摘要?：在 “雙碳” 戰略深入推進與新型電力系統加速構建的背景下，分布式光伏以其清潔低碳特性迎來爆發式增長，但也因其出力波動性對配電網電壓穩定、調度運行及調峰能力帶來嚴峻挑戰。本文以上海華電奉賢平高食品 4.4MW 分布式光伏項目為研究載體，創新設計包含平臺層與設備層的雙層架構分布式光伏管控平臺，針對性開發小容量工商業分布式光伏的本地與遠程通信融合方案。通過構建高精度光伏采集模型、研發多源數據融合估計算法、設計面向分布式光伏的有功 / 無功協同優化控制策略等關鍵技術突破，實現了對小容量工商業分布式光伏的全維度可觀、可測、可調、可控。實際應用表明，該系統有效提升了光伏電站的并網穩定性與能源利用效率，為同類項目提供了可復制的技術范式。?

安科瑞 許寒月 I88+6I62=9235

關鍵詞：分布式光伏；光伏管控平臺；遠程通信；協同優化控制?

1. 概述?

上海華電奉賢平高食品 4408.085kWp 分布式光伏發電項目（以下簡稱 “本項目”）作為國家 “優化能源結構，提供更加清潔、可靠的能源” 戰略的重要實踐載體，是上海市奉賢區典型的工商業分布式光伏示范工程。項目由上海華電奉賢新能源有限公司投資建設，通過租賃上海平高食品有限公司廠房屋頂，采用 “自發自用，余電上網” 的運營模式，既滿足了企業自身用電需求，又實現了清潔能源的有效利用。?

本文基于該項目實際建設與運行情況，深入論證了光伏電站接入系統的技術可行性，系統研究了繼電保護及安全自動裝置的配置方案、系統通信的實現路徑以及系統調度自動化的運行機制，闡述了 Acrel-1000DP 分布式光伏監控系統在項目中的應用效果，為類似規模的分布式光伏項目提供了技術參考。?

2. 電網接入條件與系統架構?

2.1 現有電網情況?

本工程地處上海市奉賢區航塘公路 1618 號，隸屬于上海市電力公司奉賢供電公司管轄范圍。用戶現有配電站為 10kV 電壓等級用戶站，站內配置 4 臺 10kV 變壓器，容量分別為（1250+1600）kVA 和（1250+1600）kVA。其中，用戶甲線變壓器通過 10kV “22 平高食品甲” 線接入利口福開關站 10kV 一段母線，再經 “梁 19 利口福甲” 線接入 35kV 梁典站 10kV 一段母線；用戶乙線變壓器通過 10kV “32 平高食品乙” 線接入利口福開關站 10kV 二段母線，再經 “梁 33 利口福乙” 線接入 35kV 梁典站 10kV 三段母線，形成了雙路徑的電網接入格局。?

2.2 光伏接入方案?

本期工程光伏組件總容量為 4408.085kWp，依據《國家電網分布式光伏發電接入系統典型設計》規范及現場實際條件，設置 2 個并網點。光伏組件經逆變器逆變后，接入用戶光伏站升壓變高壓側母線的高壓配電柜。光伏系統通過 10kV 線路分別接入 35kV 梁典站 10kV 一段母線和 35kV 梁典站 10kV 三段母線，實現與電網的可靠連接。?

3. 核心技術方案設計?

本項目依托廠房屋頂資源建設光伏發電系統，關鍵設備如光伏組件、逆變器、變壓器等均選用國內知名品牌產品，確保系統運行的穩定性與可靠性。分布式光伏系統所發電量優先滿足廠區就地消納，采用 “自發自用，余電上網” 模式，很大化提升能源利用效率。?

項目劃分為 4 個光伏發電分系統，分別對應接入 2 臺 1000kVA 升壓變壓器和 2 臺 1250kVA 升壓變壓器。具體配置如下：1# 升壓變（1000kVA）的發電單元采用 3 臺 300kW 組串式逆變器；2# 升壓變（1250kVA）的發電單元采用 4 臺 300kW 組串式逆變器；3# 升壓變（1000kVA）的發電單元采用 3 臺 300kW 組串式逆變器；4# 升壓變（1250kVA）的發電單元采用 4 臺 300kW 組串式逆變器，將直流電逆變為三相交流電。14 臺 300kW 逆變器分別接入對應容量的升壓變低壓側，經升壓變升壓至 10kV。4 個光伏發電單元的 1#、2#、3#、4# 升壓變，通過 2 回 10kV 線纜送入光伏開關站內 10kV 匯流母線。光伏開關站采用單母接線方式，通過 2 回出線與原變電所 10kV 一段母線、10kV 二段母線母排拼接新增間隔相連，實現與電網的無縫對接。?

3.1 一次系統配置?

本工程新增 10kV 開關站兩座，配電裝置共 14 面高壓柜，具體包括：接入柜 2 面、并網柜 2 面、計量柜 2 面、PT 柜 2 面、光伏進線柜 4 面、無功補償柜 2 面，采用單母線接線方式并入電網，形成了結構清晰、功能完備的一次系統架構。?

3.2 繼電保護及安全自動裝置優化配置?

本光伏電站內主要電氣設備采用高性能微機保護，確保各類信息能夠準確、及時上送。元件保護嚴格遵循《繼電保護和安全自動裝置技術規程》（GB14285－2006）要求進行配置，貫徹執行相關設計技術規程、規定以及國家電網公司有關系統繼電保護及安全自動裝置的配置和反事故措施文件精神，在滿足系統安全運行的前提下，盡量利用原有系統繼電保護裝置，降低項目成本。?

線路保護：根據《分布式電源接入系統典型設計》，當本工程光伏電站線路發生短路故障時，要求線路保護能夠快速動作，瞬時跳開相應的斷路器（即光伏電站的光伏進線柜斷路器），確保全線故障能夠被快速、可靠切除。基于本工程實際情況，在光伏站側配置逆功率保護，方向指向升壓變。接入柜配置 1 套高性能方向過流保護裝置，包含方向過流保護功能，方向指向并網線路。該保護裝置具備方向電流速斷、過流保護、過負荷保護、零序電流保護等功能，確保光伏電站并網線路發生短路故障時，能夠快速動作跳開相應斷路器，滿足全線故障時快速可靠切除故障的要求。?

母線保護：鑒于光伏電站采用單母線接線方式，當母線出線發生故障時，由母線開關處配置的方向過流保護切除故障，無需單獨配置母線保護，簡化了系統結構，提高了運行效率。?

防孤島措施：光伏電站內逆變器具備完善的防孤島保護功能，主要通過頻率偏移、功率變動、電壓相位跳動等多種檢測手段實現，動作時間控制在 100ms～1s 范圍內。孤島現象保護是逆變器并網保護中至關重要且優先級別高的保護，要求光伏系統在電網失壓 2s 以內停止向電網線路送電。為進一步提升系統安全性，本期光伏電站并網點額外配置 1 套獨立的防孤島保護裝置，保護動作于光伏電站側并網點開關。該套獨立的防孤島保護裝置包含過電壓及低電壓保護功能、過頻率及低頻率保護等功能，具備快速監測孤島且立即斷開與電網連接的能力，防孤島保護動作時間不大于 2s，其動作時間與電網側線路重合閘和安全自動裝置動作時間準確配合，確保系統安全穩定運行。?

頻率電壓緊急控制：本期在光伏電站側配置 1 套高精度頻率電壓緊急控制裝置，當系統頻率、電壓超出允許范圍時，能夠快速跳開光伏并網點開關，防止異常情況對系統造成更大影響。?

4. Acrel-1000DP 監控系統架構與創新設計?

本項目光伏電站配置 1 套由安科瑞電氣股份有限公司提供的 Acrel-1000DP 分布式光伏電力監控系統，該系統集保護、控制、通信、測量等功能于一體，實現了光伏發電系統、開關站的全功能綜合自動化管理。項目中逆變器、高低壓設備等的狀態信號均接入該監控系統，形成了監測與控制網絡。?

本項目光伏電站監控系統采用開放式分層、分布式網絡結構，主要包括站控層和就地層兩部分。監控系統通過以太網與就地層相連，就地層按照不同的功能和系統進行劃分，以相對獨立的方式分散在逆變器區域或箱變中，確保在站控層及網絡失效的情況下，就地層仍能獨立完成就地各電氣設備的監測任務，提高了系統的可靠性。計算機監控系統通過遠動通信裝置經專網與上海市調度平臺實現遠程通訊，保障了調度指令的順暢傳遞與執行。?

4.1 系統分層功能?

站控層：由通過計算機網絡連接的監控主機兼操作員站、遠動通信裝置等組成，為站內運行提供直觀、友好的人機界面，實現對就地層設備的管理與控制等功能，形成全站監控與管理中心，并具備與遠方控制中心通信的標準接口，確保信息的有效交互。?

就地層：由智能測控單元、網絡系統通訊單元、逆變器數據采集單元、多功能電能表等構成，主要負責對匯流柜（根據實際設計確定是否需要）、逆變器、箱變、并網開關等現場電氣設備的直接監測與控制。就地層設備能夠直接采集處理現場的原始數據，通過網絡準確、及時地傳送給站控層監控主站，同時接收站控層發來的控制操作命令，經過嚴格的有效性判斷、閉鎖檢測、同步檢測等環節后，對設備進行準確操作控制，確保系統的安全穩定運行。?

4.2 通信方案優化?

本工程創新采用 EPON（以太網無源光網絡）方式為電廠與調度之間提供高可靠性的光纜數據傳輸通道。在光伏電站新增 ONU 設備 1 套、24 芯光配單元 1 套，構建本工程光伏發電站至上海市調的專用通信傳輸通道，將光伏電站的非實時電量信息及實時運行信息分別接入主站系統，確保數據傳輸的實時性與準確性。同時，現場測試無線信號滿足通信要求，將其作為備用通道，進一步提高了通信系統的可靠性，保障了系統的正常通信。?

4.3 調度自動化系統設計?

4.3.1 調度自動化現狀?

目前上海市地調 D5000 系統已實現對有關發電廠、500kV、220kV 變電站以及主要 110kV 變電站的遠動信息接收功能，所接收的遠動信息主要來自于變電站計算機監控系統，形成了較為完善的調度自動化基礎。?

4.3.2 調度關系及調度管理?

本光伏電站所發電量采用 “自發自用，余電上網” 模式，發電系統性質為公用光伏系統。考慮到光伏電站的特殊性，本光伏電站按上海市市調設計，接受上海市調的統一調度與管理，確保與大電網的協調運行。?

4.3.3 系統配置及技術要求?

本工程的系統調度自動化設計嚴格遵循《地區電網調度自動化設計技術規程》、《國家電網公司光伏電站接入電網技術規定》以及國網上電司發展 (2019) 858 號《國網上海市電力公司關于印發光伏發電接入上海配電網技術原則》、《國家電網分布式電源接入系統方案》XGF10-Z-1 方案等有關文件要求，設計范圍涵蓋有關調度系統接口、光伏電站工程及系統內變電站遠動設備通道要求及附屬設備選擇等方面。?

調度關系：本工程建成后，光伏電站按上海市調管轄進行設計，納入上海市調的統一調度體系，確保電力系統的整體穩定運行。?

電能量計費：測量、計量表計均嚴格按照電力行業標準 DL/T448-2016《電能計量裝置技術管理規程》、江蘇省地方標準 DB32/991-2022《電能計量裝置配置規范》、《國家電網公司光伏電站接入電網技術規定》的要求進行配置。本項目在光伏電站側配置主、副計費電能表各 1 塊，精度等級為 0.2S 級。主表作為光伏電站上下網電量關口計量表，其相關數據同步上傳至江蘇電網電能量計量系統，確保電量計量的準確性與公正性。在光伏電站出線柜處配置 1 個等級為 0.2S 級的參考表，精度要求參考發電關口計量標準。電能表采用高性能靜止式多功能電能表，至少具備雙向有功和四象限無功計量功能、事件記錄功能，配有標準通信接口，具備本地通信和通過電能信息采集終端遠程通信的功能。根據《電能計量裝置配置規范》（DB32/991-2022）要求，本工程電能表精度達到 0.2S 級，計量用互感器的二次計量繞組專用，不接入與電能計量無關的設備，且電流互感器、電壓互感器的精度分別達到 0.2S、0.2 級，確保計量數據的準確性。?

電能質量監測裝置：依據《國家電網公司光伏電站接入電網技術規定》以及《江蘇省電力公司電能質量管理規定》的要求，本期在光伏電站側裝設 1 套滿足 IEC61000-4-30-2003《電磁兼容第 4-30 部分試驗和測量技術一電能質量》標準要求的 A 類電能質量在線監測裝置，實時監測電能質量參數，包括電壓、頻率、諧波、功率因數等，為系統運行優化提供數據支持。?

光伏電站群控群調系統：根據《電調〔2021〕44 號 江蘇電網分布式電源并網調度管理工作規范》第九條的要求：“分布式電源應接受并執行群控群調指令，其遠動信息、電能量計量信息等數據應接入調度自動化系統及配電自動化系統”。本工程光伏電站側按要求配置 1 套高性能分布式電源采集控制裝置，具備群控群調控制器功能，滿足與上級調度主站、現場逆變裝置之間的群控群調指令上送與下發需求。為滿足供電群控群調要求，以箱變為單位配置相應數據采集器，數據采集器采集逆變器數據后通過箱變測控上傳至光伏電站監控系統。控制系統具有快速響應能力，響應時間控制在 1min 以內，響應精度小于 1.5%，確保能夠及時調整系統參數并對外部環境的變化做出快速、準確響應。?

5. Acrel-1000DP 系統核心功能與應用效果?

5.1 實時監測功能?

Acrel-1000DP 分布式光伏監控系統具備友好的人機界面，能夠以配電一次圖的形式直觀展示配電線路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等關鍵電參數信息，動態監視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等的合、分閘狀態及有關故障、告警等信號。系統還可根據用戶需求設計整體界面，方便用戶選擇對應配電房、對應光伏組件或高壓部分進行詳細查看，實現了對光伏電站運行狀態的實時掌控。?

5.2 歷史事件追溯與分析?

Acrel-2000 電力監控系統能夠對遙信變位、保護動作、事故跳閘以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件記錄進行詳細存儲和有效管理，為用戶對系統事件進行歷史追溯、查詢統計、事故分析提供了便利。用戶可按照時間、類型、等級和設備等多種條件進行準確查詢，快速定位問題根源，為光伏電站的運維管理提供了有力支持。?

5.3 電能質量在線監視與優化?

在電能質量監控圖中，用戶可以直接查看電能質量裝置的運行狀態、電流電壓總有效值、電壓波動、電壓總畸變、正反向有功電能、有功、無功功率等關鍵電能質量信息。基于這些實時數據，運維人員能夠及時掌握現場電能質量狀況，針對性地制定并實施應對方案，確保光伏電站輸出電能的質量滿足電網要求，提高了光伏電站與電網的兼容性。?

6. 結語與展望?

分布式光伏發電系統憑借其清潔、可再生的顯著特點在全球范圍內得到廣泛應用，但由于其發電量受光照、溫度等自然因素影響呈現顯著的非穩定特性，對電力系統的穩定運行和經濟效益構成了嚴峻挑戰。因此，分布式光伏項目并網，配置完善的繼電保護及安全自動裝置，并接受調度主站系統的統一調控，以助力分布式光伏高比例有序并網，強化分布式光伏的統一管控，推動分布式光伏和大電網的協調運行，搭建數據透明、調控便捷、能源互動的新型分布式新能源調度管理體系。?

本項目通過應用 Acrel-1000DP 分布式光伏監控系統，實現了對 4.4MW 分布式光伏電站的精細化管理與控制，有效提升了系統的運行穩定性和能源利用效率。未來，隨著分布式光伏滲透率的進一步提高，需持續優化監控系統的數據分析與智能決策能力，加強多能互補與協同調度技術研究，為構建更加有效、穩定、清潔的新型電力系統提供堅實的技術支撐。?

審核編輯 黃宇