安科瑞 陳聰

摘 要：分布式光伏發電站是指將光伏發電組件安裝在用戶的建筑物屋頂、空地或其他適合的場地上，利用太陽能進行發電的一種可再生能源利用方式，與傳統的大型集中式光伏電站相比，分布式光伏發電具有更靈活的布局、更低的建設成本和更高的能效，能夠有效滿足用戶的用電需求，同時減輕對環境的影響。電站通常由光伏組件、逆變器、支架系統、電纜和監控系統等幾個主要部分組成，光伏組件是將太陽光轉化為電能的核心部分；逆變器則將直流電轉換為交流電；支架系統用于固定光伏組件；電纜用于連接各個組件；而監控系統則用于主要用于實時監測、數據分析和故障診斷。本文介紹了安科瑞Acrel-1000DP分布式光伏監控系統在浙江安吉成新照明電器有限公司3234.465kWp分布式光伏發電項目中的應用，該系統的應用有效提升了光伏發電系統的運行效率和可靠性。

關鍵詞：可再生能源；分布式光伏；光伏監控系統

1. 項目概述

浙江安吉某公司是螺旋節能燈毛管專業生產型企業，成立于2007年6月，擁有全自動生產線、*的技術實力以及經驗豐富的管理隊伍，專業生產綠環保型產品，是朝陽產業。

該公司3234.465kWp分布式光伏發電項目（以下簡稱“本項目”）采用“全額上網”模式，建設光伏電站總容量為3234.465kWp。項目位于浙江省湖州市安吉縣，利用該公司的廠房屋頂安裝太陽能光伏板，項目預計首年發電量304.77萬kWh，25年總發電量7106.03萬kWh，年平均發電量284.24萬kWh。每年可節約燃燒標準煤約932.31噸，相應每年可減少燃煤所造成的多種有害氣體的排放，其中二氧化硫（SO2）85.27噸，氮氧化合物（NOx）42.63噸，粉塵773.13噸，可減輕排放溫室效應性氣體二氧化碳（CO2）2833.87噸。

2. 用電現狀

該公司由10kV電壓等級供電，現有10kV降壓配電房1座，配變總規模為630kVA+250kVA，電源來自110kV溪龍變電站10kV溪工202線#2+1桿，采用高供高計計量方式。

圖2.1 一次主接線圖（現狀）

3. 分布式光伏設計

本項目利用公司6個廠房屋頂，合計約24000平方米，建設總裝機規模為3234.465kWp的光伏發電項目。共采用585W單晶硅太陽能電池組件5529塊，通過串/并聯方式組成光伏發電陣列，發電單元內每18/19/20/21/22/24/25/26塊光伏組件串聯為一個光伏組串，并聯組串數共298串，組串式逆變器10臺，容量為320kW/196kW/230kW，輸出為0.8kV低壓交流電壓，分別接入變壓器升壓至10kV，經開關站后接入至10kV線路，以10kV電壓等級接入電網，采用“全額上網”接入。

圖3.1 光伏接入系統示意圖

圖3.2 光伏組件布置圖

4. 技術方案

本項目配置了Acrel-1000DP分布式光伏監控系統，實現對光伏電站的集中管理，包括設備的狀態監測、故障報警、運行參數設置等，并通過遠動網關將光伏電站的信息上傳到調度中心。

新建并網點光伏開關站中電氣設備包括2臺1600kVA干式變壓器，高壓柜7臺，交直流屏、綜合保護屏、遠動通訊屏各1面；其中10kV光伏開關站中繼電保護裝置采用線路保護裝置，配置方向過流保護；并網點配置電能質量在線監測裝置、防孤島保護裝置等設備。

4.1. 二次電氣設備

1）線路保護裝置

線路保護裝置主要功能是確保電氣設備的安全運行。裝置實時監測電流、電壓等電氣參數，一旦檢測到異常，如過載、短路或接地故障，線路保護裝置會迅速切斷電源，從而防止設備損壞和火災風險。

2）防孤島裝置

在電網失電的情況下，分布式電源未能夠及時與電網斷開連接，會形成孤島狀態，這種狀態可能造成分布式電源不可控、電網恢復時的電壓和頻率不匹配等問題。防孤島裝置通過實時監測電網狀態，一旦檢測到電網斷電，能夠在規定的時間內迅速切斷分布式電源與電網的連接，同時，防孤島裝置還具有多種保護功能，如高頻、低頻、過電壓、低電壓保護等，能保障電力系統的穩定運行。

3）故障解列裝置

裝置能夠監測電網的實時狀態，一旦檢測到異常或故障信號，如短路、過載等，它會立即啟動，將故障儲能單元或設備與電網斷開，既能防止故障設備對電網造成進一步損害，也確保其他正常運行的儲能單元繼續供電，保障用戶的電力需求。

4.2. 電能質量在線監測裝置

電能質量在線監測裝置能夠實時監測儲能站接入電網后的電能質量，包括電壓偏差、頻率偏差、諧波含量、三相不平衡度等關鍵指標。通過測量與分析，它能夠及時發現電能質量問題，如電壓波動、諧波污染等，為運維人員提供及時的告警信息，此外，電能質量在線監測裝置的數據記錄功能還可為后續的故障排查和電能質量治理提供有力支持。

4.3. Ⅱ型網絡安全監測裝置

Ⅱ型網絡安全監測裝置搭配探針軟件能夠實時監測系統中的網絡流量和數據包，通過探針軟件的深度分析，識別和記錄潛在的網絡安全威脅和異常行為，及時發出警報并采取相應措施，從而有效防止網絡攻擊、數據泄露和系統故障，為系統的可靠運行提供堅強的網絡安全支撐。

5. 系統結構

本項使用基于國產操作系統的分布式光伏監控系統Acrel-1000DP，系統結構采用分層分布式，分成站控層、通信層和設備層。

站控層負責對整個系統進行集中管理和控制。操作員可以實時監控系統狀態，進行數據分析與處理，從而實現對生產過程的智能調度與優化。

通信層負責信息傳遞與數據交互，確保各個設備和系統組件之間能夠無縫連接和協同工作，此外，通信層還可以支持多種網絡拓撲結構，適應不同規模和需求的應用場景，保證系統的靈活性和可擴展性。

設備層涵蓋了各種傳感器、執行器和控制器等硬件設備。這些設備負責采集現場數據并執行控制指令，是實現自動化操作的核心。

圖5.1系統拓撲圖

6. 現場圖片

圖6.1 預制艙（高壓室、低壓室、二次設備室）

圖6.2 高壓柜                      圖6.3 二次設備組屏              

7. 系統功能

7.1. 實時監測

系統可以直觀的展示新建光伏電站的一次系統圖，實時顯示采集到的各類數據，包括電站內開關柜和故障解列、防孤島裝置等二次設備的電壓、電流、功率等關鍵參數，以及開關柜內斷路器、手車的分合狀態等。

圖7.1 實時監測

7.2. 逆變器監測

逆變器數據監測功能是光伏發電監控系統中的一個關鍵組成部分，它負責收集、分析和處理逆變器的運行數據，包括電壓、電流、功率和溫度等參數，以確保光伏發電系統的穩定運行，通過數據監測，用戶可以及時發現系統異常，進行故障診斷與維護，提高系統的整體效率與可靠性。

圖7.2 逆變器監測

7.3. 電能質量在線監測

系統可以對整個供電系統的電能質量包括穩態狀態和暫態狀態進行持續監測，使管理人員實時掌握供電系統電能質量情況，以便及時發現和消除供電不穩定因素。在供電系統主界面上應能實時顯示各電能質量監測點的監測裝置通信狀態、各監測點的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度百分比和正序/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度百分比和正序/負序/零序電流值。

圖7.3 電能質量實時數據監測界面

7.4. 調度上傳

系統通過遠動裝置、縱向加密裝置將采集到的光伏電站信息安全上傳至湖州地調，為保證數據網絡的安全，配置了網絡安全監測裝置搭配探針軟件，對網絡中的數據流量、異常行為和潛在威脅進行實時監測和分析，以實現對光伏電站信息網絡的保護，確保信息傳輸的可靠性和安全性。

圖7.4 數據上傳調度

7.5. 電力安全防護

為了確保系統安全、穩定運作，在驗收前需要結合網安設備對監控主機、交換機、網關和調度系統之間的網絡安全進行測試。針對監控主機，需要對網絡白名單、登陸事件、關鍵目錄/文件篡改行為進行檢測，同時識別網絡端口潛在的安全風險，包括非法端口、網絡外聯等問題；交換機作為數據流量的樞紐，需要檢測是否能夠有效防御網絡攻擊，檢驗功能包括配置變更、修改用戶名密碼、登陸事件、網口up/down、交換機離線/上線等；對于遠動網關的驗收，主要在于確保數據傳輸過程中的安全，主要檢驗功能包括網絡白名單、登陸事件、關鍵目錄/文件篡改行為、網絡外聯和開放非法端口事件。

圖7.5 網安設備安全功能驗收

8. 結語

分布式屋頂光伏系統作為可再生能源的重要組成部分，近年來在中國乃至全球范圍內迅速發展。系統通過在建筑物的屋頂安裝太陽能板來將太陽能轉化為電能，既可供建筑自身使用，也可并入電網，從技術角度分析，分布式光伏監控系統的引入使得用戶可以實時監測發電情況，優化能源使用，確保系統的運行與維護，進一步結合儲能系統后，還能提升用戶的用電自主性，增加對電網的獨立性。

參考文獻

[1] 張立斌.屋頂分布式光伏發電設計[J].華北電力技術, 2014(1):4.DOI:10.3969/j.issn.1003-9171.2014.01.003.

[2] 邵天寶,王志文,劉曉峰,等.屋頂分布式光伏發電應用實例[C]//第七屆全國石油和化工電氣設計與應用論文大賽入選論文集.2024.

[3] 馬溪原,郭曉斌,周長城,等.電網公司投資分布式光伏發電系統的典型運營模式分析[J].南方電網技術, 2018, 12(3):8.DOI:CNKI:SUN:NFDW.0.2018-03-009.