，应确保其具备更高可靠性的并网安全发电效果。专用线路网络的断路器设备应配备相间短路安全保障功能，从源头上杜绝并网安全运行故障。
2.2发电线路的接入系统设计
并网发电线路系统如图2所示，其工作原理是将多个发电机组通过并网装置连接于一个公共的电力网络。关于多种结构形式的并网发电线路，应结合实际情况选择接入现有的光伏电网。在进行接入系统设计时，必须深入了解发电线路的特点与要求，结合地区差异和实际需求进行综合评估，充分考虑环境因素、设备性能、运行条件等多个方面，结合电力电子技术、控制理论以及通信技术等先进科技手段，实现发电线路的优化配置与高效管理。此外，设计过程中需注重节能减排和绿色发展。通过优化发电线路的布局、提高设备能效、采用清洁能源等方式，降低对环境的影响，推动电力行业的可持续发展，有助于提高发电线路系统的安全使用效益。
近年来，设计院人员正在深入研究具有灵活闭锁功能的新型变压器。经过系统功能创新与改造后，新型变压器能够实现更加平稳可靠的光伏并网发电效益，同时降低光伏发电的使用成本。因此，采取灵活的发电线路并网接入形式，有助于光伏发电的系统组件发挥更好的安全使用功能。
]图2并网发电线路系统
2.3合理布置系统断路器
随着技术的不断进步，在布置系统方面有更多类型的设备选择。在光伏发电并网设备系统中，断路器的作用举足轻重，为光伏并网发电提供良好的保障。然而，目前光伏发电系统的断路器主要集中在传统的断电安全保护上，这显然已经无法满足现代光伏并网发电的安全需求。因此，需要结合实际情况，对常规设计方案进行扩展和创新。
在光伏发电并网系统中，熔断器、微型断路器以及隔离开关等设备必不可少。通过合理选用这些断路器设备，可以为光伏并网发电提供更加可靠和稳定的保障。同时，为提高并网发电设备的开断保护能力，需要引入智能化的并网发电安全控制技术，这样才能确保电网设备的负荷端和系统电源端能够实现更加稳定和可靠的协同运行。此外，可以采用客观的计算方法，准确判断系统短路的瞬时电流强度，从而为光伏并网发电的安全运行提供有力支持。
3分布式光伏发电并网技术方案的运行管理措施
3.1防孤岛保护的功能完善
随着科技的发展，防孤岛的安全保护系统日益完善，其强大的功能为光伏发电配置设计提供全面的支持。该系统的核心在于预防并网发电设备的孤岛现象，通过智能化和自动化的数据传输方案，从根本上消除光伏并网中的设备运行孤岛。这不仅提高系统的效率，还为电网的整体安全运行提供有力保障。此外，采用自动化的防孤岛保护装置能够实时、准确地排查并网运行发电的孤岛问题，迅速断开孤岛设备，有效避免设备损坏和电网事故。为保证光伏系统设备的稳定运行，合理采用低电压保护装置进行紧急控制至关重要。它能全面监测异常系统的运行电压，确保系统安全。同时，对于发电量的智能统计设备，需要进行科学的设计和选用。这不仅为系统电价补偿提供支撑，还有助于实现光伏发电的精细化管理，进一步提高电力系统的运行效率。
3.2适当增加纵联差动保护以及系统过流保护
在光伏发电的当前结构中，纵联差动保护已成为确保发电安全的重要手段，被广泛采纳和应用。这种保护技术主要用于并网发电系统，能够精准及时地检测出并网线路中的异常情况。通过全过程的纵联差动保护，可以显著提高并网发电系统的设备可靠性。过流保护是另一项关键技术。它的核心在于准确检测并网发电中的瞬时大电流部位，并采用相应的系统安全保障技术方案。因此，应更广泛地采用电源设备系统安全改造技术，充分发挥并网光伏电源的多层面安全保障功能。在线监测网络电能装置则负责全面测定并网光伏设备的电压和电流参数，有助于值班人员及时发现三相不平衡的系统电流异常，并对谐波干扰进行必要的排查。
3.3自动检测装置运用于并网安全管理
自动化检测设备在操作上具有显著的优势，广泛应用于光伏并网发电的全面检测。它能够测试系统频率、电源电压、功率因数以及系统谐波的影响。在光伏发电系统的整体结构中，自动化的并网运行安全检测设备占据着核心地位。同时，光伏发电作为清洁能源产业，既能为发电能源模式的创新提供有力支持，又能为传统发电能源的节约控制做出贡献。因此，当前技术研究人员致力于探索光伏并网发电系统的核心技术，以实现碳中和的并网发电系统工程建设目标。为确保光伏并网发电系统建设方案的合理性，需要合理界定高风险区域，以避免可能的损坏。此外，这种智能化装置可以用于检测外力破坏因素。在实践中，工程技术人员应采取正确的技术方法来预防外部因素的侵蚀，合理划分安全隐患区域，从而提高光伏并网发电系统的综合效益。在构建光伏并网发电系统时，区分方阵的方法主要体现在建立立体化的方阵组件模型。通过实施精确的建模方案，可以确保划分后的阵列模块能够发挥其应有的效能。在运维保养工作中，应集中检测高侵蚀强度区域的发电组件损坏程度，并采取有效的技术解决方案进行弥补。大型光伏发电阵列通常由多个方阵组成，因此应区分相的方阵模块结构，以达到*佳的预期发电效果。
4Acrel-2000MG微电网能量管理系统
4.1平台概述
Acrel-2000MG微电网能量管理系统，是我司根据新型电力系统下微电网监控系统与微电网能量管理系统的要求，总结国内外的研究和生产的先进经验，专门研制出的企业微电网能量管理系统。本系统满足光伏系统、风力发电、储能系统以及充电站的接入，*进行数据采集分析，直接监视光伏、风能、储能系统、充电站运行状态及健康状况，是一个集监控系统、能量管理为一体的管理系统。该系统在安全稳定的基础上以经济优化运行为目标，促进可再生能源应用，提高电网运行稳定性、补偿负荷波动；有效实现用户侧的需求管理、消除昼夜峰谷差、平滑负荷，提高电力设备运行效率、降低供电成本。为企业微电网能量管理提供安全、可靠、经济运行提供了全新的解决方案。
微电网能量管理系统应采用分层分布式结构，整个能量管理系统在物理上分为三个层：设备层、网络通信层和站控层。站级通信网络采用标准以太网及TCP/IP通信协议，物理媒介可以为光纤、网线、屏蔽双绞线等。系统支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信规约。
4.2平台适用场合
系统可应用于城市、高速公路、工业园区、工商业区、居民区、智能建筑、海岛、无电地区可再生能源系统监控和能量管理需求。
4.3系统架构
本平台采用分层分布式结构进行设计，即站控层、网络层和设备层，详细拓扑结构如下：
图1典型微电网能量管理系统组网方式
5充电站微电网能量管理系统解决方案
5.1实时监测
微电网能量管理系统人机界面友好，应能够以系统一次电气图的形式直观显示各电气回路的运行状态，实时监测光伏、风电、储能、充电站等各回路电压、电流、功率、功率因数等电参数信息，动态监视各回路断路器、隔离开关等合、分闸状态及有关故障、告警等信号。其中，各子系统回路电参量主要有：相电压、线电压、三相电流、有功/无功功率、视在功率、功率因数、频率、有功/无功电度、频率和正向有功电能累计值；状态参数主要有：开关状态、断路器故障脱扣告警等。
系统应可以对分布式电源、储能系统进行发电管理，使管理人员实时掌握发电单元的出力信息、收益信息、储能荷电状态及发电单元与储能单元运行功率设置等。
系统应可以对储能系统进行状态管理，能够根据储能系统的荷电状态进行及时告警，并支持定期的电池维护。
微电网能量管理系统的监控系统界面包括系统主界面，包含微电网光伏、风电、储能、充电站及总体负荷组成情况，包括收益信息、天气信息、节能减排信息、功率信息、电量信息、电压电流情况等。根据不同的需求，也可将充电，储能及光伏系统信息进行显示。
图1系统主界面
子界面主要包括系统主接线图、光伏信息、风电信息、储能信息、充电站信息、通讯状况及一些统计列表等。
5.1.1光伏界面
图2光伏系统界面
本界面用来展示对光伏系统信息，主要包括逆变器直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、并网柜电力监测及发电量统计、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、辐照度/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。
5.1.2储能界面
图3储能系统界面
本界面主要用来展示本系统的储能装机容量、储能当前充放电量、收益、SOC变化曲线以及电量变化曲线。
图4储能系统PCS参数设置界面
本界面主要用来展示对PCS的参数进行设置，包括开关机、运行模式、功率设定以及电压、电流的限值。
图5储能系统BMS参数设置界面
本界面用来展示对BMS的参数进行设置，主要包括电芯电压、温度保护限值、电池组电压、电流、温度限值等。
图6储能系统PCS电网侧数据界面
本界面用来展示对PCS电网侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数等。
图7储能系统PCS交流侧数据界面
本界面用来展示对PCS交流侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数、温度值等。同时针对交流侧的异常信息进行告警。
图8储能系统PCS直流侧数据界面
本界面用来展示对PCS直流侧数据，主要包括电压、电流、功率、电量等。同时针对直流侧的异常信息进行告警。
图9储能系统PCS状态界面
本界面用来展示对PCS状态信息，主要包括通讯状态、运行状态、STS运行状态及STS故障告警等。
图10储能电池状态界面
本界面用来展示对BMS状态信息，主要包括储能电池的运行状态、系统信息、数据信息以及告警信息等，同时展示当前储能电池的SOC信息。
图11储能电池簇运行数据界面
本界面用来展示对电池簇信息，主要包括储能各模组的电芯电压与温度，并展示当前电芯的电压、温度值及所对应的位置。
5.1.3风电界面
图12风电系统界面
本界面用来展示对风电系统信息，主要包括逆变控制一体机直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、风速/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。
5.1.4充电站界面
图13充电站界面
本界面用来展示对充电站系统信息，主要包括充电站用电总功率、交直流充电站的功率、电量、电量费用，变化曲线、各个充电站的运行数据等。
5.1.5视频监控界面
图14微电网视频监控界面
本界面主要展示系统所接入的视频画面，且通过不同的配置，实现预览、回放、管理与控制等。
5.1.6发电预测
系统应可以通过历史发电数据、实测数据、未来天气预测数据，对分布式发电进行短期、超短期发电功率预测，并展示合格率及误差分析。根据功率预测可进行人工输入或者自动生成发电计划，便于用户对该系统新能源发电的集中管控。
图15光伏预测界面
5.1.7策略配置
系统应可以根据发电数据、储能系统容量、负荷需求及分时电价信息，进行系统运行模式的设置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期计划、需量控制、防逆流、有序充电、动态扩容等。
具体策略根据项目实际情况（如储能柜数量、负载功率、光伏系统能力等）进行接口适配和策略调整，同时支持定制化需求。
图16策略配置界面
5.1.8运行报表
应能查询各子系统、回路或设备*时间的运行参数，报表中显示电参量信息应包括：各相电流、三相电压、总功率因数、总有功功率、总无功功率、正向有功电能、尖峰平谷时段电量等。
图17运行报表 图18实时告警
5.1.10历史事件查询
应能够对遥信变位，保护动作、事故跳闸，以及电压、电流、功率、功率因数、电芯温度（锂离子电池）、压力（液流电池）、光照、风速、气压越限等事件记录进行存储和管理，方便用户对系统事件和报警进行历史追溯，查询统计、事故分析。
图19历史事件查询
5.1.11电能质量监测
应可以对整个微电网系统的电能质量包括稳态状态和暂态状态进行持续监测，使管理人员实时掌握供电系统电能质量情况，以便及时发现和消除供电不稳定因素。
1）在供电系统主界面上应能实时显示各电能质量监测点的监测装置通信状态、各监测点的A/B/C相电压总畸变率、三相电压不平衡度*和正序/负序/零序电压值、三相电流不平衡度*和正序/负序/零序电流值；
2）谐波分析功能：系统应能实时显示A/B/C三相电压总谐波畸变率、A/B/C三相电流总谐波畸变率、奇次谐波电压总畸变率、奇次谐波电流总畸变率、偶次谐波电压总畸变率、偶次谐波电流总畸变率；应能以柱状图展示2-63次谐波电压含有率、2-63次谐波电压含有率、0.5～
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图1分布式光伏发电并网的体系架构为优化分布式光伏发电并网系统方案，需要重点保障光伏发电组件的安全运行。分布式光伏发电并网系统的运行环境可能会对系统设备的使用寿命造成影响，因此需要设计出完善的建模方案，以应对各种特殊情况。首先，运用模型分析方法直观检测系统节点，从而更好地理解系统的性能和行为。其次，应当配备减震系统，确保关键连接组件能够更好地发挥作用，避免瞬时损坏的强烈振动对并网发电装置造成影响。再次，建立分布式光伏发电并网系统的立体模型，有助于提高并网发电系统的使用效能。*后，结合发电工程所在区域的风力因素、风向因素以及自然光照条件等，合理划分光伏发电的方阵系统，从而提高整个系统的运行效率。
]图2并网发电线路系统2.3合理布置系统断路器
图1典型微电网能量管理系统组网方式
图1系统主界面子界面主要包括系统主接线图、光伏信息、风电信息、储能信息、充电站信息、通讯状况及一些统计列表等。
图2光伏系统界面本界面用来展示对光伏系统信息，主要包括逆变器直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、并网柜电力监测及发电量统计、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、辐照度/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。
图3储能系统界面本界面主要用来展示本系统的储能装机容量、储能当前充放电量、收益、SOC变化曲线以及电量变化曲线。
图4储能系统PCS参数设置界面本界面主要用来展示对PCS的参数进行设置，包括开关机、运行模式、功率设定以及电压、电流的限值。
图5储能系统BMS参数设置界面本界面用来展示对BMS的参数进行设置，主要包括电芯电压、温度保护限值、电池组电压、电流、温度限值等。
图6储能系统PCS电网侧数据界面本界面用来展示对PCS电网侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数等。
图7储能系统PCS交流侧数据界面本界面用来展示对PCS交流侧数据，主要包括相电压、电流、功率、频率、功率因数、温度值等。同时针对交流侧的异常信息进行告警。
图8储能系统PCS直流侧数据界面本界面用来展示对PCS直流侧数据，主要包括电压、电流、功率、电量等。同时针对直流侧的异常信息进行告警。
图9储能系统PCS状态界面本界面用来展示对PCS状态信息，主要包括通讯状态、运行状态、STS运行状态及STS故障告警等。
图10储能电池状态界面本界面用来展示对BMS状态信息，主要包括储能电池的运行状态、系统信息、数据信息以及告警信息等，同时展示当前储能电池的SOC信息。
图11储能电池簇运行数据界面本界面用来展示对电池簇信息，主要包括储能各模组的电芯电压与温度，并展示当前电芯的电压、温度值及所对应的位置。
图12风电系统界面本界面用来展示对风电系统信息，主要包括逆变控制一体机直流侧、交流侧运行状态监测及报警、逆变器及电站发电量统计及分析、电站发电量年有效利用小时数统计、发电收益统计、碳减排统计、风速/风力/环境温湿度监测、发电功率模拟及效率分析；同时对系统的总功率、电压电流及各个逆变器的运行数据进行展示。
图13充电站界面本界面用来展示对充电站系统信息，主要包括充电站用电总功率、交直流充电站的功率、电量、电量费用，变化曲线、各个充电站的运行数据等。
图14微电网视频监控界面本界面主要展示系统所接入的视频画面，且通过不同的配置，实现预览、回放、管理与控制等。
图15光伏预测界面5.1.7策略配置
图16策略配置界面5.1.8运行报表
图18实时告警5.1.10历史事件查询
图19历史事件查询5.1.11电能质量监测
