摘 要：隨著我國(guó)新能源市場(chǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，光伏發(fā)電、風(fēng)電等可再生能源的大規(guī)模并網(wǎng)推動(dòng)了源網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能配置需求的增長(zhǎng)，系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能資源的配置與利用要求也進(jìn)一步提高。本文介紹的能量管理系統(tǒng)、繼電保護(hù)、電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置等硬件配套設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)岷山環(huán)能高科儲(chǔ)能項(xiàng)目中儲(chǔ)能電站數(shù)據(jù)的采集、處理及上傳調(diào)度，并保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：并網(wǎng)；儲(chǔ)能；能量管理系統(tǒng)；繼電保護(hù)；電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置

1 概述

岷山環(huán)能高科儲(chǔ)能電站為浙江申光電氣有限公司的儲(chǔ)能項(xiàng)目，該公司聚焦電力行業(yè)節(jié)能技術(shù)研發(fā)，涵蓋儲(chǔ)能、光伏、風(fēng)電場(chǎng)相關(guān)裝銷售等新能源領(lǐng)域，同時(shí)從事高壓電器元器件、成套高低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備及戶外真空斷路器的研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及銷售。

本電站位于河南省安陽(yáng)市龍安區(qū)岷山環(huán)能高科股份公司北側(cè)空地，占地面積約2116平方米，規(guī)劃設(shè)計(jì)至大功率17.25MW，總裝機(jī)容量33.5 MWh，采用磷酸鐵鋰電池，儲(chǔ)能單元由儲(chǔ)能電池-儲(chǔ)能變流器-變壓器構(gòu)成，預(yù)計(jì)年放電量1386萬(wàn)度。項(xiàng)目共配置10座儲(chǔ)能電池艙、5座升壓一體艙、1座儲(chǔ)能預(yù)制艙以及1座10kV電站。根據(jù)項(xiàng)目技術(shù)協(xié)議要求、系統(tǒng)拓?fù)鋱D結(jié)構(gòu)并借鑒當(dāng)?shù)仡愃祈?xiàng)目調(diào)度經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)本項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)估，制定經(jīng)濟(jì)有效的系統(tǒng)解決方案，確保儲(chǔ)能電站的安全可靠運(yùn)行。

2 項(xiàng)目情況

該儲(chǔ)能項(xiàng)目采用3.45MW/6.7MWh-1500V液冷系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)能單元5套，每個(gè)儲(chǔ)能子系統(tǒng)通過(guò)一臺(tái)箱逆變一體機(jī)升壓至10kV后匯流，經(jīng)由10kV電纜集電線路接入升壓站10kV配電裝置。項(xiàng)目共有2個(gè)并網(wǎng)柜，2套儲(chǔ)能單元經(jīng)升壓變匯集到10kV預(yù)制艙的I段母線上，經(jīng)并網(wǎng)出線柜接入到原有配電室的接入柜；3套儲(chǔ)能單元經(jīng)升壓變匯集到10kV預(yù)制艙的II段母線上，經(jīng)并網(wǎng)出線柜接入到原有配電室的接入柜。需配置硬件及計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)全站數(shù)據(jù)的安全監(jiān)護(hù)及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。儲(chǔ)能電站場(chǎng)區(qū)布置1套環(huán)境輔控系統(tǒng)，通過(guò)球機(jī)攝像頭、水浸煙感等傳感器，實(shí)現(xiàn)全站安全、防盜功能配置，監(jiān)測(cè)、調(diào)節(jié)并管理現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境參數(shù)，保障設(shè)備安全運(yùn)行。

圖1 儲(chǔ)能站電氣主接線圖

圖2 儲(chǔ)能站總平面布置圖

3 技術(shù)方案

本儲(chǔ)能項(xiàng)目的發(fā)電上網(wǎng)模式要求“自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)，因此需配置防逆流保護(hù)裝置。原有配電室為10kV的兩進(jìn)線一母聯(lián)的供電系統(tǒng)，要求逆流不允許返送到10kV進(jìn)線處，故需要監(jiān)測(cè)10kV進(jìn)線處是否有逆流產(chǎn)生。由于并網(wǎng)點(diǎn)與10kV公共連接點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，需配置主從機(jī)方案的防逆流保護(hù)裝置。并在原有10kV配電室到儲(chǔ)能一次倉(cāng)之間配置光纖差動(dòng)保護(hù)裝置；儲(chǔ)能一次倉(cāng)并網(wǎng)柜配置安全自動(dòng)裝置屏（防止于二次艙室），含防孤島保護(hù)、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置、故障解列裝置、公共測(cè)控裝置。儲(chǔ)能一次倉(cāng)其他回路配置線路保護(hù)、站用變保護(hù)和光纖差動(dòng)保護(hù)。

    儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)整體架構(gòu)為站控層、通訊層及設(shè)備層，通過(guò)通訊管理機(jī)、交換機(jī)、光纖收發(fā)器等設(shè)備將設(shè)備層的信息進(jìn)行采集和處理，處理好的數(shù)據(jù)上傳至本地的監(jiān)控系統(tǒng)和遠(yuǎn)動(dòng)裝置，遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)經(jīng)縱向加密通過(guò)無(wú)線路由的方式上傳至河南安陽(yáng)調(diào)度部門。

3.1繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置

本儲(chǔ)能電站內(nèi)主要電氣設(shè)備采用微機(jī)保護(hù)，以滿足信息上送。元件保護(hù)按照《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》（GB/T14285-2023）配置。

1）線路保護(hù)裝置

在儲(chǔ)能進(jìn)線處配置線路保護(hù)裝置，保護(hù)功能包括三段可經(jīng)復(fù)壓和方向閉鎖的過(guò)流保護(hù)，兩段零序過(guò)流保護(hù)、過(guò)負(fù)荷、低周減載等功能，以便線路發(fā)生故障時(shí)快速切除，避免事故范圍擴(kuò)大。

2）       光纖差動(dòng)保護(hù)裝置

針對(duì)并網(wǎng)出線柜和儲(chǔ)能接入柜距離較遠(yuǎn)的情況，在并網(wǎng)出線柜和儲(chǔ)能接入柜配置光纖差動(dòng)保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)縱聯(lián)電流差動(dòng)保護(hù)、復(fù)壓閉鎖過(guò)流保護(hù)、零序過(guò)流等保護(hù)功能，對(duì)此處線路進(jìn)行保護(hù)。

3）變壓器保護(hù)裝置

在儲(chǔ)能預(yù)制艙內(nèi)站用變處配置變壓器保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)、零流保護(hù)、超溫等非電量保護(hù)功能。

4）故障解列裝置

標(biāo)準(zhǔn)中明確要求分布式可再生能源發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)時(shí)，應(yīng)配置故障解列裝置，包含過(guò)電壓、低電壓、高頻、低頻等保護(hù)功能，確保電網(wǎng)故障時(shí)及時(shí)隔離電源，保障電網(wǎng)安全。

5）公用測(cè)控裝置

根據(jù)各地調(diào)度上傳要求，公共測(cè)控裝置主要實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能站內(nèi)保護(hù)裝置的事故總信號(hào)、裝置異常信號(hào)；電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的異常信號(hào)；交直流屏電壓采集、故障信號(hào)、異常信號(hào)；儲(chǔ)能預(yù)制艙內(nèi)站用變及母線電壓等數(shù)據(jù)采集。

6）防孤島保護(hù)裝置

分布式電源應(yīng)具備快速監(jiān)測(cè)孤島且立即斷開(kāi)與電網(wǎng)連接的能力，防孤島保護(hù)動(dòng)作時(shí)間不大于2s，其防孤島保護(hù)應(yīng)與配電網(wǎng)側(cè)線路重合閘和安全自動(dòng)裝置動(dòng)作時(shí)間相配合。在本儲(chǔ)能電站并網(wǎng)點(diǎn)裝設(shè)防孤島保護(hù)裝置，防止產(chǎn)生非計(jì)劃性孤島。

7）電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置

根據(jù)GB/T 19964的相關(guān)要求，并網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)裝設(shè)滿足《電能質(zhì)量檢測(cè)設(shè)備通用要求》GB/T 19862標(biāo)準(zhǔn)要求的A類電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置，且監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)放置在并網(wǎng)點(diǎn)。對(duì)儲(chǔ)能電站可能引起的諧波、直流分量、電壓波動(dòng)和閃變、三相不平衡度、注入電網(wǎng)直流分量進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，裝置具有通訊接口，具備遠(yuǎn)傳電能質(zhì)量數(shù)據(jù)功能，電能質(zhì)量數(shù)據(jù)通過(guò)綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳至電能質(zhì)量檢測(cè)主站，以確保儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和電能質(zhì)量的可靠性。

3.2防逆流保護(hù)裝置

由于公共連接點(diǎn)和儲(chǔ)能并網(wǎng)點(diǎn)的距離有800米，故需要配置光纖通訊的主從機(jī)防逆流保護(hù)裝置保護(hù)電網(wǎng)的安全。在總配電房2個(gè)10kV總進(jìn)線配置防逆流保護(hù)主機(jī)裝置，在并網(wǎng)柜放置防逆流保護(hù)從機(jī)裝置，當(dāng)市電出現(xiàn)逆功率時(shí)可以通過(guò)主機(jī)采集逆功率值，并經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算后將逆功率跳閘命令通過(guò)光纖傳輸?shù)綇臋C(jī)，用從機(jī)跳開(kāi)儲(chǔ)能并網(wǎng)柜開(kāi)關(guān)。

3.3系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化

1）Ⅱ型網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測(cè)裝置

Ⅱ型網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測(cè)裝置搭配探針軟件能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)流量和數(shù)據(jù)包，通過(guò)探針軟件的深度分析，識(shí)別和記錄潛在的網(wǎng)絡(luò)安全威脅和異常行為，及時(shí)發(fā)出警報(bào)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(yùn)行提供堅(jiān)強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)安全支撐。

2）AGC/AVC設(shè)備

本儲(chǔ)能電站具備完整的AGC/AVC控制功能，能夠與調(diào)度系統(tǒng)協(xié)同實(shí)現(xiàn)發(fā)電和電壓的綜合控制。有功功率控制系統(tǒng)具備快速調(diào)節(jié)能力，可準(zhǔn)確響應(yīng)調(diào)度指令，參與電力系統(tǒng)的調(diào)頻、調(diào)峰及備用服務(wù)。無(wú)功電壓控制系統(tǒng)接受調(diào)度電壓控制指令，通過(guò)PCS實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功功率調(diào)節(jié)，有效支撐電網(wǎng)電壓穩(wěn)定。系統(tǒng)采用分層控制架構(gòu)，既可接受上級(jí)調(diào)度遠(yuǎn)程控制，也可根據(jù)本地策略自主調(diào)節(jié)，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)提升新能源消納能力。

4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為實(shí)時(shí)監(jiān)視本地儲(chǔ)能電站的運(yùn)行以及數(shù)據(jù)采集，該項(xiàng)目配置一套Acrel-2000MG監(jiān)控系統(tǒng)，采用了分層式架構(gòu)確保了系統(tǒng)的有效和穩(wěn)定運(yùn)行，主要由三個(gè)核心部分組成：站控層、通信層和設(shè)備層。

站控層作為系統(tǒng)的管理和控制中心，負(fù)責(zé)集中監(jiān)控和管理整個(gè)系統(tǒng)。操作員可以通過(guò)這一層實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理。

通信層則專注于信息的傳遞和數(shù)據(jù)的交互，確保了不同設(shè)備和系統(tǒng)組件之間的無(wú)縫連接和協(xié)同工作。該層支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并能根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景規(guī)模和需求靈活調(diào)整，從而提升了系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性[2]。

設(shè)備層由各種硬件設(shè)備構(gòu)成，是系統(tǒng)的基礎(chǔ)執(zhí)行單元。這些設(shè)備不僅實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，還能根據(jù)上級(jí)指令執(zhí)行控制操作，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作的關(guān)鍵部分。

該儲(chǔ)能電站為全部自用10kV電壓等級(jí)接入，根據(jù)相關(guān)規(guī)定要求，應(yīng)建立調(diào)度關(guān)系。將并網(wǎng)點(diǎn)設(shè)備狀態(tài)、并網(wǎng)點(diǎn)電壓和電流、系統(tǒng)有功 功率和無(wú)功功率等數(shù)據(jù)上傳至配網(wǎng)調(diào)度部門。儲(chǔ)能電站遠(yuǎn)動(dòng)裝置與站內(nèi)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一考慮，遠(yuǎn)動(dòng)裝置按1套配置，并優(yōu)先選用裝置型，具有與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)交換信息的能力，遠(yuǎn)動(dòng)信息滿足“直采直送”。信息傳送方式按需求設(shè)置，滿足電網(wǎng) 調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的有關(guān)要求。儲(chǔ)能電站接入系統(tǒng)后，接入安陽(yáng)調(diào)度，采用IEC60870-5-104 遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約。

圖3 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/span>

項(xiàng)目配置設(shè)備主要清單如下表所示：

系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的功能如下：

1）       實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)。

2）       電參量查詢：在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細(xì)電參量，包括三相電流、三相電壓、總有功功率、總無(wú)功功率、總功率因數(shù)、正向有功電能等。

3）       電能質(zhì)量監(jiān)視：在電能質(zhì)量監(jiān)控圖中，可以直接查看電流電壓總有效值、電壓波動(dòng)、電壓總畸變、正反向有功電能、有功、無(wú)功功率等電能質(zhì)量信息?？梢愿鶕?jù)這些信息監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)電能的質(zhì)量，及時(shí)的做出應(yīng)對(duì)方案。

圖9 電能質(zhì)量監(jiān)視界面

4）       運(yùn)行報(bào)表： 查詢各回路或設(shè)備時(shí)間的運(yùn)行參數(shù)，報(bào)表中顯示電參量信息應(yīng)包括：各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無(wú)功功率、正向有功電能等，報(bào)表格式有日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表等。

5）       實(shí)時(shí)告警：能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲?、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀分、合動(dòng)作等遙信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。

6）       歷史事件查詢：能夠?qū)b信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和報(bào)警信息進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

7）       故障錄波： 能夠在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)準(zhǔn)確地記錄故障前、后過(guò)程的各種電氣量的變化情況，通過(guò)對(duì)這些電氣量的分析、比較，對(duì)分析處理事故、判斷保護(hù)是否正確動(dòng)作、提高電力系統(tǒng)安全運(yùn)行水平有著重要作用。

8）       事故追憶：能夠自動(dòng)記錄事故時(shí)刻前后一段時(shí)間的所有實(shí)時(shí)穩(wěn)態(tài)信息，包括開(kāi)關(guān)位置、 保護(hù)動(dòng)作狀態(tài)、遙測(cè)量等，形成事故分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

9）       曲線查詢：能夠查詢實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)等所有遙測(cè)量。

10）       用戶權(quán)限管理：設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，通過(guò)用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫(kù)修改等）。系統(tǒng)可以定義不同操作權(quán)限的權(quán)限組（如管理員組、工程師組、操作員組等），在每個(gè)權(quán)限組里分配不同用戶，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

11）       網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D：支持實(shí)時(shí)監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線診斷設(shè)備通訊狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。

12）       通信管理：可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備通信情況進(jìn)行管理、控制、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

5 現(xiàn)場(chǎng)安裝圖片

本項(xiàng)目微機(jī)保護(hù)就地分散安裝在各個(gè)高壓開(kāi)關(guān)柜上，Acrel-2000MG監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)及顯示器布置于操作臺(tái)上，如下圖所示，該項(xiàng)目已送電使用，運(yùn)行正常。

現(xiàn)場(chǎng)圖片

6 結(jié)語(yǔ)

本文介紹的系統(tǒng)在分布式儲(chǔ)能發(fā)電項(xiàng)目中起著核心作用，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集與分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)分散的儲(chǔ)能資源的動(dòng)態(tài)整合與管理。該系統(tǒng)與繼電保護(hù)裝置、安全自動(dòng)裝置及遠(yuǎn)動(dòng)終端等硬件配合，構(gòu)建多層次的安全防護(hù)體系，有效保障電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性。作為新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)支撐，該系統(tǒng)不僅顯著提升了能源利用效率，更為電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了智能化保障，是推動(dòng)能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要基礎(chǔ)設(shè)施。

參考文獻(xiàn)

[1] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.6月版

[2] 李斌. 110kV智能化變電站的自動(dòng)化系統(tǒng)架構(gòu)研究[D]. 山東大學(xué), 2015.

[3] 安科瑞用戶變電站綜合自動(dòng)化與運(yùn)維解決方案.2021.11月版