分布式光伏儲能發電項目對電網的影響

摘 要：基于“碳中和、碳達峰”的發展需求，我國許多地區開始重視新能源技術的應用，光伏儲能項目的并網對大電網產生了一定的影響。通過分析分布式光伏儲能發電項目的特點，探討了分布式光伏發電項目對電網的綜合影響，*后找到提升其項目質量的有*對策，以更好地 提升我國社會經濟的進步，實現能源綠色發展。

關鍵詞：分布式光伏；儲能發電；碳中和；碳達峰

0  引  言

進入21世紀以來，人們對傳統能源消耗造成的環境破壞認識越來越深刻，發展清潔成為戰略。清潔能源正逐漸走入人們的生產生活，用以解決當前的環境污染問題。分布式光伏儲能作為一種新型的發電形式，它能夠帶來更好的環境和經濟*益，符合我國社會經濟的發展需求，具有重要的安*和戰略意義[1]。本文通過分析分布式光伏儲能發電項目，發現其中存在的問題，找到科學應對策略，以實現項目的應用發展。

1  分布式光伏儲能發電項目及特點

分布式光伏儲能發電是指運用光伏組件和分散的太陽能發電設備布置在電力用戶附近，將太陽光能轉換為電能的一個小型的發電體系（具體見圖1），從而減少對傳統石油和化學能源的消耗。分布式光伏儲能發電項目是在盡可能利用光伏資源的同時，減少光伏電源并網對公用電網的不良影響，以提升不同分布式電力來源的互補性，實現電力行業的穩定發展。在建設分布式光伏儲能發電項目時，相關研究人員需要結合當地的實際狀況，調查不同用電時間段的負荷量以不同季節的光照時間及儲能裝置、電池裝置本身性能等，從而進行具體的系統設計。

分布式光伏儲能發電項目與傳統發電項目不同，它有著自身的特點，主要表現在以下3個方面。首先，該項目可以實現就近發電、就近轉換以及就近使用，剩余電量可以實現共享，大大節省電能調節成本，實現就地消納，為電力行業的長遠發展奠定良好基礎。其次，該項目較為靈活，可以抵抗較大的災害，一旦當地電網出現大面積故障，分布式光伏儲能發電可以在一定范圍內實現電力供應。*后，該項目的儲能技術可以彌補光伏技術的一些缺陷，如單純的光伏發電只能白天發電，晚上不發電，而分布式光伏儲能發電項目可以實現晚上對用戶的供電，以達到削峰填谷的作用。

2  分布式光伏儲能發電項目對電網的影響

2.1  對電網運行的影響

與傳統發電項目相比，分布式光伏儲能發電項目的接入點數量較多且較為分散。在并網過程中需要相關人員科學把握技術節點，以保障并網質量。一方面，該項目會對電網的運行產生一定的影響；另一方面，由于分布式光伏儲能發電項目與電網的連接復雜，需要加強對并網操作的管理與監督，以確保電網的穩定運行。不同項目的并網方式不同，對電網運行產生的影響也不同。一般情況下，分布式光伏儲能發電項目可以單獨離網，不會對電網本身產生不良影響，但該項目一旦并網則會導致電網電壓波動，嚴重時還會破壞電網繼電保護裝置[2]。

2.2  對電網電能質量的影響

電網電能質量的高低將直接影響整個電力系統的運行*益，分布式光伏儲能發電項目一旦并網，會對電網質量產生影響。例如，該項目的并網容量和并網位置會影響整個電網的電壓分布，電壓過大會對相應的繼電保護裝置造成破壞，進而不利于電網的穩定運行。因此，分布式光伏儲能發電項目通常會設置逆變器來接入電網，但該裝置的關斷與開通狀態頻繁切換會產生諧波污染，使得整個線路的繼電保護性能下降，甚至影響其他并聯分支[3]。

此外，光伏接入對配網電壓的影響程度也受配網負荷狀態和負荷類型的影響，其他條件一致的情況下，負荷類型以工業負荷居多的配網對光伏的接納能力*強，而居民類型負荷居多的配網對光伏的接納能力較小。不同負荷類型日負荷曲線見圖。

 

2.3  對電網控制的影響

分布式光伏儲能發電項目對電網控制策略具有一定的影響，這是因為該項目的控制難度較大。由于項目所處區域、所處季節以及天氣的變化，每個項目的發電量和存儲量不同（具體見圖3），并網后相關人員無法及時掌握相關信息，使得發電計劃的制定和實施無法保證其科學性，一定程度上降低了管理人員對電網的控制能力，不利于電力行業的發展。

此外，分布式光伏儲能發電項目并網的電源點較為分散，一旦項目數量增加，其控制難度會成倍提升，從而對電力的調度和調節產生不良影響，同時還會擴大電網的監控范圍，提升監控壓力。

2.4  對電網規劃的影響

分布式光伏儲能發電項目在并網后會對電網的規劃產生相應的影響，這是因為該項目一旦并網就需要技術人員設計一種新的電力交換體系，能夠將光伏能源的收集、存儲、傳輸、控制、管理以及分配等融為一體，但也會增加整個并網系統的復雜性，改造規劃的難度也會隨之增加，對此需要技術及管理人員做好充分準備[4]。

此外，由于分布式光伏儲能發電項目的特殊性，在并網完成后，該地區的電量負荷預測難度會提升，進而對電網規劃產生影響，需要規劃者做好充足預案，*大限度保障母線電壓和供電的穩定性，提高分布式光伏儲能發電項目的實用性，以推動該項目的更好發展。

3解決方案

光伏運維子站解決方案

安科瑞Acrel1000-DP分布式光伏電站電力監控系統為分布式光伏電站運維子系統提供了解決方案，滿足GB/T 38946《分布式光伏發電系統集中運維技術規范》中對運維子站的相關技術要求。

數據信號采集

（1）運維子站采集的模擬量數據包括下列內容:

a)分布式光伏發電系統每個并網點有功功率?無功功率?電壓?電流?頻率?電 等數據;

b)分布式光伏逆變器有功功率?無功功率?電壓?電流?功率?溫度等數據;

c)匯流箱各路電流?匯總輸出電流?母線電壓量等數據;

d)分布式光伏發電系統周圍環境包括環境溫度?輻照度?電池板溫度等數據;

e)子站應建立數據存儲,存儲時間應不少于7d?

 

圖2 分布式光伏監控系統數據顯示

（2）運維子站采集的狀態信號包括下列內容:

a)分布式光伏發電公共連接點斷路器?隔離刀閘和接地刀閘位置?保護硬接點狀態以及遠方/就地控制等各種開關量信號;

b)分布式光伏發電每個并網點斷路器和隔離開關的位置信號?重合閘位置?保護動作及告警信號;

c)光伏逆變器運行狀態及告警信號;

d)分布式光伏發電主升壓變壓器分接頭擋位(當采用有載調壓變壓器);

e)光伏匯流箱保護動作及告警信號;

f)分布式光伏發電保護?安*自動裝置等設備狀態,保護動作及告警信號,運行人員操作順序記錄信息?

 

圖3 分布式光伏監控系統狀態顯示

數據信息處理

子站宜對所采集的實時信息進行數字濾波?有*性檢查?工程值轉換?信號接點抖動 ?刻度計算等加工?數據采集子系統可進行數據合理性檢查?異常數據分析?事件分類等處理,并支持常用的計算功能,支持對采集的各類原始數據和應用數據分類存儲和管理?

 

圖4 分布式光伏監控系統數據展示

 

光伏運維主站解決方案

安科瑞AcrelEMS企業微電網能*管理平臺適用于分布式光伏電站的運維管理。GB/T 38946《分布式光伏發電系統集中運維技術規范》中對集中運維主站的相關技術要求如下：

集中運行監視宜具備以下功能:

a)基礎信息展示:基礎信息包括場站名稱?場站地理位置?場站容量?場站組件面積等;

b)電站實時監視:具備主要測點的分時?分日?分月以及分年的數值展示圖表;

 

圖5 分布式光伏電站場站管理及發電功率實時監控

c)電站統計分析:具備主要性能參數的分時?分日?分月以及分年的數值展示圖表,主要性能指標包括系統PR?等*利用小時數等;

d)歷史信息查詢:逆變器?匯流箱?電度表?環境監測儀?并網點?變壓器等設備監測點的歷史數據查詢與導出;

e)單電站數據展示:直觀展示電站全年?各月的計劃完成情況?上網電量?綜合*率等統計指標;

f)多場站數據展示:對集團級的多電站計劃完成率?上網電量?綜合*率和資源分布等關鍵指標進行多角度?多維度的分析;

g)報表管理:根據需求選擇歷史數據,生成不同格式和類型的報表;報表應支持文件導出和打印等功能?

 

圖6 日月年發電數據報表及逆變器發電曲線分析

操作與控制宜具備以下功能:

a)支持對電站設備的操作與控制,包括遙控?遙調?人工置數?標識牌操作?閉鎖和解鎖等操作;

b)防誤閉鎖:支持多種類型自動防誤閉鎖功能,包括基于預定義規則的常規防誤閉鎖和基于拓撲分析的防誤閉鎖功能;操作指令宜經過防誤驗證,并有出錯告警功能;

c)順序控制:能夠按照預先設定的順序和流程控制電站設備動作;

d)支持操作與控制可視化;

e)操作與控制宜有記錄,包括操作人,操作對象?操作內容?操作時間?操作結果等,可供調閱和打印?

 

圖7 遙控操作驗證及操作記錄

故障告警管理宜具備以下功能:

a)能夠將分布式光伏發電系統現場所采集到的各設備故障類遙信信號上報至集中運維系統進行展示;

b)能夠記錄故障告警的發生時間?設備位置?*近操作記錄?故障狀態等信息;

c)能夠對在集中運維系統中展示出來的故障類遙信信號的信息進行基本操作,如刪除?信息修改?查詢;

d)能夠對故障信息排查解決完畢后對故障造成的損失進行評估;

e)能夠對由故障告警及處置過程形成的故障案例進行分類管理,具備快速訪問和查詢的功能?

 

圖8 告警分級和異常分析

集中運營管理宜具備以下功能:

a)運行值班管理對將電站生產運行值班過程中的主要事件進行記錄;

b)巡點檢管理:制定巡點檢的操作方案,包含巡點檢設備?巡點檢路線?巡點檢任務以及異常數據反饋等功能,異常數據可以自動觸發故障單;

c)報告報表功能:能夠按照既定要求形成相應的報告和報表功能,并支持文件導出要求;

d)資料管理功能:具備對系統相關資料進行分類管理的功能,并支持快速訪問和查閱?

 

圖9 巡檢管理及用戶報告

設備?工器具及備品備件管理宜具備以下功能:

a)物資編碼管理:系統宜支持按照GB/T50549要求進行編碼設定的功能;

b)物資臺賬管理:系統宜支持對設備和部件?備品備件?工器具等物資信息和資料進行分類錄入?刪除?修改和查詢的功能;

c)工器具管理:集中運維系統宜具備對場站配備的工器具的種類和數量統計功能,同時宜具備對工器具校驗周期提醒的功能;

d)備品備件管理:集中運維系統宜具備場站配備的備品備件的種類和數量統計功能,同時宜具備對備品備件安*庫存的定義和缺庫提醒的功能?

 

圖10 設備檔案和設備保養管理

安*管理宜具備以下功能:

a)安*組織管理:實現集團公司?電站區域公司安*組織架構設定功能;

b)安*綜合管理:各種安*相關的制度?培訓?考核?應急等的文檔管理功能;

c)安*檢查管理:實現安*檢查計劃?任務?結果的管理功能;

d)安*事故管理:實現安*事故登記與處理閉環管理功能?

檢修維修管理宜具備以下功能:

a)檢修維修單管理:實現各種故障檢修維修工作的單據登記?檢修

維修過程的資料?檢修維修結果的信息管理功能;

b)檢修計劃管理:實現檢修計劃信息的登記管理功能,信息內容包括基本的季度?月度檢查計劃等;

c)缺陷管理:實現各種設備?各來源的缺陷信息登記?缺陷處理及處理結果信息登記功能;

d)隱患管理:實現各種設備?各來源的隱患信息登記?隱患治理及治理的記過信息登記功能;

e)預防性維護管理:實現預防性維護計劃,維護工作的內容登記維護管理;包括預防性維護計劃?定期預防性維護檢驗等維護保養信息內容管理功能?

 

圖11 工單管理和缺陷記錄

系統管理宜具備以下功能:

a)權限設置:登錄權限?場站權限?功能權限?數據權限;

b)在線用戶管理:用戶登錄?操作記錄;

c)時間同步:宜采用簡單網絡時間協議(SNTP)對時方式,并以此同步各子站;

d)Web功能:主站宜具備相關數據的信息發布?瀏覽和下載等Web功能?

 

圖12 用戶權限配置及用戶狀態監測

光伏發電功率預測

運維主站可根據當日光照和溫濕度數據預測光伏電站發電功率數據進行對照，用于驗證光伏電站發電*率。

 圖13 光伏運維主站、子站發電功率預測功能

 

箱變測控管理

箱式變電站由于其占地面積小，性價比高，在分布式光伏電站中大量應用。箱變是光伏電站升壓并網的主要電氣設備，其運行狀態的好壞，直接影響整個光伏發電系統的可靠性。因此需要對箱變進行電氣參數、環境參數、繞組溫度等進行全*的監測和預警。

提供過電流保護、溫度保護、過/欠電壓保護、零序過流保護等功能；

實時監測變壓器高、低壓側的電壓、電流、有功及無功等參數；

實時監測低壓室柜門開關狀態及箱變內溫濕度、浸水、煙霧；

實時監測變壓器運行繞組溫度；

實時監測柜內母排、線纜接頭處溫度；

互聯互通，支持 有線或無線通訊，可將數據傳輸至后臺。

 

圖14 箱變測控系統圖

通過AcrelEMS可實時監控箱變變壓器和高低壓柜電氣參數、溫度、箱變內濕度等數據，在數據超過正常閾值或發生異常變位時可及時發出告警信號。

 

圖15 變壓器及箱變環境監測

光伏運維相關二次設備選型

安科瑞提供光伏運維子站、運維主站監測軟件、數據網關和保護測控單元、交直流監測多功能儀表及相關傳感器，具備電能質量監測和治理裝置，保障光伏電站高*運行。

 

電化學儲能系統監控及集中運維管理

近年來在新型電力系統安*穩定需求下，電化學儲能電站快速發展，但是儲能電站安*運維管理尤為重要，電池熱失控引發的事故也時有發生。儲能電站的運維不僅僅是基本的巡檢，值守，保養，更要不斷積累運行的數據，并對當前電池的容量，健康指標都進行實時跟蹤，進而不斷調整控制策略等等。因此運維人員需具備較高的專*水平和豐富的實操經驗，配合儲能運維管理系統和健全的安*管理規程，才能高水平地運維，提升電站的盈利。

儲能電站的運維管理主要包括電池及電池管理系統(BMS)、儲能變流器(PCS)、 管理系統(EMS)配套的電氣系統(升壓變壓器、并網開關柜)、消防系統、空調系統、站用電系統的監測和運維。

 

相關標準

《電化學儲能電站安*規程》GB/T 42288

《電化學儲能系統接入電網技術規定》GB/T 36547

《電化學儲能電站設計規范》GB 51048

《電化學儲能電站設計標準（征求意見稿）》

《電化學儲能系統儲能變流器技術規范》GB/T 34120

《電力儲能用鋰離子電池》GB/T 36276

《電化學儲能電站監控系統技術規范》NB/T 42090

《電化學儲能電站用鋰離子電池技術規范》NB/T 42091

《爆炸危險環境電力裝置設計規范》GB 50058

《儲能電站用鋰離子電池管理系統技術規范》GB/T 34131

《電力系統電化學儲能系統通用技術條件》 GB/T 36558

 

系統構成

根據NB/T 42091《電化學儲能電站監控系統技術規范》，儲能監控系統宜采用星型網絡，功率小于1MW且容量小于1MWh的電化學儲能監控系統宜采用單網配置，如圖16。

 

圖16 電化學儲能系統單網監控系統網絡結構圖

功率為1MW及以上且容量為1MWh及以上的電化學儲能監控系統宜采用雙網配冗余置，如圖17。

 

圖17 電化學儲能系統雙網監控系統網絡結構圖

監測設備包括BMS、PCS、保護測控設備、其他設備(電能計量、絕緣監測、消防、空調、站用直流屏等)。

 

電化學儲能電站監控運維管理系統

Acrel-2000MG儲能系統 管理系統和AcrelEMS企業微電網能*管理平臺能夠對企業微電網的源（市電、分布式光伏、微型風機）、網（企業內部配電網）、荷（固定負荷和可調負荷）、儲能系統、新能源汽車充電負荷進行實時監測和優化控制，保護微電網儲能系統運行安*，實現不同目標下源網荷儲資源之間的靈活互動，增加多策略控制下系統的穩定運行。同時 提升新能源消納、合理削峰填谷，減少電網建設投資，提升微電網運行安*，降低運行成本。Acrel-2000MG儲能系統 管理系統適合部署在本地，作為實時監控、異常告警和策略管理；AcrelEMS企業微電網能*管理平臺適用于企業源網荷儲充運維的一*化管理平臺，并提供移動端數據服務和異常告警。

數據采集和處理

監控系統應能通過測控單元及功率變換系統、電池管理系統進行實時信息的采集和處理。監控系統應設置通信接口與電池管理系統連接，接收和處理的信息宜包括但不限于：

a）電池模塊的電壓、溫度、電池 ；

b）電池簇的電流、電壓、功率、電池 、可充可放電量、累積充放電電量，以及*高、*低

單體電壓及其電池編號：

c）電池堆可充可放電量、累積充放電電量；

d）各種故障告警和保護動作信號；

 

圖18 Acrel-2000MG和AcrelEMS電池數據采集

功率變換系統(PCS)上送信息宜包括但不限于：

a）開關量信息：直流側與交流側接觸器、斷路器的狀態；運行模式（并網、離網）、運行狀態

（充電、放電、待機等）、就地操作把手的狀態等：

b）模擬量信息：直流側電壓、電流、功率，交流側三相電壓、電流、有功、無功；

c）非電量信息：IGBT模塊溫度、電抗器溫度、隔離變溫度等；

d）運行信息：功率變換系統保護動作信號、事故告警信號等。

 

圖18 Acrel-2000MG和AcrelEMS 功率變換系統數據采集

監視和報警

監控系統的監視功能應符合但不限于下列要求：

a）應能通過顯示器對主要電氣設備運行參數和設備狀態進行監視；

b）應能監視并實時顯示各設備的通信狀態和通信報文；

c）電池管理系統、功率變換系統上傳監控系統的遙測量和告警量須有專門的界面顯示和告警

圖19 Acrel-2000MG和AcrelEMS 監視和報警分級

控制與調節

控制范圍：站內交流回路斷路器、功率變換系統及其他相關重要設備，包括功率變換系統啟/停、運行/檢修狀態切換、并網充/放電、離網放電、保護軟壓板投切等。監控系統根據功能定位支持下列應用模式：削峰填谷、孤網運行、系統調頻、電壓支撐、電能質量治理、平滑功率輸出、跟蹤計劃出力。

 

圖19 Acrel-2000MG和AcrelEMS 儲能系統監控

電能質量監測

監測儲能系統交流回路的電壓波動與閃變、三相電壓不平衡、電壓暫升/暫降、短時中斷、諧波畸變等工況，實時記錄事件并故障錄波，為電能質量分析與治理提供數據來源。

 

圖20 Acrel-2000MG和AcrelEMS 電能質量分析

企業微電網能*管理

AcrelEMS企業微電網能*管理平臺除了對儲能系統提供監控報警之外，還適用于企業內部的源網荷儲充運維的一*化管理平臺，為企業微電網能*管理提供多角度的監測、優化控制、設備管理、運維管理、分析報告等，并提供基于WEB和APP的數據服務和異常告警。

平臺可根據企業光伏發電數據、儲能控制策略以及負荷波動情況為企業提供微電網運行數據，制定用電優化方案，在提高企業微電網運行安*的前提下幫助企業降低用電成本， 提升清潔能源消納。

 

圖21 AcrelEMS企業微電網能*管理平臺

電化學儲能電站監控運維管理系統二次設備選型

安科瑞提供電化學儲能電站監控運維管理軟件、數據網關和保護測控單元、多功能儀表及相關傳感器，具備電能質量監測和治理裝置，保障儲能電站及企業微電網高*運行。

 

 

 

表3 儲能電站監控運維管理系統選型方案

5 結束語

   在雙碳目標以及電網運行安全要求驅動下，光伏發電以及配套儲能系統未來將會得到越來越多的政策支持，可以想象未來也會有越來越多的資本投入促使行業迅速發展，從而提高電網運行安全，提升電能使用效率。但是微電網系統，特別是光伏電站和儲能電站的運行安全不容忽視，需要嚴格按照標準，建立光伏和儲能監測運維管理系統對光伏電站和儲能系統進行監視、預警、控制和運維管理，保障安全生產。

   未來新型電力系統中，企業光儲充微電網內部以及企業微電網和大電網的互動也會越來越頻繁，這需要一套統一平臺來對企業的“源-網-荷-儲-充”及運維進行統一監測和管理，這樣才能保障企業微電網高效運行，從而促進新型電力系統邁向穩定、可靠、低碳的良性循環。