摘 要：在“雙碳"目標下，分布式光伏正憑借其靈活、就近消納的顯著優(yōu)勢，迅速融入工業(yè)園區(qū)、商業(yè)樓宇及公共設(shè)施之中。10kV并網(wǎng)項目較于低壓并網(wǎng)，其并網(wǎng)點電壓等級更高、電網(wǎng)交互復(fù)雜，對監(jiān)控系統(tǒng)的實時性與安全性提出了較為嚴苛的要求，為確保電站長期穩(wěn)定、合規(guī)運行，需要引入一套專業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)。安科瑞Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)作為新一代分布式光伏智能監(jiān)控系統(tǒng)，深度融合了物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)與云計算技術(shù)，為10kV并網(wǎng)電站提供了全生命周期的智慧管理。本文介紹了安科瑞Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)在高新物流園有限公司5.88MW分布式光伏發(fā)電項目中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：分布式光伏；監(jiān)控系統(tǒng)；10kV并網(wǎng)

項目概述

昆山高新物流園有限公司5.88兆瓦分布式光伏發(fā)電項目（以下簡稱“本項目"）定位為公用電廠，項目地點位于普洛斯西昆山高新業(yè)園區(qū)內(nèi)部，平均海拔2.8m，利用建筑物B-1、B-2、B-3的屋面安裝光伏組件，裝機容量5.88兆瓦。所發(fā)電力在昆山電網(wǎng)消納，采用“全額上網(wǎng)"模式以1回10kV線路接入電網(wǎng)側(cè)10kV母線上，實現(xiàn)光伏并網(wǎng)發(fā)電。

本期光伏并網(wǎng)建設(shè)10kV升壓箱變3座，10kV預(yù)制艙（開關(guān)站）1座、艙內(nèi)含光伏10kV開關(guān)柜8面；二次設(shè)備艙內(nèi)含后臺監(jiān)控系統(tǒng)柜、遠動通信柜、公用測控柜及安全自動裝置柜、交流柜、直流柜、電池柜、視頻監(jiān)控柜、計量柜等。后臺系統(tǒng)采集光伏站內(nèi)的電流、電壓、有功、無功、功率因數(shù)、有功電度、無功電度及斷路器狀態(tài)等信息，通過數(shù)據(jù)通信終端采用無線和有線傳輸通道接入蘇州地調(diào)。

分布式光伏設(shè)計

本項目共設(shè)1個10kV并網(wǎng)點，所用光伏組件為2382*1134*30mm，620Wp/塊單晶硅組件，共安裝組件9484塊，直流側(cè)容量5880kWp。每26、27、28塊組件串聯(lián)成一串，經(jīng)2臺300kW、4臺320kW、16臺250kW組串式逆變器輸出0.8kV低壓交流電，再經(jīng)3臺2000kVA干式箱式變壓器升壓至10kV；3臺升壓箱變分別接3回10kV光伏集電線路接至10kV預(yù)制艙（開關(guān)站）光伏進線柜內(nèi)，后由光伏并網(wǎng)柜出線至園區(qū)外10kV14A團學(xué)線25#桿，加裝自動化開關(guān)電纜接入，實現(xiàn)光伏并網(wǎng)發(fā)電。

圖2.1 光伏接入系統(tǒng)示意圖

圖2.2 光伏組件布置圖

技術(shù)方案

本項目部署了一套國產(chǎn)操作系統(tǒng)下的Acrel-1000DP分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)，對整個電站的數(shù)據(jù)進行采集監(jiān)測。光伏電站中有3套箱變，每套箱變配置一臺箱變測控，設(shè)備之間通過光纖環(huán)網(wǎng)上傳數(shù)據(jù)至監(jiān)控后臺；微機保護裝置、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、遠動系統(tǒng)等二次設(shè)備數(shù)據(jù)通過通信管理機及網(wǎng)絡(luò)交換機實時采集上傳，實現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控與自動化管理；同時配置對時裝置、遠動裝置滿足系統(tǒng)與上級調(diào)度的需求，配置一套一體化電源系統(tǒng)，為二次設(shè)備及監(jiān)控主機等重要設(shè)備運行提供穩(wěn)定可靠的電源，實現(xiàn)整個光伏系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。

安全自動裝置

1）故障解列裝置

裝置能夠監(jiān)測電網(wǎng)的實時狀態(tài)，一旦檢測到異?；蚬收闲盘?，如短路、過載等，它會立即啟動，迅速切斷故障區(qū)域與非故障區(qū)域之間的電氣連接。既能防止故障設(shè)備對電網(wǎng)造成進一步損害，也確保其他單元的正常運行，保障用戶的電力需求。

2）防孤島裝置

在電網(wǎng)失電的情況下，分布式電源未能夠及時與電網(wǎng)斷開連接，會形成孤島狀態(tài)，這種狀態(tài)可能造成分布式電源不可控、電網(wǎng)恢復(fù)時電壓和頻率不匹配等問題，也可能導(dǎo)致電力工作人員在不知情的情況下進行危險操作。防孤島裝置通過實時監(jiān)測電網(wǎng)狀態(tài)，一旦檢測到電網(wǎng)斷電，能夠在規(guī)定的時間內(nèi)迅速切斷分布式電源與電網(wǎng)的連接，從而保障電網(wǎng)的安全運行和維修人員的人身安全。

3）電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置

電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置是一種用于實時監(jiān)測和分析電力系統(tǒng)中電能質(zhì)量的高科技設(shè)備。其主要功能包括對電壓、電流、頻率、諧波、閃變、波動等關(guān)鍵電能質(zhì)量參數(shù)進行測量和記錄，裝置能夠及時識別出電能質(zhì)量問題，如電壓波動、諧波污染及瞬態(tài)電壓等，從而為電力用戶提供有效的改進建議。

調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備

1）Ⅱ型網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測裝置

Ⅱ型網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測裝置搭配探針軟件能夠?qū)崟r監(jiān)測系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)流量和數(shù)據(jù)包，通過探針軟件的深度分析，識別和記錄潛在的網(wǎng)絡(luò)安全威脅和異常行為，及時發(fā)出警報并采取相應(yīng)措施，從而有效防止網(wǎng)絡(luò)攻擊、數(shù)據(jù)泄露和系統(tǒng)故障，為系統(tǒng)的可靠運行提供堅強的網(wǎng)絡(luò)安全支撐。

2）入侵檢測系統(tǒng)

作為網(wǎng)絡(luò)安全的監(jiān)控哨兵，入侵檢測系統(tǒng)實時掃描網(wǎng)絡(luò)流量或主機行為，通過特征匹配（已知攻擊指紋）或異常分析（偏離正?；€）識別潛在入侵行為（如端口掃描、SQL注入、DDoS攻擊）。其核心價值在于發(fā)現(xiàn)威脅并告警（如觸發(fā)SOC平臺彈窗、郵件通知），為后續(xù)應(yīng)急響應(yīng)提供關(guān)鍵線索。

3）分布式光伏電源采集控制裝置

分布式光伏電源采集控制裝置用于光伏等新能源電站，集成AGC/AVC控制器、縱向加密模塊、路由器等功能于一體，實現(xiàn)集約化運行。設(shè)備集成加密認證模塊，與主站加密裝置互聯(lián)互通保障數(shù)據(jù)傳輸安全；能接收本地/遠方指令或計劃曲線，動態(tài)計算有功/無功參數(shù)并下發(fā)至發(fā)電設(shè)備。該裝置集成后減少多設(shè)備調(diào)試復(fù)雜度，降低協(xié)同維護成本。

箱變測控裝置

箱變保護測控裝置是針對光伏及風能等升壓變不同需求而研發(fā)的集成化設(shè)備，兼具保護、測控與通訊功能，適用于高低壓兩側(cè)分支接線的應(yīng)用場景。裝置具備差動保護、過流保護、過電壓保護等多項關(guān)鍵保護功能以及輕瓦斯、重瓦斯、高溫等非電量保護，圖形化界面和簡易的操作方式使得裝置的使用和管理較為便利，通過和后臺監(jiān)控軟件相結(jié)合，裝置能夠充分發(fā)揮保護裝置的遙測遙信和遙控遙調(diào)功能。

3.4.光功率預(yù)測系統(tǒng)

光伏電站本地布置微型氣象站，采集光伏站的總輻照度、風速、風向、溫度、相對濕度、大氣壓力等信息，光功率預(yù)測系統(tǒng)通過采集到的實時氣象條件以及天氣預(yù)報、太陽能資源的動態(tài)變化，對太陽能光伏發(fā)電站的輸出功率進行短期和超短期的預(yù)測，從而幫助電力調(diào)度部門合理安排發(fā)電計劃，優(yōu)化電網(wǎng)運行，減少因太陽能發(fā)電波動性帶來的電網(wǎng)不穩(wěn)定風險，提高光伏發(fā)電的并網(wǎng)效率和經(jīng)濟效益。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本項目系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用分層分布式架構(gòu)，能夠穩(wěn)定地運行，滿足現(xiàn)代工業(yè)自動化的需求，為企業(yè)提供強有力的技術(shù)支持，主要分為站控層、通信層和設(shè)備層三個核心部分：

站控層作為系統(tǒng)的管理與控制中心，承擔著對整個系統(tǒng)的集中監(jiān)控和管理功能。操作員可以通過該層實時監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)，進行數(shù)據(jù)分析與處理。

通信層負責信息傳遞與數(shù)據(jù)交互，確保各個設(shè)備和系統(tǒng)組件之間能夠無縫連接與協(xié)同工作。此層不僅支持多種網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，還能夠根據(jù)實際應(yīng)用場景的不同規(guī)模和需求進行靈活調(diào)整，增強了系統(tǒng)的靈活性和可擴展性。

設(shè)備層包含各種硬件設(shè)備，是系統(tǒng)的基礎(chǔ)執(zhí)行單元。這些設(shè)備不僅負責實時采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，還能根據(jù)上級指令執(zhí)行控制操作，是實現(xiàn)自動化操作的核心組成部分。

圖4.1系統(tǒng)拓撲圖

項目配置設(shè)備清單如下表所示：

表4.1 方案設(shè)備列表

安裝位置

型號

數(shù)量

功能

監(jiān)控室

監(jiān)控主機屏

（1面）

Acrel-1000DP

分布式光伏監(jiān)控主機

1

具有保護、控制、通信、測量等功能，可實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)、開關(guān)站的全功能綜合自動化管理

光伏預(yù)制艙二次艙

安全自動裝置屏

（1面）

AM5SE-FA

故障解列裝置

1

適用于負荷側(cè)或小電源側(cè)的故障解列

AM5SE-IS

防孤島保護裝置

1

當發(fā)生孤島現(xiàn)象時，可以快速切除并網(wǎng)點，使本地與電網(wǎng)側(cè)快速脫離，保證電站和操作人員安全

光伏預(yù)制艙二次艙

公用測控屏

（1面）

AM6-K

公用測控裝置

2

采集站內(nèi)二次設(shè)備的異常信號

APView500PV

電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置

1

采集監(jiān)測諧波、電壓暫升/暫降/中斷、閃變、電壓不平衡度，事件記錄、測量控制

光伏預(yù)制艙二次艙

光功率預(yù)測屏

（1面）

分布式光伏光功率預(yù)測系統(tǒng)

1

通過對歷史數(shù)據(jù)、天氣預(yù)報、電站參數(shù)等信息的綜合分析，預(yù)測未來一段時間內(nèi)光伏電站的發(fā)電功率

光伏預(yù)制艙二次艙

遠動通訊屏

(1面)

正向隔離裝置

1

保障工業(yè)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全，在不同數(shù)據(jù)區(qū)域之間建立一道安全防線，通過物理或邏輯手段限制數(shù)據(jù)的雙向流動，防止網(wǎng)絡(luò)的不明攻擊和惡意代碼侵入控制網(wǎng)絡(luò)

防火墻

1

保護網(wǎng)絡(luò)不受未經(jīng)授權(quán)的訪問和攻擊，同時提供網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換、VPN支持、入侵檢測以及日志記錄和審計等多種安全措施，確保網(wǎng)絡(luò)資源的安全性和可靠性

ANet-2E4SM+3*ANet-M485

規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置

1

采集一體化電源、環(huán)境監(jiān)測儀等第三方設(shè)備的數(shù)據(jù)

站控-工業(yè)光網(wǎng)交換機

1

站內(nèi)通信組網(wǎng)

箱變用-光纖環(huán)網(wǎng)交換機

1

用于箱變保護測控裝置光纖環(huán)網(wǎng)

對時裝置

1

獲取時鐘數(shù)據(jù)，為站內(nèi)設(shè)備、系統(tǒng)提供對時功能；具備TMU功能，可以把監(jiān)測結(jié)果上傳到調(diào)度端

ANet-4E16S

遠動上傳網(wǎng)關(guān)

1

光伏電站內(nèi)數(shù)據(jù)匯總及上傳

分布式光伏電源采集控制裝置

1

含AGC/AVC、網(wǎng)安、電能量透傳、無線、加密等功能

監(jiān)控室

一體化電源

直流屏

1

為直流負載提供穩(wěn)定、可靠的直流電源，同時具備電源分配、過載保護和短路保護等功能

交流屏

1

為系統(tǒng)內(nèi)的交流負載提供穩(wěn)定、安全的電能供應(yīng)

監(jiān)控室

計量屏

電表

4

供電局提供，測量和記錄電路中消耗電能

電能量采集終端

1

供電局提供，采集電能信息、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)傳輸以及執(zhí)行或轉(zhuǎn)發(fā)主站下發(fā)的控制命令

現(xiàn)場圖片

圖 5.1 預(yù)制艙 圖 5.2 二次屏柜（預(yù)制艙內(nèi)）

圖 5.3 并網(wǎng)成功

系統(tǒng)功能

光伏電站實時監(jiān)測

系統(tǒng)主接線圖為光伏電站內(nèi)新建的10kV開閉所及箱變一次系統(tǒng)圖，人機界面可以實時顯示采集到的各類數(shù)據(jù)，包括開關(guān)柜的電壓、電流和功率等關(guān)鍵參數(shù)，以及開關(guān)柜內(nèi)斷路器、手車的分合狀態(tài)等。

圖6.1 實時監(jiān)測

逆變器監(jiān)測

逆變器數(shù)據(jù)監(jiān)測功能是光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵組成部分，它負責收集、分析和處理逆變器的運行數(shù)據(jù)，包括電壓、電流、功率和溫度等參數(shù)，以確保光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，通過數(shù)據(jù)監(jiān)測，用戶可以及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)異常，進行故障診斷與維護，提高系統(tǒng)的整體效率與可靠性。

圖6.2 逆變器監(jiān)測界面

電能質(zhì)量在線監(jiān)測

電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置采集光伏并網(wǎng)接入點的電能質(zhì)量信息，可以對整個供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量包括穩(wěn)態(tài)狀態(tài)和暫態(tài)狀態(tài)進行持續(xù)監(jiān)測。系統(tǒng)界面實時顯示裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)測點的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度百分比和正序/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度百分比和正序/負序/零序電流值，幫助管理人員實時掌握供電系統(tǒng)電能質(zhì)量情況，以便及時發(fā)現(xiàn)和消除供電不穩(wěn)定因素。

圖6.3 電能質(zhì)量在線監(jiān)測界面

單元接線圖

單元接線圖（即間隔分圖）是描述單個電氣開關(guān)柜核心功能的圖紙，主要包括一次主回路（清晰展示斷路器、互感器、母線等高壓設(shè)備的電氣連接關(guān)系）、保護的遙信狀態(tài)（斷路器分合位、接地刀閘狀態(tài)、保護動作等信號）、柜內(nèi)電參量（電壓、電流、功率等關(guān)鍵數(shù)據(jù)）。

圖6.4 單元接線圖界面

調(diào)度上傳

分布式光伏發(fā)電站需要接入電網(wǎng)做到統(tǒng)一調(diào)度管理。要將其發(fā)電數(shù)據(jù)、運行狀態(tài)和可調(diào)節(jié)能力等信息實時上傳至電網(wǎng)調(diào)度中心的過程，讓電網(wǎng)能夠像管理傳統(tǒng)電廠一樣，對分布式光伏進行可觀、可測、可控、可調(diào)的協(xié)調(diào)管理，本項目通過分布式光伏電源采集控制裝置，采用無線和有線通道接入蘇州地調(diào)系統(tǒng)。

• 安全防護

數(shù)據(jù)安全是保障屋頂光伏發(fā)電項目穩(wěn)定、可靠運行的基石，一旦數(shù)據(jù)遭受篡改、泄露或惡意攻擊，將可能導(dǎo)致發(fā)電計劃紊亂、設(shè)備故障誤判等嚴重后果，進而影響整個電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。鑒于此，本項目高度重視數(shù)據(jù)安全防護體系建設(shè)，專門配備了完備的防護裝置，包括防入侵系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)安全檢測裝置，對系統(tǒng)進行定期掃描與深度檢測，及時發(fā)現(xiàn)并修復(fù)潛在的安全漏洞。

結(jié)語

在分布式光伏發(fā)電項目中，分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮著整合能源資源的關(guān)鍵作用，該系統(tǒng)能夠?qū)Ψ稚⒉贾玫墓夥l(fā)電設(shè)備展開實時監(jiān)測，收集并深入分析各個發(fā)電單元在運行過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)上傳調(diào)度過程中，為了保證數(shù)據(jù)的安全，有必要配備一系列防護裝置。裝置間相互協(xié)同、層層設(shè)防，能夠有效抵御各類潛在的網(wǎng)絡(luò)攻擊，確保數(shù)據(jù)的完整性、保密性和可用性，為數(shù)據(jù)安全提供多層次的堅實保障。