电能质量在线监测装置和防孤岛保护装置在特斯拉工厂分布式光伏项目的应用

安科瑞 顾烊宇 

江苏安科瑞电器制造有限公司  江苏江阴 214405

摘要：随着全球对可再生能源的关注度不断提高，分布式光伏发电系统在近年来得到了广泛应用。分布式光伏发电系统具有环保、灵活等优势，能够有效地缓解能源短缺和环境污染问题。同时，电能质量在线监测装置和防孤岛保护装置在分布式光伏项目中也扮演着至关重要的角色。电能质量在线监测装置可以实时监测电网中的电压、电流等参数，确保光伏发电系统产生的电能质量稳定。而防孤岛保护装置可以在电站发生故障时断开并网点开关，避免对人员和设备造成伤害，确保光伏发电系统的安全运行。预防电力系统故障、提高电力系统的稳定性、优化能源利用以及提供数据支持等。本文将介绍电能质量在线监测装置及防孤岛保护装置在分布式光伏发电系统中的应用。

关键词：分布式光伏；电能质量；电压偏差；电压波动；谐波；防孤岛保护

1 项目概况

上海特斯拉工厂是一个位于上海市浦东新区的超级工厂，占地面积约为86万平方米。上海特斯拉工厂主要以生产Model 3和Model Y为主，同时也包括动力电池和电机组装车间以及一个研发中心。工厂采用了智能化的生产线和新的制造技术，是一个集智能化、自动化于一体的现代化工厂，为特斯拉在全球的发展提供了重要的支持。

本项目在原有的10/0.4kV系统上新增分布式光伏并网。配电系统原有高压柜4台、变压器4台、低压柜31台。本项目采用0.4kV并网，设计1#并网电和2#并网点，光伏并网接入位于原有低压配电柜出线开关，供电系统图及并网柜位置如图1所示。

图1 配电系统一次系统图

2 项目需求

光伏发电属于清洁能源，但其电能质量并不稳定，由于光伏发电的不确定性可能会导致输出功率的随机波动，进而导致电网频率偏差、电压暂升暂降、电压短时中断、电压波动与闪变等电能质量问题。同时光伏发电使用交直流逆变器，在此环节会产生谐波问题，还伴随直流分量流入供电系统。

这些电能质量问题可能会对工厂造成以下影响：

电压波动和闪变：可能会导致电机设备运行不稳定，影响生产线的正常运行。

谐波污染：可能会干扰电子元件的正常工作，导致设备故障或损坏。

电压暂降和短时中断：导致设备停机或损坏，影响生产线的正常运行。

频率偏差：可能会影响电机设备的正常运行，导致生产线的停滞或损坏。

通过在线电能质量监测装置可以监测、分析、评估监测点的电能质量，包括电能质量实时监测、电能质量事件告警、录波、数据统计、评估分析等功能,及时发现并解决电能质量问题，提高光伏发电的效率和稳定性，同时保障电力系统的安全与稳定运行。

在光伏项目中，孤岛效应是一个常见问题。当电网侧停电时，光伏侧仍然处于正常发电状态，并向电网侧送电，形成了孤岛效应。这给电网侧的检修人员带来了很大的安全威胁。防孤岛保护装置可以及时切断光伏系统与电网的连接，避免孤岛效应的产生，从而保护检修人员的安全。此外，防孤岛保护装置还可以在电网出现故障时，迅速切断光伏系统与电网的连接，避免设备受到损坏，并在故障解除后自动恢复并网，确保了光伏项目的稳定运行。

本项目要求并网点具有低压低于50%Un时0.1s闭锁发电、检有压85%Un自动并网功能，同时实时监测并网点电压谐波、直流分量、电压偏差等电能质量。需要将1#并网点、2#并网点的电压、电流、有功功率、无功功率以及防孤岛保护相关数据和电能质量数据上传至特斯拉220kV变电站，再通过站内原有调度数据网上传至调度中心。

同时光伏发电站项目还应满足以下相关规定。

l 根据《光伏发电站接入电力系统的技术规定》GB/T 19964-2012的相关要求，光伏电站并网点需要装设满足《电能质量检测设备通用要求》GB/T 19862-2005标准要求的A类电能质量在线监测装置，并且监测点需要放置在并网点。该装置需要对光伏电站可能引起的谐波、电压偏差、频率偏差、电压波动和闪变、三相不平衡度、注入电网直流分量进行在线监测，并且需要具备通讯接口，能够远传电能质量数据。这些数据需要通过综合业务数据网上传至电能质量检测主站。

l 根据《电能质量评估技术导则 三相电压不平衡》DL_T 1375-2014的规定，接入公共连接点的每个用户引该点负序电压不平衡度允许值一般为1.3%，短时不超过2.6%。

l 根据《电能质量 供电电压偏差》GBT12325-2008的规定，220 V单相供电电压偏差为标称电压的+7%，-10%。

l 根据《光伏发电站接入电力系统的技术规定》GB/T 19964-2012的相关要求，光伏发电站应配置独立的防孤岛保护装置，动作时间应不大于2s。防孤岛保护还应与电网侧线路保护相配合。

综合本次项目要求及相关规定，本次分布式光伏并网项目在原有供电系统上进行改造，新增2个并网柜，需要在每个柜子中安装一台A类电能质量在线监测装置APView500PV对并网点电能质量进行实时监测，同时还需要安装一台防孤岛保护装置AM5SE-IS，当发生孤岛效应时可以及时切断并网柜断路器，避免事故的发生。具体配置方案如图2及图3所示。

图2  1#并网柜配置方案

图3  2#并网柜配置方案

各类设备主要实现的功能如下：

3 现场安装图片

本项目各类设备均就地安装于开关柜中，现场安装图片如下，目前装置在现场运行正常。

图4 装置现场安装图片

4 结语

电能质量监测装置通过实时监测光伏发电系统的电能质量，确保了电能质量的稳定性和可靠性。它能够及时发现并解决潜在问题，如电压波动、闪变、谐波污染等，确保光伏发电系统的正常运行。同时，电能质量监测装置还可以为分布式光伏项目的优化提供重要依据，帮助我们更加深入地了解光伏系统的性能表现，进而采取相应的措施对系统进行改进和优化。

防孤岛保护装置在分布式光伏项目中同样重要。当电网侧停电时，光伏侧仍然处于正常发电状态，并向电网侧送电，形成了孤岛效应。这给电网侧的检修人员带来了很大的安全威胁。防孤岛保护装置可以及时切断光伏系统与电网的连接，避免孤岛效应的产生，从而保护检修人员的安全。此外，防孤岛保护装置还可以在电网出现故障时迅速切断光伏系统与电网的连接，避免设备受到损坏，并在故障解除后自动恢复并网，确保了光伏项目的稳定运行。

未来随着可再生能源的快速发展和电网技术的不断进步，我们有望实现更加可靠的光伏发电系统，为推动绿色能源的发展和实现可持续能源供应做出更大的贡献。在这一过程中，电能质量在线监测装置和防孤岛保护装置的应用至关重要。它们确保了光伏发电系统的稳定运行和电能质量的提高，为分布式光伏项目的优化提供了重要依据。因此，电能质量在线监测装置和防孤岛保护装置在分布式光伏项目中的应用具有广泛的前景和深远的影响。

参考文献

[1] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.6月版

[2] 安科瑞35kV以及下变电所智能配电系统设计与产品二次原理图集.2020.10月版

[3] 安科瑞用户变电站综合自动化与运维解决方案.2021.3月版