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          分布式光伏電站運維平臺在石化行業的應用光伏發電數據實時監控

          更新時間:2023-07-19   點擊次數:636次

          摘要:為實現綠色發展和“凈排放"的目標,近些年來國內外不少能源化工企業進入光伏發電領域。如何做好光伏電站的運行維護,成為石化企業不得不思考的重要課題。本文從分布式光伏電站消防安全、作業安全、環保管理等方面進行思考,通過識別在光伏電站運維期的關鍵因素,提供解決措施的實踐供同行們參考。

          關鍵詞:石化企業;光伏電站;運維管理;消防安全

          在新時代綠色發展大背景下,能源的潔凈化已經成為一種不可逆轉的趨勢。國內外不少化工能源企業提出了“凈排放"的目標,并且不少企業已經在自用廠房和合作伙伴廠房建設光伏電站,獲取清潔能源。因此,進入全新領域的石化企業,如何更好的開展光伏電站的運行維護,這成為我們不得不思考的重要課題。本文從分布式光伏電站消防安全、作業安全、環保管理等方面進行思考,通過識別光伏電站運維期的關鍵因素,提供實踐的解決措施供同行們參考。

          1、石化企業建設運營光伏電站的模式

          分布式光伏發電為采用太陽能光伏組件,通過光生伏打效應將太陽能直接轉換為電能。電力的輸出一般為自發自用余電上網模式。當前石化企業在自有物業房頂建設分布式電站,一般在非危險倉庫或者一般倉庫屋頂進行建設,也有在加油站、加油船上建設。此外,還有直接對外投資在合作伙伴廠房屋頂建設分布式光伏電站并持有運營以及探索建設大型地面電站。

          而不管在自有物業還是合作伙伴工業廠房屋頂建設光伏電站,鑒于自發自用模式,用電方較為關注安全穩定的電能供給。因此,如何安穩長滿優的運行好光伏電站,確保運行期間人員安全、環境友好,是值得研究的課題。

          2、分布式光伏電站防火防爆措施探討

          部分石化企業在自有物業建設分布式光伏時,在要求防爆的場所IECZone2區域也布置了太陽能光伏組件。此外,由于光伏電站的火災一般為E類火災,在消防員滅火時要切斷所有電源,但是光伏陣列是一個能產生高壓電的隱形電源,它的直流側高壓是斷開不了的。這給消防員帶來很大的觸電風險。因此,采取措施預防火災的發生意義重大。

          2.1消除人的不安全行為引起的火災。

          在光伏電站火災事故中,如何控制點火源非常關鍵。首先要控制人的不安全行為,不專業的檢修和誤操作使光伏電站系統出現短路、接觸不良、電弧、電火花等火源引起火災。在連接光伏組件組串的MC4標準快速接頭時,沒有采用專用工具緊鎖MC4接頭,會失去防水效果。接頭放置位置不合適也會引起短路起火。一般應把接頭放在光伏組件北面的支架槽內,不得暴露在兩個組件之間,防止下雨雨水入侵導致短路起火。

          2.2電氣設備防火防爆的控制

          首先,在防爆區域安裝的光伏系統,特別是電纜封裝部位、太陽能光伏組件須達到防爆要求,取得認證。有研究認為,在光伏電站火災中由直流電弧引起的占40%。在直流電源側,有光伏組件、匯流箱、逆變器等等電氣設備,整個電站的接頭上萬個。任何接頭的松動都會引起直流電弧。因此,應使用合格電纜、阻燃電纜和其他合格的電氣設備。

          2.3防止外部環境變化產生點火源引起火災

          在第三方合作伙伴廠房屋頂建設分布式光伏電站,屋頂的所有權和管理權為合作伙伴,在長達25年合作期期間,廠家可能還會繼續使用廠房屋頂,在屋面堆放易燃易爆物品、開口排放高溫煙氣、工人對屋頂彩鋼瓦進行打磨除銹噴漆甚至誤操作電氣設備等等。這些都會產生點火源引起火災。

          2.4消防設施與防控措施

          一般在石化企業自用物業建設分布式光伏電站時已按照石化企業要求配備消防設備設施。對于商業化的分布式光伏電站,要針對屋頂光伏組件及附屬電氣設備著火配備必要的滅火器。為方便人員發現初起火災發生時,能及時拿到滅火器進行滅火。應在屋頂入口處以及在發生火災風險等級高的設備附近擺放,并在醒目位置張貼標識。微觀選址擺放時,盡量選擇在陰涼遮陽處,實在不能避免長時間太陽直射時,則應加裝遮陽板等防護設施,嚴禁不使用滅火箱直接讓滅火器裸露在外。還要預防雷電。要按照要求對防雷設施定期檢測,每年至少一次,涉及防爆區域每年不少于2次。

          3、運維作業安全風險及防控措施

          無論光伏電站還是其他電站,運行維護期間防范人員觸電都是關注點,眾多文獻進行了研究。本文對防控高處墜落進行探討。標準化工業廠房屋頂一般為混凝土結構或彩鋼瓦,離地面高度地面幾米至幾十米。因此,高處墜落風險居高。

          高處墜落的風險識別與防控。高處墜落較多發生在攀爬及在屋面作業過程中。一般工業廠房會設置鋼直爬梯通往屋面,執行《固定式鋼梯及平臺安全要求》(GB4053.1-2009)的直爬梯,與電力行業標準《變電站建筑結構設計技術規程》(DL/T5457-2012)相比,要求強制設置護籠,攀登高度大于10m時采用多段梯,梯段水平交錯布置,并設梯間平臺,安全防護設施標準更高。但運維人員要從無護籠的便利中轉變思維與行為,不能再隨身攜帶過大的工具,且應將工具放入合格的工具包,防止工具跌落對地面人員造成物體打擊傷害,應到達屋面后采用其他方式傳遞大件工具(清洗光伏組件的工具等)到作業面。

          屋面作業時,注意防止臨邊作業墜落。預防在屋面的彩鋼瓦薄弱環節處產生塌陷導致人員墜落。一般屋面會設置采光帶,常見的采光帶材質為PVC,不抗老化。從本質安全的角度出發應更換為抗老化的采光帶,另外還可在屋面的采光帶處設置安全防護網。定期對彩鋼瓦進行檢查,不能兩人同時踩踏在一塊瓦面上,同時作業時要有合理間隔,降低單體瓦面的載荷。

          按照《特種作業人員安全技術培訓考核管理規定》(總局30號令)要求,經常在屋頂進行巡檢和組件的清洗作業的運維人員,要經高處作業特殊培訓并取得相應資格證書。凡患有未控制的高血壓、恐高癥等不適于高處作業疾患的人員,不得從事高處作業。

          4、探討分布式光伏電站的環保管理

          4.1施工期環保管理

          施工期間,主要存在環境危害因素為固體廢棄物、噪音、揚塵、廢水。運輸車輛進場時帶來的揚塵,在施工安裝期間切割、搬運引起的噪音,這些都隨著施工的結束自然消散。在環保驗收時核實施工時當地周圍環境造成的破壞有無按照規定進行恢復。施工時廢水排放是否合規,是否對周邊環境造成污染,相關污漬是否清除干凈;施工產生的廢渣廢料(光伏組件包裝物、電纜廢氣邊角料等)是否妥善處理,是否按要求進行打包回收;施工時臨時物料(水泥、沙石等)堆放場地,退場后是否按要求清理干凈;電纜鋪設破壞的植被是否恢復等等都要核實敦促承包商整改到位。

          此外,還要注意各類電氣設備可能產生的不良環境影響,核實采購質量是否可靠。如核查光伏組件是否符合環保條件(電池表面涂有防反射涂層,封裝玻璃表面經過特殊處理)無光污染產生;變壓器、逆變器是否符合標準,運行中是否產生不正常噪聲污染。最后,要嚴格執行環?!叭瑫r"管理規定,清洗組件后的廢水排放設施要與主體工程配套銜接,同時竣工??傊?,通過檢查和整改能為正式運維營造清潔環保的基礎。

          4.2運維期環保管理

          正常運維期,會產生一般固體廢物和生活垃圾,清洗太陽能組件時產生一般廢水,更換電池也會產生危險廢物(廢舊電池)。因此,維修過程中對產生的一般固體廢物合理進行分類并及時處理;在清洗組件時采用清潔環保的清洗劑,產生的廢水引流至相應的排水系統中排放;要規劃好垃圾桶的擺放位置,按照當地政府要求進行垃圾分類;不間斷電源電池如若有膨脹變形及漏液現象,需及時更換,廢電池交由專業公司處理,不可隨意處置造成環境污染。

          上述生產運維過程中的環境保護措施,要制定工作程序形成操作規程,監督員工執行到位。

          5、安科瑞分布式光伏運維云平臺介紹

          5.1概述

          AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺通過監測光伏站點的逆變器設備,氣象設備以及攝像頭設備、幫助用戶管理分散在各地的光伏站點。主要功能包括:站點監測,逆變器監測,發電統計,逆變器一次圖,操作日志,告警信息,環境監測,設備檔案,運維管理,角色管理。用戶可通過WEB端以及APP端訪問平臺,及時掌握光伏發電效率和發電收益。

          5.2應用場所

          目前我國的兩種分布式應用場景分別是:廣大農村屋頂的戶用光伏和工商業企業屋頂光伏,這兩類分布式光伏電站今年都發展迅速。

          5.3系統結構

          在光伏變電站安裝逆變器、以及多功能電力計量儀表,通過網關將采集的數據上傳至服務器,并將數據進行集中存儲管理。用戶可以通過PC訪問平臺,及時獲取分布式光伏電站的運行情況以及各逆變器運行狀況。平臺整體結構如圖所示。

          5.4系統功能

          AcrelCloud-1200分布式光伏運維云平臺軟件采用B/S架構,任何具備權限的用戶都可以通過WEB瀏覽器根據權限范圍監視分布在區域內各建筑的光伏電站的運行狀態(如電站地理分布、電站信息、逆變器狀態、發電功率曲線、是否并網、當前發電量、總發電量等信息)。

          5.4.1光伏發電

          5.4.1.1綜合看板

          ●顯示所有光伏電站的數量,裝機容量,實時發電功率。

          ●累計日、月、年發電量及發電收益。

          ●累計社會效益。

          ●柱狀圖展示月發電量

          5.4.1.2電站狀態

          ●電站狀態展示當前光伏電站發電功率,補貼電價,峰值功率等基本參數。

          ●統計當前光伏電站的日、月、年發電量及發電收益。

          ●攝像頭實時監測現場環境,并且接入輻照度、溫濕度、風速等環境參數。

          ●顯示當前光伏電站逆變器接入數量及基本參數。

          5.4.1.3逆變器狀態

          ●逆變器基本參數顯示。

          ●日、月、年發電量及發電收益顯示。

          ●通過曲線圖顯示逆變器功率、環境輻照度曲線。

          ●直流側電壓電流查詢。

          ●交流電壓、電流、有功功率、頻率、功率因數查詢。

          5.4.1.4電站發電統計

          ●展示所選電站的時、日、月、年發電量統計報表。

          5.4.1.5逆變器發電統計

          ●展示所選逆變器的時、日、月、年發電量統計報表

          5.4.1.6配電圖

          ●實時展示逆變器交、直流側的數據。

          ●展示當前逆變器接入組件數量。

          ●展示當前輻照度、溫濕度、風速等環境參數。

          ●展示逆變器型號及廠商。

          5.4.1.7逆變器曲線分析

          ●展示交、直流側電壓、功率、輻照度、溫度曲線。

          5.4.2事件記錄

          ●操作日志:用戶登錄情況查詢。

          ●短信日志:查詢短信推送時間、內容、發送結果、回復等。

          ●平臺運行日志:查看儀表、網關離線狀況。

          ●報警信息:將報警分進行分級處理,記錄報警內容,發生時間以及確認狀態。

          5.4.3運行環境

          ●視頻監控:通過安裝在現場的視頻攝像頭,可以實時監視光伏站運行情況。對于有硬件條件的攝像頭,還支持錄像回放以及云臺控制功能。

          5.5系統硬件配置

          5.5.1交流220V并網

          交流220V并網的光伏發電系統多用于居民屋頂光伏發電,裝機功率在8kW左右。

          部分小型光伏電站為自發自用,余電不上網模式,這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置,避免往電網輸送電能。光伏電站規模較小,而且比較分散,對于光伏電站的管理者來說,通過云平臺來管理此類光伏電站非常有必要,安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面:

          名稱


          型號

          功能

          應用

          光伏運維云平臺


          AcrelCloud-1200

          監測光伏發電功率、發電量、功率曲線、發電日月年報表、設備信息、故障報警、氣象數據等

          應用于單臺逆變器數據采集和上傳云平臺

          智能網關


          ANet-1E1S1-4G

          嵌入式linux系統,網絡通訊方式具備Socket方式,支持XML格式壓縮上傳,提供AES加密及MD5身份認證等安全需求,支持斷點續傳,支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104協議

          防逆流裝置

          (選用)


          ACR10R-D10TE

          防止光伏系統向電網輸送功率,用于單相光伏發電系統

          戶用逆變器

          逆變器推薦:

          華為戶用逆變器SUN2000-5/6/8/10/12KTL-M1

          固德威GW8000-DT

          錦浪GCI-1P(4-6)K,GCI-1P(9-10)K

          推薦通訊方式RS485

          5.5.2交流380V并網

          根據國家電網Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網技術規定》,8kW~400kW可380V并網,超出400kW的光伏電站視情況也可以采用多點380V并網,以當地電力部門的審批意見為準。這類分布式光伏多為工商業企業屋頂光伏,自發自用,余電上網。分布式光伏接入配電網前,應明確計量點,計量點設置除應考慮產權分界點外,還應考慮分布式電源出口與用戶自用電線路處。每個計量點均應裝設雙向電能計量裝置,其設備配置和技術要求符合DL/T448的相關規定,以及相關標準、規程要求。電能表采用智能電能表,技術性能應滿足國家電網公司關于智能電能表的相關標準。用于結算和考核的分布式電源計量裝置,應安裝采集設備,接入用電信息采集系統,實現用電信息的遠程自動采集。

          光伏陣列接入組串式光伏逆變器,或者通過匯流箱接入逆變器,然后接入企業380V電網,實現自發自用,余電上網。在380V并網點前需要安裝計量電表用于計量光伏發電量,同時在企業電網和公共電網連接處也需要安裝雙向計量電表,用于計量企業上網電量,數據均應上傳供電部門用電信息采集系統,用于光伏發電補貼和上網電量結算。

          部分光伏電站并網點需要監測并網點電能質量,包括電源頻率、電源電壓的大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波THD、閃變等,需要安裝單獨的電能質量監測裝置。部分光伏電站為自發自用,余電不上網模式,這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置,避免往電網輸送電能,系統圖如下。

          這種并網模式單體光伏電站規模適中,可通過云平臺采用光伏發電數據和儲能系統運行數據,安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面:

          名稱


          型號

          功能

          應用

          光伏運維云平臺


          AcrelCloud-1200

          監測光伏發電功率、發電量、功率曲線、發電日月年報表、設備信息、故障報警、氣象數據等

          應用于多臺逆變器、計量儀表及氣象數據采集和上傳云平臺

          智能網關


          ANet-1E2S1-4G

          嵌入式linux系統,網絡通訊方式具備Socket方式,支持XML格式壓縮上傳,提供AES加密及MD5身份認證等安全需求,支持斷點續傳,支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104協議

          電能質量監測


          APView500

          電網頻率,電壓、電流有效值,有功功率、無功功率、視在功率及功率因數,電壓偏差,頻率偏差,三相電壓不平衡度、三相電流不平衡度;三相電壓、電流各序分量;基波電壓、電流,功率、功率因數、相位等,諧波(2~50次)。包括電壓、電流的總諧波畸變率、各次諧波電壓、電流含有率、有效值、功率等,諧波群,間諧波電壓波動、閃變??奢斎?7.7V/100V或220V/380V。

          靜態無功補償


          ANSVG100-400

          光伏并網時主要提供有功功率,這樣市電側有功減少,而無功不變,這樣會導致功率因數降低,通過無功補償裝置可以提高系統功率因數。

          防逆流裝置


          ACR10R-D10TE4

          防止光伏系統向電網輸送功率,用于三相光伏發電系統

          直流電表


          DJSF1352

          電壓輸入DC750V,電流輸入DC300A/75mV,在分布式光伏項目中適用于儲能回路等直流信號設備電量測量和電能計量使用


          DJSF1352RN


          PZ96L-DE

          逆變器

          逆變器推薦:

          陽光電源組串式逆變器SG(30~110)CX系列、SG136TX、SG225HX、SG320HX

          華為商用逆變器SUN2000-30/36/40KTL-M3、SUN2000-60KTL-M0、SUN2000-100KTL-M0

          固德威GW(25~80)K-MT、GW100K-HT、GW120K-HT、GW136K-HTH等

          錦浪GCI-3P(12-25)K、GCI-(25-110)K、GCI-(125-230K)-EHV-5G等

          推薦通訊方式RS485

          5.5.310kV或35kV并網

          根據《國家能源局關于2019年風電、光伏發電項目建設有關事項通知》(國發新能〔2019〕49號),對于需要國家補貼的新建工商業分布式光伏發電項目,需要滿足單點并網裝機容量小于6兆瓦且為非戶用的要求,支持在符合電網運行安全技術要求的前提下,通過內部多點接入配電系統。

          此類分布式光伏裝機容量一般比較大,需要通過升壓變壓器升壓后接入電網。由于裝機容量較大,可能對公共電網造成比較大的干擾,因此供電部門對于此規模的分布式光伏電站穩控系統、電能質量以及和調度的通信要求都比較高。

          光伏電站并網點需要監測并網點電能質量,包括電源頻率、電源電壓的大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波THD、閃變等,需要安裝單獨的電能質量監測裝置。

          上圖為一個1MW分布式光伏電站的示意圖,光伏陣列接入光伏匯流箱,經過直流柜匯流后接入集中式逆變器(直流柜根據情況可不設置),最后經過升壓變壓器升壓至10kV或35kV后并入中壓電網。由于光伏電站裝機容量比較大,涉及到的保護和測控設備比較多,主要如下表:

          名稱


          型號

          功能

          應用

          光伏運維云平臺


          AcrelCloud-1200

          監測光伏發電功率、發電量、功率曲線、發電日月年報表、設備信息、故障報警、氣象數據等

          應用于6MW以下光伏變電站

          電力監控系統


          Acrel-2000

          電力監控系統,實現對光伏發電站。測、。信、???、異常報警、故障記錄和分析等功能,接收調度系統指令對光伏電站進行調節和控制。

          并網柜


          AZG光伏并網柜

          容量涵蓋范圍廣,可涵蓋2000A以下用戶并網需求;

          安裝方便,外觀美觀大氣;

          可選配檢有壓合閘、失壓跳閘等功能,對光伏系統進行失壓,欠壓保護,及自動合閘功能;

          可預留獨立鉛封計量室,光伏發電一目了然;

          可根據客戶需求配用國內外廠家元件;

          可選配電能質量在線監測裝置檢測光伏發電系統的各電參量,并與后臺聯機通訊,實現智能化管理;

          可選配防孤保護及逆功率保護功能;

          具有RS485通訊接口,使用ModBus-RTU通訊協議

          匯流箱


          APV光伏匯流箱

          防護等級為IP65,滿足室內外安裝要求;

          采用霍爾傳感器,隔離測量,16路輸入;

          耐壓DC1kV,熔斷電流可選擇;

          可選電壓測量功能,測量電壓DC1kV;

          具有RS485通訊接口,ModBus-RTU通訊協議;

          可根據客戶需求配用國內外廠家的光伏專用直流斷路器,光伏專用直流熔斷器、防雷保護器等元件。

          智能網關


          ANet-1E2S1-4G

          嵌入式linux系統,網絡通訊方式具備Socket方式,支持XML格式壓縮上傳,提供AES加密及MD5身份認證等安全需求,支持斷點續傳,支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104協議,支持和調度系統遠動通訊。

          微機保護測控裝置


          AM5SE

          適用于35kV和10kV電壓等級的線路保護測控、變壓器差動、后備保護測控等功能

          電能質量監測


          APView500

          電網頻率,電壓、電流有效值,有功功率、無功功率、視在功率及功率因數,電壓偏差,頻率偏差,三相電壓不平衡度、三相電流不平衡度;三相電壓、電流各序分量;基波電壓、電流,功率、功率因數、相位等,諧波(2~50次)。包括電壓、電流的總諧波畸變率、各次諧波電壓、電流含有率、有效值、功率等,諧波群,間諧波電壓波動、閃變??奢斎?7.7V/100V或220V/380V。

          弧光保護裝置


          ARB5

          集保護、測量、控制、監測、通訊、故障錄波、事件記錄等多種功能于一體,準確實時監測弧光信號,保護電流,適用于中低壓等級電網的弧光故障迅速切除裝置。

          光伏匯流采集裝置


          AGF-M16T

          一次電流采用穿孔方式接入,20A,穿孔方式接入,安裝方便,安全性高

          帶3路開關量狀態監測,可以對匯流箱內的防雷器、斷路器狀態進行監控

          具有內部測溫功能,可實時監測箱內溫度,保證電氣安全

          具有DC1500V母線電壓測量功能

          具備RS485接口,Modbus-RTU協議,將監測數據上傳至后臺系統

          直流電表


          DJSF1352

          電壓輸入DC750V,電流輸入DC300A/75mV,在分布式光伏項目中適用于儲能回路等直流信號設備電量測量和電能計量使用


          DJSF1352RN


          PZ96L-DE

          多功能電表


          APM800

          各電壓等級全電氣參數測量、計量和狀態量采集

          逆變器

          逆變器推薦:

          陽光電源集中式逆變器SG500MX等

          華為商用逆變器SUN2000-196KTL-H3、SUN2000-175KTL-H0等

          固德威GW100K-HT、GW120K-HT、GW136K-HTH等

          錦浪GCI-(125-230K)-EHV-5G等

          推薦通訊方式RS485

          結語

          總之,石化企業不管是自用光伏電站還是對外投資的光伏電站,在運維時都要確保安全穩定的電能供給。要從消防安全、作業運維時防止高處墜落、光伏電站環保管理等方面夯實光伏電站運維的基礎,不斷提高光伏系統發電效率,促進綠色低碳潔凈能源的發展。




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