聚焦食品企业光伏运维：Acrel-1000DP 系统在某 4.4MW 项目的设计与应用

摘要?：在 “双碳” 战略深入推进与新型电力系统加速构建的背景下，分布式光伏以其清洁低碳特性迎来爆发式增长，但也因其出力波动性对配电网电压稳定、调度运行及调峰能力带来严峻挑战。本文以上海华电奉贤平高食品 4.4MW 分布式光伏项目为研究载体，创新设计包含平台层与设备层的双层架构分布式光伏管控平台，针对性开发小容量工商业分布式光伏的本地与远程通信融合方案。通过构建高精度光伏采集模型、研发多源数据融合估计算法、设计面向分布式光伏的有功 / 无功协同优化控制策略等关键技术突破，实现了对小容量工商业分布式光伏的全维度可观、可测、可调、可控。实际应用表明，该系统有效提升了光伏电站的并网稳定性与能源利用效率，为同类项目提供了可复制的技术范式。?

安科瑞 许寒月 I88+6I62=9235

关键词：分布式光伏；光伏管控平台；远程通信；协同优化控制?

1. 概述?

上海华电奉贤平高食品 4408.085kWp 分布式光伏发电项目（以下简称 “本项目”）作为国家 “优化能源结构，提供更加清洁、可靠的能源” 战略的重要实践载体，是上海市奉贤区典型的工商业分布式光伏示范工程。项目由上海华电奉贤新能源有限公司投资建设，通过租赁上海平高食品有限公司厂房屋顶，采用 “自发自用，余电上网” 的运营模式，既满足了企业自身用电需求，又实现了清洁能源的有效利用。?

本文基于该项目实际建设与运行情况，深入论证了光伏电站接入系统的技术可行性，系统研究了继电保护及安全自动装置的配置方案、系统通信的实现路径以及系统调度自动化的运行机制，阐述了 Acrel-1000DP 分布式光伏监控系统在项目中的应用效果，为类似规模的分布式光伏项目提供了技术参考。?

2. 电网接入条件与系统架构?

2.1 现有电网情况?

本工程地处上海市奉贤区航塘公路 1618 号，隶属于上海市电力公司奉贤供电公司管辖范围。用户现有配电站为 10kV 电压等级用户站，站内配置 4 台 10kV 变压器，容量分别为（1250+1600）kVA 和（1250+1600）kVA。其中，用户甲线变压器通过 10kV “22 平高食品甲” 线接入利口福开关站 10kV 一段母线，再经 “梁 19 利口福甲” 线接入 35kV 梁典站 10kV 一段母线；用户乙线变压器通过 10kV “32 平高食品乙” 线接入利口福开关站 10kV 二段母线，再经 “梁 33 利口福乙” 线接入 35kV 梁典站 10kV 三段母线，形成了双路径的电网接入格局。?

2.2 光伏接入方案?

本期工程光伏组件总容量为 4408.085kWp，依据《国家电网分布式光伏发电接入系统典型设计》规范及现场实际条件，设置 2 个并网点。光伏组件经逆变器逆变后，接入用户光伏站升压变高压侧母线的高压配电柜。光伏系统通过 10kV 线路分别接入 35kV 梁典站 10kV 一段母线和 35kV 梁典站 10kV 三段母线，实现与电网的可靠连接。?

3. 核心技术方案设计?

本项目依托厂房屋顶资源建设光伏发电系统，关键设备如光伏组件、逆变器、变压器等均选用国内知名品牌产品，确保系统运行的稳定性与可靠性。分布式光伏系统所发电量优先满足厂区就地消纳，采用 “自发自用，余电上网” 模式，很大化提升能源利用效率。?

项目划分为 4 个光伏发电分系统，分别对应接入 2 台 1000kVA 升压变压器和 2 台 1250kVA 升压变压器。具体配置如下：1# 升压变（1000kVA）的发电单元采用 3 台 300kW 组串式逆变器；2# 升压变（1250kVA）的发电单元采用 4 台 300kW 组串式逆变器；3# 升压变（1000kVA）的发电单元采用 3 台 300kW 组串式逆变器；4# 升压变（1250kVA）的发电单元采用 4 台 300kW 组串式逆变器，将直流电逆变为三相交流电。14 台 300kW 逆变器分别接入对应容量的升压变低压侧，经升压变升压至 10kV。4 个光伏发电单元的 1#、2#、3#、4# 升压变，通过 2 回 10kV 线缆送入光伏开关站内 10kV 汇流母线。光伏开关站采用单母接线方式，通过 2 回出线与原变电所 10kV 一段母线、10kV 二段母线母排拼接新增间隔相连，实现与电网的无缝对接。?

3.1 一次系统配置?

本工程新增 10kV 开关站两座，配电装置共 14 面高压柜，具体包括：接入柜 2 面、并网柜 2 面、计量柜 2 面、PT 柜 2 面、光伏进线柜 4 面、无功补偿柜 2 面，采用单母线接线方式并入电网，形成了结构清晰、功能完备的一次系统架构。?

3.2 继电保护及安全自动装置优化配置?

本光伏电站内主要电气设备采用高性能微机保护，确保各类信息能够准确、及时上送。元件保护严格遵循《继电保护和安全自动装置技术规程》（GB14285－2006）要求进行配置，贯彻执行相关设计技术规程、规定以及国家电网公司有关系统继电保护及安全自动装置的配置和反事故措施文件精神，在满足系统安全运行的前提下，尽量利用原有系统继电保护装置，降低项目成本。?

线路保护：根据《分布式电源接入系统典型设计》，当本工程光伏电站线路发生短路故障时，要求线路保护能够快速动作，瞬时跳开相应的断路器（即光伏电站的光伏进线柜断路器），确保全线故障能够被快速、可靠切除。基于本工程实际情况，在光伏站侧配置逆功率保护，方向指向升压变。接入柜配置 1 套高性能方向过流保护装置，包含方向过流保护功能，方向指向并网线路。该保护装置具备方向电流速断、过流保护、过负荷保护、零序电流保护等功能，确保光伏电站并网线路发生短路故障时，能够快速动作跳开相应断路器，满足全线故障时快速可靠切除故障的要求。?

母线保护：鉴于光伏电站采用单母线接线方式，当母线出线发生故障时，由母线开关处配置的方向过流保护切除故障，无需单独配置母线保护，简化了系统结构，提高了运行效率。?

防孤岛措施：光伏电站内逆变器具备完善的防孤岛保护功能，主要通过频率偏移、功率变动、电压相位跳动等多种检测手段实现，动作时间控制在 100ms～1s 范围内。孤岛现象保护是逆变器并网保护中至关重要且优先级别高的保护，要求光伏系统在电网失压 2s 以内停止向电网线路送电。为进一步提升系统安全性，本期光伏电站并网点额外配置 1 套独立的防孤岛保护装置，保护动作于光伏电站侧并网点开关。该套独立的防孤岛保护装置包含过电压及低电压保护功能、过频率及低频率保护等功能，具备快速监测孤岛且立即断开与电网连接的能力，防孤岛保护动作时间不大于 2s，其动作时间与电网侧线路重合闸和安全自动装置动作时间准确配合，确保系统安全稳定运行。?

频率电压紧急控制：本期在光伏电站侧配置 1 套高精度频率电压紧急控制装置，当系统频率、电压超出允许范围时，能够快速跳开光伏并网点开关，防止异常情况对系统造成更大影响。?

4. Acrel-1000DP 监控系统架构与创新设计?

本项目光伏电站配置 1 套由安科瑞电气股份有限公司提供的 Acrel-1000DP 分布式光伏电力监控系统，该系统集保护、控制、通信、测量等功能于一体，实现了光伏发电系统、开关站的全功能综合自动化管理。项目中逆变器、高低压设备等的状态信号均接入该监控系统，形成了监测与控制网络。?

本项目光伏电站监控系统采用开放式分层、分布式网络结构，主要包括站控层和就地层两部分。监控系统通过以太网与就地层相连，就地层按照不同的功能和系统进行划分，以相对独立的方式分散在逆变器区域或箱变中，确保在站控层及网络失效的情况下，就地层仍能独立完成就地各电气设备的监测任务，提高了系统的可靠性。计算机监控系统通过远动通信装置经专网与上海市调度平台实现远程通讯，保障了调度指令的顺畅传递与执行。?

4.1 系统分层功能?

站控层：由通过计算机网络连接的监控主机兼操作员站、远动通信装置等组成，为站内运行提供直观、友好的人机界面，实现对就地层设备的管理与控制等功能，形成全站监控与管理中心，并具备与远方控制中心通信的标准接口，确保信息的有效交互。?

就地层：由智能测控单元、网络系统通讯单元、逆变器数据采集单元、多功能电能表等构成，主要负责对汇流柜（根据实际设计确定是否需要）、逆变器、箱变、并网开关等现场电气设备的直接监测与控制。就地层设备能够直接采集处理现场的原始数据，通过网络准确、及时地传送给站控层监控主站，同时接收站控层发来的控制操作命令，经过严格的有效性判断、闭锁检测、同步检测等环节后，对设备进行准确操作控制，确保系统的安全稳定运行。?

4.2 通信方案优化?

本工程创新采用 EPON（以太网无源光网络）方式为电厂与调度之间提供高可靠性的光缆数据传输通道。在光伏电站新增 ONU 设备 1 套、24 芯光配单元 1 套，构建本工程光伏发电站至上海市调的专用通信传输通道，将光伏电站的非实时电量信息及实时运行信息分别接入主站系统，确保数据传输的实时性与准确性。同时，现场测试无线信号满足通信要求，将其作为备用通道，进一步提高了通信系统的可靠性，保障了系统的正常通信。?

4.3 调度自动化系统设计?

4.3.1 调度自动化现状?

目前上海市地调 D5000 系统已实现对有关发电厂、500kV、220kV 变电站以及主要 110kV 变电站的远动信息接收功能，所接收的远动信息主要来自于变电站计算机监控系统，形成了较为完善的调度自动化基础。?

4.3.2 调度关系及调度管理?

本光伏电站所发电量采用 “自发自用，余电上网” 模式，发电系统性质为公用光伏系统。考虑到光伏电站的特殊性，本光伏电站按上海市市调设计，接受上海市调的统一调度与管理，确保与大电网的协调运行。?

4.3.3 系统配置及技术要求?

本工程的系统调度自动化设计严格遵循《地区电网调度自动化设计技术规程》、《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定》以及国网上电司发展 (2019) 858 号《国网上海市电力公司关于印发光伏发电接入上海配电网技术原则》、《国家电网分布式电源接入系统方案》XGF10-Z-1 方案等有关文件要求，设计范围涵盖有关调度系统接口、光伏电站工程及系统内变电站远动设备通道要求及附属设备选择等方面。?

调度关系：本工程建成后，光伏电站按上海市调管辖进行设计，纳入上海市调的统一调度体系，确保电力系统的整体稳定运行。?

电能量计费：测量、计量表计均严格按照电力行业标准 DL/T448-2016《电能计量装置技术管理规程》、江苏省地方标准 DB32/991-2022《电能计量装置配置规范》、《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定》的要求进行配置。本项目在光伏电站侧配置主、副计费电能表各 1 块，精度等级为 0.2S 级。主表作为光伏电站上下网电量关口计量表，其相关数据同步上传至江苏电网电能量计量系统，确保电量计量的准确性与公正性。在光伏电站出线柜处配置 1 个等级为 0.2S 级的参考表，精度要求参考发电关口计量标准。电能表采用高性能静止式多功能电能表，至少具备双向有功和四象限无功计量功能、事件记录功能，配有标准通信接口，具备本地通信和通过电能信息采集终端远程通信的功能。根据《电能计量装置配置规范》（DB32/991-2022）要求，本工程电能表精度达到 0.2S 级，计量用互感器的二次计量绕组专用，不接入与电能计量无关的设备，且电流互感器、电压互感器的精度分别达到 0.2S、0.2 级，确保计量数据的准确性。?

电能质量监测装置：依据《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定》以及《江苏省电力公司电能质量管理规定》的要求，本期在光伏电站侧装设 1 套满足 IEC61000-4-30-2003《电磁兼容第 4-30 部分试验和测量技术一电能质量》标准要求的 A 类电能质量在线监测装置，实时监测电能质量参数，包括电压、频率、谐波、功率因数等，为系统运行优化提供数据支持。?

光伏电站群控群调系统：根据《电调〔2021〕44 号 江苏电网分布式电源并网调度管理工作规范》第九条的要求：“分布式电源应接受并执行群控群调指令，其远动信息、电能量计量信息等数据应接入调度自动化系统及配电自动化系统”。本工程光伏电站侧按要求配置 1 套高性能分布式电源采集控制装置，具备群控群调控制器功能，满足与上级调度主站、现场逆变装置之间的群控群调指令上送与下发需求。为满足供电群控群调要求，以箱变为单位配置相应数据采集器，数据采集器采集逆变器数据后通过箱变测控上传至光伏电站监控系统。控制系统具有快速响应能力，响应时间控制在 1min 以内，响应精度小于 1.5%，确保能够及时调整系统参数并对外部环境的变化做出快速、准确响应。?

5. Acrel-1000DP 系统核心功能与应用效果?

5.1 实时监测功能?

Acrel-1000DP 分布式光伏监控系统具备友好的人机界面，能够以配电一次图的形式直观展示配电线路的运行状态，实时监测各回路电压、电流、功率、功率因数等关键电参数信息，动态监视各配电回路断路器、隔离开关、地刀等的合、分闸状态及有关故障、告警等信号。系统还可根据用户需求设计整体界面，方便用户选择对应配电房、对应光伏组件或高压部分进行详细查看，实现了对光伏电站运行状态的实时掌控。?

5.2 历史事件追溯与分析?

Acrel-2000 电力监控系统能够对遥信变位、保护动作、事故跳闸以及电压、电流、功率、功率因数越限等事件记录进行详细存储和有效管理，为用户对系统事件进行历史追溯、查询统计、事故分析提供了便利。用户可按照时间、类型、等级和设备等多种条件进行准确查询，快速定位问题根源，为光伏电站的运维管理提供了有力支持。?

5.3 电能质量在线监视与优化?

在电能质量监控图中，用户可以直接查看电能质量装置的运行状态、电流电压总有效值、电压波动、电压总畸变、正反向有功电能、有功、无功功率等关键电能质量信息。基于这些实时数据，运维人员能够及时掌握现场电能质量状况，针对性地制定并实施应对方案，确保光伏电站输出电能的质量满足电网要求，提高了光伏电站与电网的兼容性。?

6. 结语与展望?

分布式光伏发电系统凭借其清洁、可再生的显著特点在全球范围内得到广泛应用，但由于其发电量受光照、温度等自然因素影响呈现显著的非稳定特性，对电力系统的稳定运行和经济效益构成了严峻挑战。因此，分布式光伏项目并网，配置完善的继电保护及安全自动装置，并接受调度主站系统的统一调控，以助力分布式光伏高比例有序并网，强化分布式光伏的统一管控，推动分布式光伏和大电网的协调运行，搭建数据透明、调控便捷、能源互动的新型分布式新能源调度管理体系。?

本项目通过应用 Acrel-1000DP 分布式光伏监控系统，实现了对 4.4MW 分布式光伏电站的精细化管理与控制，有效提升了系统的运行稳定性和能源利用效率。未来，随着分布式光伏渗透率的进一步提高，需持续优化监控系统的数据分析与智能决策能力，加强多能互补与协同调度技术研究，为构建更加有效、稳定、清洁的新型电力系统提供坚实的技术支撑。?

审核编辑 黄宇