安科瑞分布式光伏监控系统在屋顶分布式光伏发电项目中的应用
安科瑞徐赟杰18706165067
摘 要：分布式光伏作为可再生能源的一种重要形式，能够根据不同场地的实际情况进行定制，尽可能地利用可用空间，减少对传统化石燃料的依赖，也能降低温室气体排放、改善环境质量。在政策支持和市场需求的双重推动下，随着技术的不断创新，光伏组件的效率不断提高，同时安装和维护成本持续降低，更多企业、工厂通过在其办公楼、研发中心和生产基地等场所安装光伏发电设施，有效降低能源成本的同时也提升了企业的绿色形象和社会责任感。本文就安科瑞Acrel-1000DP分布式光伏监控系统和光功率预测软件在和光同程一期屋顶分布式光伏发电项目中的应用方案进行了介绍，项目同时涉及到数据的调度上传，因此配备了纵向加密和正反向隔离等装置来确保数据的安全，防止潜在的网络攻击和数据泄露。
关键词：分布式光伏；光功率预测；调度上传
项目概述
和光同程光伏科技（宜宾）有限公司成立于2023年3月，落地于四川省宜宾市叙州区，总占地926亩，公司专注于晶硅太阳能电池的制造、生产和销售。
宜宾高新区和光同程一期屋顶分布式光伏发电项目（以下简称“本项目”）利用和光同程一期电池生产车间屋顶建设分布式光伏发电项目，总装机容量为19.9MWp（指直流侧19.9MWp，交流侧升压变容量合计20MVA）。本项目布置4个分布式光伏电站，每个电站直流侧装机4.975MWp，交流侧升压变压器容量为2×2.5MVA，在每个电站分别新建一回10kV线路接入和光同程厂区内既有的四个配电室：S1-配电室1、S1-配电室2、S2-配电室1、S2-配电室2，经同程220kV专用站接入公网。
由于各配电室之间距离较远，本项目通过光纤组网。在4个分布式光伏电站侧分别部署安全自动装置屏；Acrel-1000DP分布式光伏监控系统部署在S2-配电室1中，搭配一套光功率预测系统，用于预测光伏发电量、响应调度调控，配置一台云平台网关，将数据上传至AcrelCloud-1200分布式光伏运维云平台，便于用户日常运维管理光伏电站；调度数据网屏安装在220KV电站通讯室，新建光伏的数据借用220kV变电站原有光传输设备接入调度系统，本项目仅配置调度数据网设备。
分布式光伏设计
本项目电量消纳方式采用“自发自用”，预计年均发电总量约1495万kwh，年平均利用小时数为752h。每个光伏电站设置两台箱变，经升压变就地升压为10kV，集中汇流至就近10kV光伏开关站，接入既有配电房10kV母线后供全站使用。光伏组件采用平铺设计，共使用35840块组件组成2240个组串，每16路组串接至1台光伏逆变器，逆变器140台，2.5MVA变压器8台，总容量为20MVA，单个并网点容量为5MVA。
图2.1 光伏接入系统示意图
图2.2 光伏组件布置图
技术方案
本项目采用Acrel-1000DP分布式光伏监控系统搭配光功率预测软件，同时配置AcrelCloud-1200分布式光伏运维云平台，来实现对整个光伏发电站的掌控与优化。
在分布式光伏电站侧分别配置防孤岛保护装置、电能质量在线监测装置、防逆流保护装置等安全自动装置；在220KV电站配置1套调度数据专网接入设备及其配套的二次系统安全防护装置；由于光伏电站自发自用不上网，所以不设置贸易关口点，在4个分布式光伏电站10kV并网开关用户侧分别设置发电量计量，并配置电能量采集终端4套，电能量数据接入国网四川省电力公司电力用户用电信息采集系统。
安全自动装置
1）频率电压紧急控制装置
装置能够实时监测电网的频率和电压，一旦检测到超出设定范围的异常情况，立即启动控制策略，通过调整发电机出力、切除部分负荷或投入补偿设备等方式，快速恢复电网的频率和电压至正常水平，确保电力供应的连续性和可靠性。
2）防孤岛装置
在电网失电的情况下，分布式电源未能够及时与电网断开连接，会形成孤岛状态，这种状态可能造成分布式电源不可控、电网恢复时的电压和频率不匹配等问题，也可能导致电力工作人员在不知情的情况下进行危险的操作。防孤岛装置通过实时监测电网状态，一旦检测到电网断电，能够在规定的时间内迅速切断分布式电源与电网的连接，从而保障电网的安全运行和维修人员的人身安全。
3）防逆流装置
防逆流装置的主要功能是在光伏发电系统产生的电能超过用户自身消耗时，防止多余的电能逆流进入公共电网。当装置检测到电网电压低于光伏系统电压时，会立即启动，自动切断光伏系统与电网的连接，保证电网的稳定和安全。
调度数据网设备
1）纵向加密装置
纵向加密装置通过采用加密技术，来确保信息在传输过程中的机密性和完整性。装置通过将数据进行加密处理，使得即使信息在传输过程中被截获，未经授权的第三方也无法解读其中的内容。
2）正反向隔离装置
正反向隔离装置通过物理或逻辑手段将不同安全等级的网络区域隔离开来，有效防止了网络间的直接通信，从而避免了潜在的信息泄露和攻击。同时，装置支持在两个隔离的网络区域之间进行单向的、安全的数据交换，在数据传递过程中会对数据进行签名验证、内容过滤、有效性检查等处理，以抵御病毒、黑客等恶意攻击，确保数据的合法性和安全性。
3）Ⅱ型网络安全监测装置
Ⅱ型网络安全监测装置搭配探针软件能够实时监测系统中的网络流量和数据包，通过探针软件的深度分析，识别和记录潜在的网络安全威胁和异常行为，及时发出警报并采取相应措施，从而有效防止网络攻击、数据泄露和系统故障，为系统的可靠运行提供坚强的网络安全支撑。
视频监控子系统
视频监控系统为维护电站的安全与运行提供了坚实保障。通过配置显示器、硬盘录像机、交换机等设备，接入分布在各地的摄像头，可以实时监测电站周边环境，防止非法入侵或破坏行为。
系统结构
本项目致力于构建一个智能的光伏电站管理体系，集成了一套分布式光伏监控系统Acrel-1000DP与光伏运维云平台AcrelCloud-1200，系统结构采用分层分布式，分成站控层、通信层和设备层。
站控层负责对整个系统进行集中管理和控制。操作员可以实时监控系统状态，进行数据分析与处理，从而实现对生产过程的智能调度与优化。
通信层负责信息传递与数据交互，确保各个设备和系统组件之间能够无缝连接和协同工作，此外，通信层还可以支持多种网络拓扑结构，适应不同规模和需求的应用场景，保证系统的灵活性和可扩展性。
设备层涵盖了各种传感器、执行器和控制器等硬件设备。这些设备负责采集现场数据并执行控制指令，是实现自动化操作的核心。
图4.1系统拓扑图
项目配置设备清单如下表所示：
表4.1 方案设备列表
| 安装位置 | 产品图片 | 型号 | 数量 | 功能 |
| 综合管理 |
 |
AcrelCloud-1200 分布式光伏运维云平台 |
1 |
B/S架构，支持多平台、多终端网络访问； 方便集中运维、设备信息管理 |
|
配电室 监控主机屏 （1面） |
 |
Acrel-1000DP 分布式光伏监控主机 |
1 | 具有保护、控制、通信、测量等功能，可实现光伏发电系统、开关站的全功能综合自动化管理 |
| 光功率预测软件 | 1 | 通过对历史数据、天气预报、电站参数等信息的综合分析，预测未来一段时间内光伏电站的发电功率 | ||
|
ANet-2E8S1 云平台网关 |
1 | 采集站内数据，上传至分布式光伏运维云平台 | ||
|
配电室 安全自动装置屏 （4面） |
 |
APView500PV 电能质量在线监测装置 |
1 | 采集监测谐波、电压暂升/暂降/中断、闪变、电压不平衡度，事件记录、测量控制 |
|
AM5SE-IS 防孤岛保护装置 |
1 | 当发生孤岛现象时，可以快速切除并网点，使本地与电网侧快速脱离，保证电站和操作人员安全 | ||
|
AM5SE-IS 防逆流保护装置 |
1 | 用于防止光伏系统向电网逆流输电，确保电力安全和系统稳定 | ||
|
AM5SE-K 公用测控装置 |
1 | 采集站内二次设备的异常信号 | ||
|
AM6-FE 频率电压紧急控制装置 |
1 | 当电力系统发生突发性故障或负荷波动时，装置按照电网调度机构的要求调节电力系统的频率和电压水平 | ||
|
ANet-2E4SM 模块化智能网关 |
1 | 采集当前配电室内数据上传系统 | ||
|
SF1224 工业网络交换机 |
1 | 站内通信组网 | ||
|
ATS1200GB 对时装置 |
1 | 获取GPS与BD双时钟数据，为站内设备、系统提供对时功能 | ||
| 光纤收发器 | 2 | 用于远距离数据的传输、接收 | ||
|
配电室 视频监控系统屏 （1面） |
 |
显示器 | 1 | 显示视频信息 |
| 硬盘刻录机 | 1 | 对音视频信息进行存储、配置、处理 | ||
| 配线架 | 2 | 用于光纤通信中局端主干光缆的成端和分配，方便光纤线路的连接、分配 | ||
| 工业光网交换机 | 2 | 站控层实时、非实时交换机 | ||
| 光纤收发器 | 20 | 用于远距离数据的传输、接收 | ||
| 视频交换机 | 1 | 视频监控系统组网 | ||
| 光纤收发器 | 2 | 视频监控数据传输 | ||
|
220KV电站通讯室 调度数据网屏 (1面) |
纵向加密认证装置 | 2 | 用于电力控制系统安全区I/II的广域网边界保护，为网关机之间的广域网通信提供具有认证、与加密功能的VPN，实现数据传输的机密性、完整性保护 | |
| Ⅱ型网络安全监测装置 | 1 | 实时监测网络流量，识别并预警异常行为和潜在威胁，有效保护关键信息免受网络攻击，确保系统稳定运行 | ||
| 非网管交换机 | 1 | 站内通信组网 | ||
| 三层交换机 | 2 | 用于实时、非实时区数据的上传 | ||
| 正向隔离装置 | 1 | 保障工业控制系统网络安全，在不同数据区域之间建立一道安全防线，通过物理或逻辑手段限制数据的双向流动，防止网络的不明攻击和恶意代码侵入控制网络 | ||
| 反向隔离装置 | 1 | |||
| 防火墙 | 1 | 基于预设的安全策略来允许或拒绝数据包的通过，防止未经授权的访问、恶意攻击和威胁 | ||
| 光纤收发器 | 6 | 用于远距离数据的传输、接收 | ||
|
Anet-2E8S1 远动上传网关 |
1 | 光伏电站内数据汇总及上传至调度主站 | ||
| 路由器 | 1 | 利用220KV站已有的SDH通道，上传数据到调度主站 | ||
| 就地分散安装 | 光纤收发器 | 8 | 用于远距离数据的传输、接收 | |
|
ANet-2E4SM 通讯管理机 |
8 | 分散安装，采集数据 | ||
| 其他设备 | 气象站 | 1 | 监测和记录气象数据 | |
| 多功能电表 | 4 | 准确测量电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等多种电气参数 | ||
| 电能量采集终端 | 4 | 采集电能信息、数据管理、数据传输以及执行或转发主站下发的控制命令 | ||
现场图片
系统功能
综合看板
在分布式光伏电站的管理与运营中，集成了发电功率监测、装机容量记录、发电量统计及光伏收益计算等核心功能的综合看板非常有必要，可以帮助管理人员掌握电站的运行状况，同时，通过数据可视化，用户能够看到清晰的环保效益展示。
图6.1 云平台综合看板
运维管理
运维管理其核心在于规范地处理各种运维任务，涵盖了任务发布、记录与闭环等多个环节，同时平台支持运维事件打分功能。
操作票管理也是运维管理的重要环节，系统能够对操作票的创建、审批和执行进行管理，确保每个操作都有据可依，提高整体运维效率。
图6.2 运维管理界面
光伏发电功率预测：
系统统通过传感器、监测设备采集光伏电站的实时数据，包括光照强度、温度、风速等气象信息，结合历史发电数据，利用算法和模型对光伏发电系统输出功率进行预测。光功率预测的准确性对电力调度、能源管理以及电网的稳定性至关重要，能够帮助电力公司优化能源分配、减少弃光现象，并提高可再生能源的利用效率。
图6.3 光伏功率预测界面
电能质量在线监测
系统可以对整个供电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。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、三相电压不平衡度百分比和正序/负序/零序电压值、三相电流不平衡度百分比和正序/负序/零序电流值。
图6.4 电能质量谐波数据监测界面
结语
在屋顶光伏发电项目中，分布式光伏监控系统可以实现能源资源的有效整合。系统通过对分散的光伏发电设备进行实时监控，不仅能够收集和分析各个发电单元的运行数据，还能将这些信息汇总上传云平台，为用户提供电能管理解决方案。配套光功率预测软件，系统采用了数据分析技术，能够实时掌握光照变化、设备状态及发电效率，从而生成光功率预测信息，帮助用户更科学地规划光伏发电与用电策略，实现经济效益与环境效益的双赢。
参考文献
[1] 黄立场,叶秉森.并网光伏电站的继电保护和安全自动装置配置探析[J].电子测试,2017(9X):2.DOI:10.3969/
j.issn.1000-8519.2017.18.037.
[2] 王培林,孙献春,黄宏盛,等.一种分布式光伏功率预测方法及系统.2014[2024-09-24].
[3] 郭剑,徐剑楠.分布式光伏并网发电对配电网的影响以及应对调整策略[J].电力需求侧管理, 2014,16(2):
4.DOI:10.3969/j.issn.1009-1831.2014.02.011.
审核编辑 黄宇
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