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)模并網推動了源網側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、處理及上傳調度，并保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

關鍵詞：并網；儲能；能量管理系統(tǒng)；繼電保護；電能質量在線監(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)項目技術協(xié)議要求、系統(tǒng)拓撲圖結構并借鑒當?shù)仡愃祈椖空{度經驗的基礎上，對本項目進行評估，制定經濟有效的系統(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個并網柜，2套儲能單元經升壓變匯集到10kV預制艙的I段母線上，經并網出線柜接入到原有配電室的接入柜；3套儲能單元經升壓變匯集到10kV預制艙的II段母線上，經并網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 技術方案

本儲能項目的發(fā)電上網模式要求“自發(fā)自用，余電不上網，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生。由于并網點與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)經縱向加密通過無線路由的方式上傳至河南安陽調度部門。

3.1繼電保護及安全自動裝置

本儲能電站內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

針對并網出線柜和儲能接入柜距離較遠的情況，在并網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，確保電網故障時及時隔離電源，保障電網安全。

5）公用測控裝置

根據(jù)各地調度上傳要求，公共測控裝置主要實現(xiàn)儲能站內保護裝置的事故總信號、裝置異常信號；電能質量監(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側線路重合閘和安全自動裝置動作時間相配合。在本儲能電站并網點裝設防孤島保護裝置，防止產生非計劃性孤島。

7）電能質量在線監(jiān)測裝置

根據(jù)GB/T 19964的相關要求，并網點應裝設滿足《電能質量檢測設備通用要求》GB/T 19862標準要求的A類電能質量在線監(jiān)測裝置，且監(jiān)測點應放置在并網點。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，具備遠傳電能質量數(shù)據(jù)功能，電能質量數(shù)據(jù)通過綜合業(yè)務數(shù)據(jù)網上傳至電能質量檢測主站，以確保儲能發(fā)電系統(tǒng)與電網的穩(wěn)定運行和電能質量的可靠性。

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柜開關。

3.3系統(tǒng)調度自動化

1）Ⅱ型網絡安全監(jiān)測裝置

Ⅱ型網絡安全監(jiān)測裝置搭配探針軟件能夠實時監(jiān)測系統(tǒng)中的網絡流量和數(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)具備快速調節(jié)能力，可準確響應調度指令，參與電力系統(tǒng)的調頻、調峰及備用服務。無功電壓控制系統(tǒng)接受調度電壓控制指令，通過PCS實現(xiàn)動態(tài)無功功率調節(jié)，有效支撐電網電壓穩(wěn)定。系統(tǒng)采用分層控制架構，既可接受上級調度遠程控制，也可根據(jù)本地策略自主調節(jié)，確保電網安全穩(wěn)定運行的同時提升新能源消納能力。

4 系統(tǒng)結構

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。該層支持多種網絡拓撲結構，并能根據(jù)不同的應用場景規(guī)模和需求靈活調整，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，應建立調度關系。將并網點設備狀態(tài)、并網點電壓和電流、系統(tǒng)有功 功率和無功功率等數(shù)據(jù)上傳至配網調度部門。儲能電站遠動裝置與站內計算機監(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 調度自動化系統(tǒng)的有關要求。儲能電站接入系統(tǒng)后，接入安陽調度，采用IEC60870-5-104 遠動規(guī)約。

圖3 監(jiān)控系統(tǒng)網絡拓撲

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）       電能質量監(jiān)視：在電能質量監(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、無功功率等電能質量信息。可以根據(jù)這些信息監(jiān)測現(xiàn)場電能的質量，及時的做出應對方案。

圖9 電能質量監(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：能夠對配電回路斷路器、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(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）       用戶權限管理：設置了用戶權限管理功能，通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫修改等）。系統(tǒng)可以定義不同操作權限的權限組（如管理員組、工程師組、操作員組等），在每個權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)網絡結構；可在線診斷設備通訊狀態(tài)，發(fā)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。

12）       通信管理：可以對整個配電系統(tǒng)范圍內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，構建多層次的安全防護體系，有效保障電網運行的穩(wěn)定性與可靠性。作為新型電力系統(tǒng)的關鍵技術支撐，該系統(tǒng)不僅顯著提升了能源利用效率，更為電網的安全經濟運行提供了智能化保障，是推動能源數(shù)字化轉型的重要基礎設施。

參考文獻

[1] 安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.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