安科瑞 陳聰

摘要：分布式光伏發電作為一種重要的可再生能源，具有清潔、*效、可再生的特點，對于緩解能源危機、降低環境污染、促進可持續發展具有重要的意義。概述分布式光伏發電并網的總體設計思路，并詳細介紹分布式光伏發電并網技術的設計方案，包括技術原理、系統構成、關鍵技術等方面，*后結合實際使用需求總結方案運行管理措施，期望在能源領域發揮更加重要的作用，為實現可持續發展做出更大的貢獻。

關鍵詞：分布式光伏發電；并網發電；技術方案設計；運行管理

0引言

在光伏發電中，并網運行方式具有顯著的安全保障功能。為確保光伏設備在并網發電中的穩定運行，*須對運行設計方案進行合理優化和完善。根據實際需求和電網條件，選擇適合的光伏設備型號和配置。建立完善的監控與控制系統，實時監測光伏設備的運行狀態、發電量、電網參數等，及時預警和處置異常情況。此外，針對并網發電系統的優化設計需要綜合考慮多個方面。從發電線路的選擇到斷路器的布置，通過綜合設計策略，可實現發電系統的*效、安全以及可持續發展。

1分布式光伏發電并網的總體架構設計

分布式的光伏發電并網架構主要應當包含光伏組件、逆變器、自動監控系統、雙向電表、匯流箱、直流電以及交流電的傳輸線路等。在設計過程中，需要充分考慮實際情況和系統的穩定性、可靠性等因素，以確保系統的正常運行與效益的*大化。在設計分布式光伏發電并網系統時，需要合理地接入并網電源設備，并實時監測和靈活調節系統負荷功率。結合實際

情況，可以選擇合適的并網接入方案。

根據監測到的負荷功率變化，可以通過調整逆變器的運行參數來靈活調節系統的負荷功率，維持電網的穩定性和可靠性，確保并網電源設備在異常情況下能夠快速地與電網解列，防止對電網造成影響。再根據實際情況，選擇箱變低壓母線、配電室的并網接入設備形式。工程技術人員需要采用體系化的設計思路，優化光伏并網發電系統的發電方陣結構。分布式光伏發電并網的體系架構設計如圖1所示。

圖1分布式光伏發電并網的體系架構

為優化分布式光伏發電并網系統方案，需要*點保障光伏發電組件的安全運行。分布式光伏發電并網系統的運行環境可能會對系統設備的使用壽命造成影響，因此需要設計出完善的建模方案，以應對各種特殊情況。首先，運用模型分析方法直觀檢測系統節點，從而更好地理解系統的性能和行為。其次，應當配備減震系統，確保關鍵連接組件能夠更好地發揮作用，避免瞬時損壞的強烈振動對并網發電裝置造成影響。再次，建立分布式光伏發電并網系統的立體模型，有助于提*并網發電系統的使用效能。*后，結合發電工程所在區域的風力因素、風向因素以及自然光照條件等，合理劃分光伏發電的方陣系統，從而提*整個系統的運行效率。

2分布式光伏發電并網的技術方案設計要點

2.1*用線路的接入形式選擇

分布式光伏發電并網系統采用*用變壓器，應科學地選擇設備型號。若分布式光伏發電并網系統中的電流速斷保護不夠靈敏，須視情況增設縱聯差動保護，以確保電網的正常運行。對于過電流的并網系統設備，其保護模式應采用特殊的低電壓閉鎖系統，以確保電源分布式結構能全*滿足電網設備的安全閉鎖、快捷操作以及接地保護性能。

此外，針對具備*溫跳閘和低溫報警功能的系統變壓器，應進一步提升電網接入的普及度，為并網系統的過負荷安全保障功能提供有力支撐。對于并網發電的終端設備系統用戶，應確保其具備更*可靠性的并網安全發電效果。*用線路網絡的斷路器設備應配備相間短路安全保障功能，從源頭上杜絕并網安全運行故障。

2.2發電線路的接入系統設計

并網發電線路系統如圖2所示，其工作原理是將多個發電機組通過并網裝置連接于一個公共的電力網絡。關于多種結構形式的并網發電線路，應結合實際情況選擇接入現有的光伏電網。在進行接入系統設計時，*須深入了解發電線路的特點與要求，結合地區差異和實際需求進行綜合評估，充分考慮環境因素、設備性能、運行條件等多個方面，結合電力電子技術、控制理論以及通信技術等*進科技手段，實現發電線路的優化配置與*效管理。此外，設計過程中需注重節能減排和綠色發展。通過優化發電線路的布局、提*設備能效、采用清潔能源等方式，降低對環境的影響，推動電力行業的可持續發展，有助于提*發電線路系統的安全使用效益。

近年來，設計院人員正在深入研究具有靈活閉鎖功能的新型變壓器。經過系統功能創新與改造后，新型變壓器能夠實現更加平穩可靠的光伏并網發電效益，同時降低光伏發電的使用成本。因此，采取靈活的發電線路并網接入形式，有助于光伏發電的系統組件發揮更好的安全使用功能。

圖2并網發電線路系統

2.3合理布置系統斷路器

隨著技術的不斷進步，在布置系統方面有更多類型的設備選擇。在光伏發電并網設備系統中，斷路器的作用舉足輕重，為光伏并網發電提供良好的保障。然而，目前光伏發電系統的斷路器主要集中在傳統的斷電安全保護上，這顯然已經無法滿足現代光伏并網發電的安全需求。因此，需要結合實際情況，對常規設計方案進行擴展和創新。

在光伏發電并網系統中，熔斷器、微型斷路器以及隔離開關等設備不可少。通過合理選用這些斷路器設備，可以為光伏并網發電提供更加可靠和穩定的保障。同時，為提*并網發電設備的開斷保護能力，需要引入智能化的并網發電安全控制技術，這樣才能確保電網設備的負荷端和系統電源端能夠實現更加穩定和可靠的協同運行。此外，可以采用客觀的計算方法，準確判斷系統短路的瞬時電流強度，從而為光伏并網發電的安全運行提供有力支持。

3分布式光伏發電并網技術方案的運行管理措施

3.1防孤島保護的功能完善

隨著科技的發展，防孤島的安全保護系統日益完善，其強大的功能為光伏發電配置設計提供全*的支持。該系統的核心在于預防并網發電設備的孤島現象，通過智能化和自動化的數據傳輸方案，從根本上消除光伏并網中的設備運行孤島。這不僅提*系統的效率，還為電網的整體安全運行提供有力保障。此外，采用自動化的防孤島保護裝置能夠實時、準確地排查并網運行發電的孤島問題，迅速斷開孤島設備，有效避免設備損壞和電網事故。為保證光伏系統設備的穩定運行，合理采用低電壓保護裝置進行緊急控制至關重要。它能全*監測異常系統的運行電壓，確保系統安全。同時，對于發電量的智能統計設備，需要進行科學的設計和選用。這不僅為系統電價補償提供支撐，還有助于實現光伏發電的精細化管理，進一步提*電力系統的運行效率。

3.2適當增加縱聯差動保護以及系統過流保護

在光伏發電的當前結構中，縱聯差動保護已成為確保發電安全的重要手段，被廣泛采納和應用。這種保護技術主要用于并網發電系統，能夠精*及時地檢測出并網線路中的異常情況。通過全過程的縱聯差動保護，可以顯著提*并網發電系統的設備可靠性。過流保護是另一項關鍵技術。它的核心在于準確檢測并網發電中的瞬時大電流部位，并采用相應的系統安全保障技術方案。因此，應更廣泛地采用電源設備系統安全改造技術，充分發揮并網光伏電源的多層面安全保障功能。在線監測網絡電能裝置則負責全*測定并網光伏設備的電壓和電流參數，有助于值班人員及時發現三相不平衡的系統電流異常，并對諧波干擾進行必要的排查。

3.3自動檢測裝置運用于并網安全管理

自動化檢測設備在操作上具有顯著的優勢，廣泛應用于光伏并網發電的全*檢測。它能夠測試系統頻率、電源電壓、功率因數以及系統諧波的影響。在光伏發電系統的整體結構中，自動化的并網運行安全檢測設備占據著核心地位。同時，光伏發電作為清潔能源產業，既能為發電能源模式的創新提供有力支持，又能為傳統發電能源的節約控制做出貢獻。因此，當前技術研究人員致力于探索光伏并網發電系統的核心技術，以實現碳中和的并網發電系統工程建設目標。為確保光伏并網發電系統建設方案的合理性，需要合理界定*風險區域，以避免可能的損壞。此外，這種智能化裝置可以用于檢測外力破壞因素。在實踐中，工程技術人員應采取正確的技術方法來預防外部因素的侵蝕，合理劃分安全隱患區域，從而提*光伏并網發電系統的綜合效益。在構建光伏并網發電系統時，區分方陣的方法主要體現在建立立體化的方陣組件模型。通過實施*確的建模方案，可以確保劃分后的陣列模塊能夠發揮其應有的效能。在運維保養工作中，應集中檢測*侵蝕強度區域的發電組件損壞程度，并采取有效的技術解決方案進行彌補。大型光伏發電陣列通常由多個方陣組成，因此應區分相的方陣模塊結構，以達到*佳的預期發電效果。

4Acrel-2000MG微電網能量管理系統

4.1平臺概述

Acrel-2000MG微電網能量管理系統，是我司根據新型電力系統下微電網監控系統與微電網能量管理系統的要求，總結國內外的研究和生產的*進經驗，專門研制出的企業微電網能量管理系統。本系統滿足光伏系統、風力發電、儲能系統以及充電站的接入，*進行數據采集分析，直接監視光伏、風能、儲能系統、充電站運行狀態及健康狀況，是一個集監控系統、能量管理為一體的管理系統。該系統在安全穩定的基礎上以經濟優化運行為目標，促進可再生能源應用，提*電網運行穩定性、補償負荷波動；有效實現用戶側的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負荷，提*電力設備運行效率、降低供電成本。為企業微電網能量管理提供安全、可靠、經濟運行提供了全新的解決方案。

微電網能量管理系統應采用分層分布式結構，整個能量管理系統在物理上分為三個層：設備層、網絡通信層和站控層。站級通信網絡采用標準以太網及TCP/IP通信協議，物理媒介可以為光纖、網線、屏蔽雙絞線等。系統支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約。

4.2平臺適用場合

系統可應用于城市、*速公路、工業園區、工商業區、居民區、智能建筑、海島、無電地區可再生能源系統監控和能量管理需求。

4.3系統架構

本平臺采用分層分布式結構進行設計，即站控層、網絡層和設備層，詳細拓撲結構如下：

圖1典型微電網能量管理系統組網方式

5充電站微電網能量管理系統解決方案

5.1實時監測

微電網能量管理系統人機界面友好，應能夠以系統一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運行狀態，實時監測光伏、風電、儲能、充電站等各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各回路斷路器、隔離開關等合、分閘狀態及有關故障、告警等信號。其中，各子系統回路電參量主要有：相電壓、線電壓、三相電流、有功/無功功率、視在功率、功率因數、頻率、有功/無功電度、頻率和正向有功電能累計值；狀態參數主要有：開關狀態、斷路器故障脫扣告警等。

系統應可以對分布式電源、儲能系統進行發電管理，使管理人員實時掌握發電單元的出力信息、收益信息、儲能荷電狀態及發電單元與儲能單元運行功率設置等。

系統應可以對儲能系統進行狀態管理，能夠根據儲能系統的荷電狀態進行及時告警，并支持定期的電池維護。

微電網能量管理系統的監控系統界面包括系統主界面，包含微電網光伏、風電、儲能、充電站及總體負荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據不同的需求，也可將充電，儲能及光伏系統信息進行顯示。

圖1系統主界面

子界面主要包括系統主接線圖、光伏信息、風電信息、儲能信息、充電站信息、通訊狀況及一些統計列表等。

5.1.1光伏界面

圖2光伏系統界面

本界面用來展示對光伏系統信息，主要包括逆變器直流側、交流側運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、并網柜電力監測及發電量統計、電站發電量年有效利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、輻照度/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對系統的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。

5.1.2儲能界面

圖3儲能系統界面

本界面主要用來展示本系統的儲能裝機容量、儲能當前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

圖4儲能系統PCS參數設置界面

本界面主要用來展示對PCS的參數進行設置，包括開關機、運行模式、功率設定以及電壓、電流的限值。

圖5儲能系統BMS參數設置界面

本界面用來展示對BMS的參數進行設置，主要包括電芯電壓、溫度保護限值、電池組電壓、電流、溫度限值等。

圖6儲能系統PCS電網側數據界面

本界面用來展示對PCS電網側數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數等。

圖7儲能系統PCS交流側數據界面

本界面用來展示對PCS交流側數據，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數、溫度值等。同時針對交流側的異常信息進行告警。

圖8儲能系統PCS直流側數據界面

本界面用來展示對PCS直流側數據，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側的異常信息進行告警。

圖9儲能系統PCS狀態界面

本界面用來展示對PCS狀態信息，主要包括通訊狀態、運行狀態、STS運行狀態及STS故障告警等。

圖10儲能電池狀態界面

本界面用來展示對BMS狀態信息，主要包括儲能電池的運行狀態、系統信息、數據信息以及告警信息等，同時展示當前儲能電池的SOC信息。

圖11儲能電池簇運行數據界面

本界面用來展示對電池簇信息，主要包括儲能各模組的電芯電壓與溫度，并展示當前電芯的電壓、溫度值及所對應的位置。

5.1.3風電界面

圖12風電系統界面

本界面用來展示對風電系統信息，主要包括逆變控制一體機直流側、交流側運行狀態監測及報警、逆變器及電站發電量統計及分析、電站發電量年有效利用小時數統計、發電收益統計、碳減排統計、風速/風力/環境溫濕度監測、發電功率模擬及效率分析；同時對系統的總功率、電壓電流及各個逆變器的運行數據進行展示。

5.1.4充電站界面

圖13充電站界面

本界面用來展示對充電站系統信息，主要包括充電站用電總功率、交直流充電站的功率、電量、電量費用，變化曲線、各個充電站的運行數據等。

5.1.5視頻監控界面

圖14微電網視頻監控界面

本界面主要展示系統所接入的視頻畫面，且通過不同的配置，實現預覽、回放、管理與控制等。

5.1.6發電預測

系統應可以通過歷史發電數據、實測數據、未來天氣預測數據，對分布式發電進行短期、超短期發電功率預測，并展示合格率及誤差分析。根據功率預測可進行人工輸入或者自動生成發電計劃，便于用戶對該系統新能源發電的集中管控。

圖15光伏預測界面

5.1.7策略配置

系統應可以根據發電數據、儲能系統容量、負荷需求及分時電價信息，進行系統運行模式的設置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計劃、需量控制、防逆流、有序充電、動態擴容等。

具體策略根據項目實際情況（如儲能柜數量、負載功率、光伏系統能力等）進行接口適配和策略調整，同時支持定制化需求。

圖16策略配置界面

5.1.8運行報表

應能查詢各子系統、回路或設備*時間的運行參數，報表中顯示電參量信息應包括：各相電流、三相電壓、總功率因數、總有功功率、總無功功率、正向有功電能、尖峰平谷時段電量等。

圖17運行報表

5.1.9實時報警

應具有實時報警功能，系統能夠對各子系統中的逆變器、雙向變流器的啟動和關閉等遙信變位，及設備內部的保護動作或事故跳閘時應能發出告警，應能實時顯示告警事件或跳閘事件，包括保護事件名稱、保護動作時刻；并應能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關人員。

圖18實時告警

5.1.10歷史事件查詢

應能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數、電芯溫度（鋰離子電池）、壓力（液流電池）、光照、風速、氣壓越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和報警進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。

圖19歷史事件查詢

5.1.11電能質量監測

應可以對整個微電網系統的電能質量包括穩態狀態和暫態狀態進行持續監測，使管理人員實時掌握供電系統電能質量情況，以便及時發現和消除供電不穩定因素。

1）在供電系統主界面上應能實時顯示各電能質量監測點的監測裝置通信狀態、各監測點的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度*和正序/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度*和正序/負序/零序電流值；

2）諧波分析功能：系統應能實時顯示A/B/C三相電壓總諧波畸變率、A/B/C三相電流總諧波畸變率、奇次諧波電壓總畸變率、奇次諧波電流總畸變率、偶次諧波電壓總畸變率、偶次諧波電流總畸變率；應能以柱狀圖展示2-63次諧波電壓含有率、2-63次諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電流含有率；

3）電壓波動與閃變：系統應能顯示A/B/C三相電壓波動值、A/B/C三相電壓短閃變值、A/B/C三相電壓長閃變值；應能提供A/B/C三相電壓波動曲線、短閃變曲線和長閃變曲線；應能顯示電壓偏差與頻率偏差；

4）功率與電能計量：系統應能顯示A/B/C三相有功功率、無功功率和視在功率；應能顯示三相總有功功率、總無功功率、總視在功率和總功率因素；應能提供有功負荷曲線，包括日有功負荷曲線（折線型）和年有功負荷曲線（折線型）；

5）電壓暫態監測：在電能質量暫態事件如電壓暫升、電壓暫降、短時中斷發生時，系統應能產生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關人員；系統應能查看相應暫態事件發生前后的波形。

6）電能質量數據統計：系統應能顯示1min統計整2h存儲的統計數據，包括均值、*值、*值、95%概率值、方均根值。

7）事件記錄查看功能：事件記錄應包含事件名稱、狀態（動作或返回）、波形號、越限值、故障持續時間、事件發生的時間。

圖20微電網系統電能質量界面

4.1.12遙控功能

應可以對整個微電網系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。系統維護人員可以通過管理系統的主界面完成遙控操作，并遵循遙控預置、遙控返校、遙控執行的操作順序，可以及時執行調度系統或站內相應的操作命令。

圖21遙控功能

5.1.13曲線查詢

應可在曲線查詢界面，可以直接查看各電參量曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。

圖22曲線查詢

5.1.14統計報表

具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自系統正常運行以來任意時間段內各配電節點的發電、用電、充放電情況，即該節點進線用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。對微電網與外部系統間電能量交換進行統計分析；對系統運行的節能、收益等分析；具備對微電網供電可靠性分析，包括年停電時間、年停電次數等分析；具備對并網型微電網的并網點進行電能質量分析。

圖23統計報表

5.1.15網絡拓撲圖

系統支持實時監視接入系統的各設備的通信狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構；可在線診斷設備通信狀態，發生網絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

圖24微電網系統拓撲界面

本界面主要展示微電網系統拓撲，包括系統的組成內容、電網連接方式、斷路器、表計等信息。

5.1.16通信管理

可以對整個微電網系統范圍內的設備通信情況進行管理、控制、數據的實時監測。系統維護人員可以通過管理系統的主程序右鍵打開通信管理程序，然后選擇通信控制啟動所有端口或某個端口，快速查看某設備的通信和數據情況。通信應支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規約。

圖25通信管理

5.1.17用戶權限管理

應具備設置用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控操作，運行參數修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

圖26用戶權限

5.1.18故障錄波

應可以在系統發生故障時，自動準確地記錄故障前、后過程的各相關電氣量的變化情況，通過對這些電氣量的分析、比較，對分析處理事故、判斷保護是否正確動作、提*電力系統安全運行水平有著重要作用。其中故障錄波共可記錄16條，每條錄波可觸發6段錄波，每次錄波可記錄故障前8個周波、故障后4個周波波形，總錄波時間共計46s。每個采樣點錄波至少包含12個模擬量、10個開關量波形。

圖27故障錄波

5.1.19事故追憶

可以自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時掃描數據，包括開關位置、保護動作狀態、遙測量等，形成事故分析的數據基礎。

用戶可自定義事故追憶的啟動事件，當每個事件發生時，存儲事故*10個掃描周期及事故后10個掃描周期的有關點數據。啟動事件和監視的數據點可由用戶隨意修改。

5.2硬件及其配套產品

6結束語

經過分析可見，并網發電的技術實現方案目前廣泛應用于光伏發電系統，客觀上促使光伏發電組件系統運行更加安全可靠。在目前的并網發電系統運行使用的模式下，全*進行并網發電的系統設計形式優化創新主要應當側重于并網發電的系統可靠性能提*，采取自動化的智能檢測裝置來獲得更加精*的發電運行數據。應當視情況在并網發電的光伏系統中采用縱聯差動保護或者過流保護等防護技術手段，*點開展異常系統頻率與電壓的緊急監測保護。【參考文獻】

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