并网光伏电站监控等系统配置原则

并网光伏电站监控等系统配置原则

魏鹏飞李宪

（青海黄河新能源系统集成工程有限公司青海西宁810003）

摘要：随着我国光伏产业的快速发展，各地特别是“三北”地区大中型光伏电站的大量投产，电站计算机监控系统、控制电源、计量系统等在保证并网光伏电站的实时监测和控制、安全稳定经济运行、实现少人值守无人值班等方面起着关键性的决定作用。

关键词：并网光伏；光伏电站；配置原则

随着光伏发电技术的日益成熟，并网光伏电站的数量和规模快速增加。根据光伏发电的特性，光伏电站的监控、计量等系统的配置与常规变电站有着相同之处，也存在有一定的区别。

1光伏电站概述

光伏电站根据装机规模、接入地区电网结构及要求等综合因素确定其接入系统方式和电压等级。下面以某60MWp并网光伏电站（建一座110kV升压站）为例，60MWp光伏电站由60个1MWp光伏发电单元组成，每个发电单元由2台500kW并网光伏逆变器组成，每台逆变器输出270~400V交流电，接到1000kVA箱式升压变压器的绕组上，经变压器升压至35kV。变压器高压侧依次连接后接入升压站35kV母线，经主变升压至110kV后接入电网。

2配置原则

2.1设计原则

光伏发电系统及升压变电站统一设置一套计算机监控系统，采用开放式分层分布系统结构，双网冗余结构配置。电站远动信息上送省调、地调，并接受省调、地调管理。

2.2计算机监控系统

电站的综合自动化以微机保护和计算机监控系统为主体，加上其它智能设备构成电站综合自动化系统。计算机监控系统具有远动功能，根据调度运行的要求实现对电站的控制、调节，电站采集到的各种实时数据和信息，经处理后可传送至上级调度中心。

（1）计算机监控系统功能

1）数据采集与处理功能

系统对站内主要设备的运行状态和运行参数进行实时自动采集，包括模拟量、数字量、脉冲量、通讯数据的采集。

2）安全监测功能

各个间隔层测控单元能实时监测本间隔各设备的运行状态和参数，并能完成越限报警、顺序记录、事故追忆等功能。

3）控制和调整功能

根据调度运行要求，自动完成对电站内设备的实时控制和调节，主要包括：断路器及有关隔离开关的断合操作、隔离开关操作连锁功能、逆变器启/停、逆变器有功及无功输出调节、设备运行管理及指导功能等。

4）数据通讯功能

通过远动装置，实现计算机监控系统与省调及地调的数据交换，实现计算机监控系统与电能计费系统的通讯，实现监控系统内部电站层与各间隔层测控单元和保护单元之间的数据通讯。

5）系统自诊断功能

计算机监控系统自诊断功能包括硬件自诊断和软件自诊断，在线及离线自诊断。

6）时钟系统

通过卫星同步时钟系统，实现计算机监控系统与上级调度中心之间以及监控系统内部时钟同步。

（2）计算机监控系统结构

电站计算机监控系统采用开放式、分层全分布系统结构。整个系统分为电站层和间隔层，数据分布管理。电站层采用功能分布结构，间隔层按监控间隔设置现地测控单元。

（3）计算机监控系统配置

电站层为电站实时监控中心，负责整个光伏电站设备的控制、管理和对外部系统通讯等。

1）站控层配置

主机/操作员工作站2套、工程师工作站1套、五防工作站1套、远动通信装置2套、公用接口装置1套、系统时钟1套、网络设备1套。

2）间隔层配置

间隔层是光伏电站生产过程的基础，负责完成升压站设备、光伏发电系统设备的控制监视。根据被控设备的不同，各间隔层测控单元可分别完成各间隔设备的数据实时采集和控制操作，断路器和隔离开关的分合闸操作等，并与站控层实时通讯。

（4）光伏发电系统的监控

1）光伏发电区监控配置如下：

a）光伏发电系统中组件不单独设监控装置，而是通过直流汇流箱对光伏组件串的实时数据进行测量和采集。

b）升压箱式变设有现地监控装置，对监控信号进行分析处理、故障诊断和报警。逆变器室设数据采集装置对监控装置的实时数据进行采集，将采集到的数据和处理结果以通讯方式传输到电站层。

2）光伏发电系统的监控功能如下：

a）直流汇流箱的监控功能

汇流箱监控装置采集断路器及熔断器状态、各路电流、母线电压等信号，对组串及直流线路进行监控。

b）逆变器的监控功能

逆变器采集直流电压、直流电流、直流功率、交流电压、交流电流、逆变器机内温度、时钟、频率、功率因数、当前发电功率、日发电量、累计发电量、累计CO2减排量。

c）箱式变内设测控装置，将箱式变内低压侧自动开关动作信号、变压器温度信号送至数据采集柜，实现与电站计算机监控系统互连。

2.3控制电源系统

（1）直流控制电源系统

直流控制电源系统设置两组蓄电池，每组120Ah，充电/浮充电装置，两段单母线接线，两段母线之间设联络电器。直流控制电源主要供保护测控装置、网络通信设备、公用接口装置等二次设备用电。

（2）交流控制电源系统

配置两套独立的交流不停电电源（UPS），构成双机冗余供电系统。

单台UPS容量为6kVA，不单独配置蓄电池。电源取自不同母线段的两路交流主电源；UPS电源主要供服务器、工作站、路由器、交换机、纵向加密装置、防火墙、隔离装置等设备使用。

同时，设置1套交流控制电源配电装置，电压等级为AC220V，为间隔层柜内辅助照明加热等设备提供交流电源。

2.4计量系统

（1）电量采集装置

电站配置一套电量采集装置，以RS485串口方式与电度表通讯，采集全站电量信息。

（2）电能质量在线监测装置

电站配置一套电能质量在线监测装置，能实时监测送出线路的电压偏差、电压波动、频率偏差、三相电压幅值相位不平衡度、三相电流幅值相位不平衡度、负序电流及谐波等参数。

2.5调度数据网和二次安防设备

（1）电力调度数据网接入设备

升压变电站内配置电力调度数据网接入设备两套。每套设备配置1台路由器作为数据网的厂站端设备，配置2台交换机分别用于连接实时系统和非实时系统、保护信息管理机等。

（2）二次系统安全防护设备

在升压变电站内设置4台纵向加密设备，分别安装在实时数据和非实时数据通道纵向边界；设置1套2台正、反向隔离设备，用于生产控制大区与管理信息大区数据传输。

（3）主机加固软件

采用专用软件和配置安全应用程序等方式，对生产控制大区主机操作系统进行安全加固，实现对系统非法外联、移动设备连接、安全加固策略、防病毒更新等情况进行实时监测和告警。

2.6环境监测系统

电站设置一套环境监测仪，实时监测日照辐照度、曝辐量、风速、风向、温度等气象参数。

2.7光功率预测系统

电站设置一套光伏功率预测系统，能够进行超短期、短期、长期的电站输出功率预测，采集周期为15min，用于电力调度部门确定调度计划。

2.8功率电压自动控制系统

电站设置一套功率电压自动控制系统，能够接收并自动执行电网调度部门远方发送的有功、无功出力控制信号。根据电网频率值、电网调度部门指令等信号自动调节电站的有功、无功功率输出，以便在电网故障和特殊运行方式时保证电力系统稳定性。

2.9图像监视及安全警卫系统

电站设置一套图像监视及安全警卫系统，其功能按满足安全防范要求配置，不考虑对设备运行状态调节进行监视。

2.10火灾报警

电站设置一套火灾自动报警系统，火灾自动报警系统选用集中报警方式，包含火灾探测器、手动报警按钮、消防通讯、联动控制以及火警集中报警控制器等。

3结语

当前，国家和社会对于光伏产业的关注度日益提升，光伏电站相关的国标、行标、企标大量出台，光伏电站的监控等系统配置将日趋合理、完善，电站的运行质量将得到大幅提升。

参考文献：

[1]GB/T14285-2006；继电保护及安全自动装置技术规程

[2]GB/T19964-2012；光伏发电站接入电力系统技术规定

[3]GB/T19939-2005；光伏系统并网技术要求