安科瑞 劉邁

摘要：隨著我國新能源市場規(guī)模的擴大，光伏發(fā)電、風電等可再生能源的大規(guī)模并網(wǎng)推動了源網(wǎng)側(cè)儲能配置需求的增長，系統(tǒng)對儲能資源的配置與利用要求也進一步提高。本文介紹的能量管理系統(tǒng)、繼電保護、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置等硬件配套設備，可實現(xiàn)岷山環(huán)能高科儲能項目中儲能電站數(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)定運行。

關鍵詞：并網(wǎng)；儲能；能量管理系統(tǒng)；繼電保護；電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置

1 概述

岷山環(huán)能高科儲能電站為浙江申光電氣有限公司的儲能項目，該公司聚焦電力行業(yè)節(jié)能技術(shù)研發(fā)，涵蓋儲能、光伏、風電場相關裝銷售等新能源領域，同時從事高壓電器元器件、成套高低壓開關設備及戶外真空斷路器的研發(fā)、設計、生產(chǎn)及銷售。

本電站位于河南省安陽市龍安區(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)劃設計至大功率17.25MW，總裝機容量33.5 MWh，采用磷酸鐵鋰電池，儲能單元由儲能電池-儲能變流器-變壓器構(gòu)成，預計年放電量1386萬度。項目共配置10座儲能電池艙、5座升壓一體艙、1座儲能預制艙以及1座10kV電站。根據(jù)項目技術(shù)協(xié)議要求、系統(tǒng)拓撲圖結(jié)構(gòu)并借鑒當?shù)仡愃祈椖空{(diào)度經(jīng)驗的基礎上，對本項目進行評估，制定經(jīng)濟有效的系統(tǒng)解決方案，確保儲能電站的安全可靠運行。

2 項目情況

該儲能項目采用3.45MW/6.7MWh-1500V液冷系統(tǒng)標準儲能單元5套，每個儲能子系統(tǒng)通過一臺箱逆變一體機升壓至10kV后匯流，經(jīng)由10kV電纜集電線路接入升壓站10kV配電裝置。項目共有2個并網(wǎng)柜，2套儲能單元經(jīng)升壓變匯集到10kV預制艙的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套儲能單元經(jīng)升壓變匯集到10kV預制艙的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。需配置硬件及計算機監(jiān)控系統(tǒng)軟件實現(xiàn)全站數(shù)據(jù)的安全監(jiān)護及實時監(jiān)測。儲能電站場區(qū)布置1套環(huán)境輔控系統(tǒng)，通過球機攝像頭、水浸煙感等傳感器，實現(xiàn)全站安全、防盜功能配置，監(jiān)測、調(diào)節(jié)并管理現(xiàn)場環(huán)境參數(shù)，保障設備安全運行。

圖1 儲能站電氣主接線圖

圖2 儲能站總平面布置圖

3 技術(shù)方案

本儲能項目的發(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裝置。原有配電室為10kV的兩進線一母聯(lián)的供電系統(tǒng)，要求逆流不允許返送到10kV進線處，故需要監(jiān)測10kV進線處是否有逆流產(chǎn)生。由于并網(wǎng)點與10kV公共連接點距離較遠，需配置主從機方案的防逆流保護裝置。并在原有10kV配電室到儲能一次倉之間配置光纖差動保護裝置；儲能一次倉并網(wǎng)柜配置安全自動裝置屏（防止于二次艙室），含防孤島保護、電能質(zhì)量監(jiān)測裝置、故障解列裝置、公共測控裝置。儲能一次倉其他回路配置線路保護、站用變保護和光纖差動保護。

    儲能監(jiān)控系統(tǒng)整體架構(gòu)為站控層、通訊層及設備層，通過通訊管理機、交換機、光纖收發(fā)器等設備將設備層的信息進行采集和處理，處理好的數(shù)據(jù)上傳至本地的監(jiān)控系統(tǒng)和遠動裝置，遠動數(shù)據(jù)經(jīng)縱向加密通過無線路由的方式上傳至河南安陽調(diào)度部門。

3.1繼電保護及安全自動裝置

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

1）線路保護裝置

在儲能進線處配置線路保護裝置，保護功能包括三段可經(jīng)復壓和方向閉鎖的過流保護，兩段零序過流保護、過負荷、低周減載等功能，以便線路發(fā)生故障時快速切除，避免事故范圍擴大。

2）光纖差動保護裝置

針對并網(wǎng)出線柜和儲能接入柜距離較遠的情況，在并網(wǎng)出線柜和儲能接入柜配置光纖差動保護裝置，實現(xiàn)縱聯(lián)電流差動保護、復壓閉鎖過流保護、零序過流等保護功能，對此處線路進行保護。

3）變壓器保護裝置

在儲能預制艙內(nèi)站用變處配置變壓器保護裝置，實現(xiàn)過流保護、零流保護、超溫等非電量保護功能。

4）故障解列裝置

標準中明確要求分布式可再生能源發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)時，應配置故障解列裝置，包含過電壓、低電壓、高頻、低頻等保護功能，確保電網(wǎng)故障時及時隔離電源，保障電網(wǎng)安全。

5）公用測控裝置

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

6）防孤島保護裝置

分布式電源應具備快速監(jiān)測孤島且立即斷開與電網(wǎng)連接的能力，防孤島保護動作時間不大于2s，其防孤島保護應與配電網(wǎng)側(cè)線路重合閘和安全自動裝置動作時間相配合。在本儲能電站并網(wǎng)點裝設防孤島保護裝置，防止產(chǎn)生非計劃性孤島。

7）電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置

根據(jù)GB/T 19964的相關要求，并網(wǎng)點應裝設滿足《電能質(zhì)量檢測設備通用要求》GB/T 19862標準要求的A類電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置，且監(jiān)測點應放置在并網(wǎng)點。對儲能電站可能引起的諧波、直流分量、電壓波動和閃變、三相不平衡度、注入電網(wǎng)直流分量進行在線監(jiān)測，裝置具有通訊接口，具備遠傳電能質(zhì)量數(shù)據(jù)功能，電能質(zhì)量數(shù)據(jù)通過綜合業(yè)務數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳至電能質(zhì)量檢測主站，以確保儲能發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)的穩(wěn)定運行和電能質(zhì)量的可靠性。

3.2防逆流保護裝置

由于公共連接點和儲能并網(wǎng)點的距離有800米，故需要配置光纖通訊的主從機防逆流保護裝置保護電網(wǎng)的安全。在總配電房2個10kV總進線配置防逆流保護主機裝置，在并網(wǎng)柜放置防逆流保護從機裝置，當市電出現(xiàn)逆功率時可以通過主機采集逆功率值，并經(jīng)過邏輯運算后將逆功率跳閘命令通過光纖傳輸?shù)綇臋C，用從機跳開儲能并網(wǎng)柜開關。

3.3系統(tǒng)調(diào)度自動化

1）Ⅱ型網(wǎng)絡安全監(jiān)測裝置

Ⅱ型網(wǎng)絡安全監(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)絡安全威脅和異常行為，及時發(fā)出警報并采取相應措施，從而有效防止網(wǎng)絡攻擊、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)絡安全支撐。

2）AGC/AVC設備

本儲能電站具備完整的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，可準確響應調(diào)度指令，參與電力系統(tǒng)的調(diào)頻、調(diào)峰及備用服務。無功電壓控制系統(tǒng)接受調(diào)度電壓控制指令，通過PCS實現(xiàn)動態(tài)無功功率調(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)，既可接受上級調(diào)度遠程控制，也可根據(jù)本地策略自主調(diào)節(jié)，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的同時提升新能源消納能力。

4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為實時監(jiān)視本地儲能電站的運行以及數(shù)據(jù)采集，該項目配置一套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)定運行，主要由三個核心部分組成：站控層、通信層和設備層。

站控層作為系統(tǒng)的管理和控制中心，負責集中監(jiān)控和管理整個系統(tǒng)。操作員可以通過這一層實時監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)，并進行數(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，確保了不同設備和系統(tǒng)組件之間的無縫連接和協(xié)同工作。該層支持多種網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，并能根據(jù)不同的應用場景規(guī)模和需求靈活調(diào)整，從而提升了系統(tǒng)的靈活性和可擴展性[2]。

設備層由各種硬件設備構(gòu)成，是系統(tǒng)的基礎執(zhí)行單元。這些設備不僅實時采集現(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)自動化操作的關鍵部分。

該儲能電站為全部自用10kV電壓等級接入，根據(jù)相關規(guī)定要求，應建立調(diào)度關系。將并網(wǎng)點設備狀態(tài)、并網(wǎng)點電壓和電流、系統(tǒng)有功 功率和無功功率等數(shù)據(jù)上傳至配網(wǎng)調(diào)度部門。儲能電站遠動裝置與站內(nèi)計算機監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一考慮，遠動裝置按1套配置，并優(yōu)先選用裝置型，具有與調(diào)度自動化系統(tǒng)交換信息的能力，遠動信息滿足“直采直送”。信息傳送方式按需求設置，滿足電網(wǎng) 調(diào)度自動化系統(tǒng)的有關要求。儲能電站接入系統(tǒng)后，接入安陽調(diào)度，采用IEC60870-5-104 遠動規(guī)約。

圖3 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲

項目配置設備主要清單如下表所示：

系統(tǒng)可實現(xiàn)的功能如下：

1）       實時監(jiān)測：以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，可以實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關、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電參量，包括三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、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、電壓總畸變、正反向有功電能、有功、無功功率等電能質(zhì)量信息?？梢愿鶕?jù)這些信息監(jiān)測現(xiàn)場電能的質(zhì)量，及時的做出應對方案。

圖9 電能質(zhì)量監(jiān)視界面

4）       運行報表： 查詢各回路或設備時間的運行參數(shù)，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(shù)、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等，報表格式有日報表、月報表、年報表等。

5）       實時告警：能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲?、隔離開關、接地刀分、合動作等遙信變位，保護動作、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，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警信息進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

7）       故障錄波： 能夠在系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動準確地記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況，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、提高電力系統(tǒng)安全運行水平有著重要作用。

8）       事故追憶：能夠自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時穩(wěn)態(tài)信息，包括開關位置、 保護動作狀態(tài)、遙測量等，形成事故分析的數(shù)據(jù)基礎。

9）       曲線查詢：能夠查詢實時曲線和歷史曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等所有遙測量。

10）       用戶權(quán)限管理：設置了用戶權(quán)限管理功能，通過用戶權(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），在每個權(quán)限組里分配不同用戶，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

11）       網(wǎng)絡拓撲圖：支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)；可在線診斷設備通訊狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)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。

12）       通信管理：可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設備通信情況進行管理、控制、數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。

5 現(xiàn)場安裝圖片

本項目微機保護就地分散安裝在各個高壓開關柜上，Acrel-2000MG監(jiān)控系統(tǒng)主機及顯示器布置于操作臺上，如下圖所示，該項目已送電使用，運行正常。

現(xiàn)場圖片

6 結(jié)語

本文介紹的系統(tǒng)在分布式儲能發(fā)電項目中起著核心作用，通過實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集與分析，實現(xiàn)對分散的儲能資源的動態(tài)整合與管理。該系統(tǒng)與繼電保護裝置、安全自動裝置及遠動終端等硬件配合，構(gòu)建多層次的安全防護體系，有效保障電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性與可靠性。作為新型電力系統(tǒng)的關鍵技術(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)濟運行提供了智能化保障，是推動能源數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要基礎設施。

參考文獻

[1] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.6月版

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

[3] 安科瑞用戶變電站綜合自動化與運維解決方案.2021.11月版