光伏電站電力監(jiān)控裝置及系統(tǒng)解決方案

    劉丹             

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

一、概述

太陽能光伏電站主要由光伏電池陣列、匯流箱、低壓直流柜、逆變柜、交流低壓柜、升壓變壓器等組成，產(chǎn)生的交流直接并入電網(wǎng)。針對每個環(huán)節(jié)電力參數(shù)檢測的需要，安科瑞推出了AGF系列光伏匯流采集裝置、ACR10R系列防逆流監(jiān)控裝置、APQM系列電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、匯流箱及并網(wǎng)柜等產(chǎn)品，分別應(yīng)用于匯流箱、直流防雷柜及交流柜中，并通過Acrel-2000 V8.0光伏發(fā)電監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)后臺集中監(jiān)控。

二、APV智能光伏匯流箱

在一個大型的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，需要數(shù)量龐大的光伏電池組件進(jìn)行串并組合達(dá)到需要的電壓電流值，以使發(fā)電效率達(dá)到。APV系列智能光伏匯流箱主要作用就是對光伏電池陣列的輸入進(jìn)行匯流，用于減少光電池陣列接入到逆變器的連線，優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高可靠性和可維護(hù)性，APV系列智能光伏匯流箱在提供匯流防雷功能的同時，還可提供光電池電流 測量、監(jiān)測光電池陣列中電池板運行狀態(tài)、電池電壓、匯流總功率、支路功率、匯流箱防雷器狀態(tài)采集、直流斷路器狀態(tài)采集、繼電器接點輸出、帶有風(fēng)速、溫度、輻照儀等傳感器接口的功能供客戶選擇，本裝置標(biāo)配有RS485接口，可以把測量和采集到的電量數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)上傳到監(jiān)控系統(tǒng)。

產(chǎn)品特點

?符合《CGC/GF 037： 2014》光伏方陣匯流箱技術(shù)規(guī)范；

?防護(hù)等級為IP65,滿足室內(nèi)外安裝要求；

?采用霍爾傳感器，隔離測量，16路輸入；

?采用光伏專用熔斷器，耐壓DC1kV,熔斷電流可選擇；

?可選電壓測量功能,測量電壓DC 1kV；

?可選外部傳感器輸入接口，可監(jiān)測輻照、溫度、風(fēng)速等；

?具有RS485通訊接口，使用ModBus-RTU通訊協(xié)議；

?多種供電方式（DC24V、AC/DC220V、DC1000V. DC1500V）可選擇，適用于家用屋頂太陽能或光伏電站應(yīng)用;

?可根據(jù)客戶需求配用國內(nèi)外廠家的光伏專用直流斷路器，光伏專用直流熔斷器、防雷保護(hù)器等元件。

三、AGF-MxxT系列直流匯流采集裝置

AGF-MxxT系列穿孔式光伏匯流采集裝置是專門應(yīng)用于智能光伏匯流箱，用于監(jiān)測光電池陣列中電池板運行狀態(tài)，組串電流測量，匯流箱中防雷器狀態(tài)采集、直流斷路器狀態(tài)采集、裝置帶有RS485接口可以把測量和采集到的數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)上傳。

依據(jù)CNCA/CTS 0001-2011A光伏匯流設(shè)備技術(shù)規(guī)范設(shè)計，具有以下特點：

1、一次電流采用穿孔方式接入，20A，穿孔方式接入，安裝方便，安全性高；

2、帶3 路開關(guān)量狀態(tài)監(jiān)測，可以對匯流箱內(nèi)的防雷器、斷路器狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控；

3、具有內(nèi)部測溫功能，可實時監(jiān)測箱內(nèi)溫度，保證電氣安全；

4、具有DC 1500V母線電壓測量功能；

5、可就地顯示/液晶顯示頭，方便調(diào)試維護(hù)；

6、具備RS485接口，Modbus-RTU協(xié)議，將監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至后臺系統(tǒng)

四、AGF-AE或ACR10R系列防逆流監(jiān)控裝置

4.1前言

隨著光伏行業(yè)的發(fā)展，部分地區(qū)村級變壓器及工業(yè)用電變壓器容量與光伏項目的裝機(jī)容量處于飽和。電網(wǎng)公司要求對后建的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)為不可逆流發(fā)電系統(tǒng)，指光伏并網(wǎng)系統(tǒng)所發(fā)生的電由本地負(fù)載消耗，多余的電不允許通過低壓配電變壓器向上級電網(wǎng)逆向送電。

光伏逆變器在將光伏組件產(chǎn)生的直流電變換成交流電時，會夾雜有直流分量和諧波，三相電流不平衡，輸出功率不確定性等，目前基本沒有采取的治理手段，因此，當(dāng)有發(fā)電功率送往公用電網(wǎng)時，就會對電網(wǎng)產(chǎn)生諧波污染，易造成電網(wǎng)電壓波動，閃變等，如果有許多這樣的發(fā)電源向電網(wǎng)輸電時，會導(dǎo)致電網(wǎng)電能質(zhì)量嚴(yán)重下降。所以這類光伏發(fā)電系統(tǒng)必須配套加裝防逆流設(shè)施，來防止逆功率的發(fā)生。

4.2防逆流監(jiān)測裝置原理

防逆流監(jiān)測裝置原理：在并網(wǎng)點安裝防逆流電表或者電流傳感器，當(dāng)檢測到有電流流向電網(wǎng)時，通過485通訊給逆變器一個信號，逆變器降低輸出功率，直至反向輸出電流為零，從而實現(xiàn)防逆流功能。根據(jù)系統(tǒng)電壓等級不同，光伏系統(tǒng)可分為單相防逆流系統(tǒng)和三相防逆流系統(tǒng)。

安科瑞AGF-AE/ACR10R系列儀表作為防逆流檢測關(guān)鍵元件，采用高性能MCU及高精度計量芯片，實現(xiàn)電壓、電流、功率及電能的實時檢測，以上數(shù)據(jù)刷新時間最快為250ms，可以滿足逆變器防逆流檢測中的控制實時性要求，逆變器通過實時讀取AGF-AE/ACR10R系列儀表的功率大小和方向進(jìn)行實時的功率調(diào)整，到達(dá)防逆流檢測功能。

4.3防逆流裝置選型方案

五、APQM系列電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置

5.1概述

電能質(zhì)量用于表征電能品質(zhì)的優(yōu)劣程度，包括電壓質(zhì)量與頻率質(zhì)量兩部分。其中，電壓質(zhì)量又分為幅值與波形質(zhì)量兩方 面，通常以電壓偏差、電壓波動與閃變、負(fù)序電壓系數(shù)（三相電壓不平衡度）等指標(biāo)來衡量電壓幅值，以電壓正弦波畸變率來 衡量波形質(zhì)量。頻率質(zhì)量則以頻率偏差來衡量。電壓質(zhì)量問題又可分為穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)兩類：穩(wěn)態(tài)擾動包括電壓偏差、三相不平 衡、閃變以及諧波問題；暫態(tài)擾動包括暫態(tài)過電壓、電壓驟降、電壓驟升以及供電瞬時中斷問題。從發(fā)生的頻度以及對用電設(shè) 備的危害程度來看，現(xiàn)代電能質(zhì)量問題主要是電壓驟降、諧波、電壓不平衡以及閃變。

APQM系列電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置，是我公司在研究總結(jié)國內(nèi)外電能質(zhì)量監(jiān)測裝置特點和實踐經(jīng)驗基礎(chǔ)上，嚴(yán)格按照 頒布的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，自主設(shè)計開發(fā)的新一代嵌入式電能質(zhì)量在線監(jiān)測產(chǎn)品。滿足新頒布的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對各項指標(biāo)測量和處理的要求。

5.2技術(shù)特點：

■   嵌入式+DSP技術(shù)，保證高性能處理運算同時提高了系統(tǒng)可靠性，整機(jī)沒有任何發(fā)熱及振動器件，保證了設(shè)備長期穩(wěn)定運行。

■   優(yōu)良的采樣電路及信號同步技術(shù)，所有通道*同步采樣，各通道間獨立運行、互不影響，采樣速度快，精度高。

■   為確保數(shù)據(jù)存儲的可靠性，采用大容量的存儲空間。

■   具有100M工業(yè)以太網(wǎng)及RS485通訊功能，支持常用通訊協(xié)議；就地產(chǎn)生PQDIF數(shù)據(jù)格式文件并上送至FTP服務(wù)器，方便接入電能質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)。

■   可根據(jù)用戶需求靈活添加、擴(kuò)充通訊協(xié)議、數(shù)據(jù)類型、設(shè)置參數(shù)等功能。用戶可以通過WEB瀏覽器方便的對電能質(zhì)量情況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測及設(shè)置。大大提高了維護(hù)效率，降低了維護(hù)成本。

5.3功能描述：

六、Acrel-2000V8.0光伏發(fā)電監(jiān)測系統(tǒng)

6.1 概述

Acrel-2000 V8.0光伏發(fā)電監(jiān)測系統(tǒng)是安科瑞針對建筑光伏發(fā)電系統(tǒng)開發(fā)的軟件平臺，對裝機(jī)容量在幾十千瓦至兆瓦級建筑光伏電站里的逆變器及并網(wǎng)設(shè)備等進(jìn)行實時監(jiān)測和遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置，通過各種樣式的圖表及數(shù)據(jù)快速掌握電站的運行情況，具有數(shù)據(jù)統(tǒng)計、發(fā)電效率以及氣象條件監(jiān)視、故障報警等功能，確保建筑光伏發(fā)電系統(tǒng)的可靠和穩(wěn)定運行。

6.2 參照標(biāo)準(zhǔn)

CGC/GF002-2010            《光伏匯流箱技術(shù)規(guī)范》

GB/T 2887-2011             《計算機(jī)場地通用規(guī)范》

GB 50797-2012              《光伏發(fā)電站設(shè)計規(guī)范》

GB/T 31366-2015           《光伏發(fā)電站監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)要求》

6.3組網(wǎng)示意圖

6.4光伏發(fā)電監(jiān)測系統(tǒng)軟件功能
6.4.1系統(tǒng)運行主畫面
   監(jiān)控系統(tǒng)提供功能選擇畫面，并對光伏陣列現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行實時監(jiān)測與顯示，如室外溫度值、濕度百分比、光照度及陣列表面溫度值等；

6.4.2匯流監(jiān)測系統(tǒng)畫面
   監(jiān)控系統(tǒng)可分區(qū)域?qū)崟r監(jiān)測各光伏陣列的充電電壓及電流、蓄電池電壓及溫度等信息，并對故障點進(jìn)行異常顯示與報警提示；

6.4.3逆變器監(jiān)測畫面
   監(jiān)控系統(tǒng)可繪制顯示逆變器電壓—時間曲線、功率—時間曲線等，直流側(cè)輸入電流實時曲線、交流側(cè)逆變輸出電流曲線，并采集與顯示日發(fā)電量等電參量；

6.4.4事件記錄監(jiān)測畫面
   監(jiān)控系統(tǒng)可針對光伏發(fā)電現(xiàn)場的各種事件進(jìn)行記錄，如：通訊采集異常、開關(guān)變位、操作記錄等，時間記錄支持按類型查詢，并可對越限報警進(jìn)行更改設(shè)置；

6.4.5曲線、棒圖分析畫面
   監(jiān)控系統(tǒng)對光伏發(fā)電的發(fā)電量可形成月棒圖及年度棒圖顯示，并折算成二氧化碳、二氧化硫減排量值；并可查看太陽輻射強(qiáng)度趨勢曲線、風(fēng)速變化趨勢曲線顯示；