摘要：在环境治理与能源转型的大背景下，分布式光伏作为清洁能源，成为优化能源结构、降低化石能源消耗的重要途径。对比传统火电，光伏发电具备低污染、低噪音的优势，可就地开发、就近消纳，助力区域节能减排，同时发挥削峰填谷作用，丰富电网供电形式。但随着分布式光伏装机规模持续增长，海量光伏终端设备对配网通信架构、实时监测、并网控制提出更高要求，通信与监控体系的合理搭建，是保障光伏电站与公共电网安全稳定协同运行的关键。本文以湖北荆门一马光彩大市场屋顶分布式光伏工程为实例，介绍项目并网接入方案、预制舱设计、继电保护与电能质量配置，阐述 Acrel-1000 分布式光伏监控系统分层分布式架构、软硬件配置与核心功能，为同类工商业屋顶光伏电站自动化系统建设提供工程参考。
关键词：分布式光伏；光伏监控系统；Acrel-1000；光伏并网；工商业屋顶
概述
湖北荆门一马光彩大市场屋顶分布式光伏项目，是响应国家能源结构调整政策打造的清洁能源示范工程。项目选址于荆门市东宝区东宝路 1 号，依托市场既有建筑屋顶资源建设光伏电站，总交流并网容量 3280kW，光伏电力经由用户侧配电站接入公共电网，归属荆门市供电公司调度管理。
本项目围绕分布式光伏并网落地难点开展方案设计，重点研究三项内容：一是评估并网接入条件，完成接入方案优化；二是搭建满足电网调度规范的电站自动化体系；三是规划适配现场设备的数据通信网络架构。
项目现场条件
现有电网接入条件
项目电源取自 220kV 变电站 10kV 630 二回线，线路型号 JKLYJ-240，载流量 553A。根据线路近三年最小负荷 0.11MW，在负载率上限 80% 约束下，线路理论可接入分布式电源容量 9.24MW。该线路当前已投运及在建分布式电源合计 0.009MW，剩余接入容量 9.23MW，能够承载本项目 3280kW 光伏接入需求。
从主变容量校核来看，变电站近三年最小负荷平均值 - 0.15MW，按 N-1 主变运行、负载率不超过 80% 核算，变电站可接入光伏总容量 179.81MW，现有已接入及待接入光伏合计 115.48MW，剩余可接入容量 64.33MW，本项目接入余量充足。
分布式光伏预制舱设计
本项目配置光伏预制舱，舱体外形尺寸 15000mm×4400mm×3500mm，舱门高度 2600mm，安全通道门高 2200mm。底座框架采用 20#H 型钢、14# 与 10# 槽钢、5# 角钢焊接成型；舱壁采用 2.0mm 波纹外板 + 50mm 防火岩棉保温层 + 1.0mm 镀锌内板复合结构。一次室底板铺设 3.0mm 钢板，二次室采用静电地板抬高 200mm。
预制舱基础做好排水构造，所有进出线缆位置做防水处理。电缆沟、出线套管的数量、尺寸、点位可结合现场工况调整，预埋件施工需水平校准，保障舱体拼接安装精度。外部楼梯正对舱体主门，舱内爬梯对应检修人孔。
项目技术方案
项目直流侧装机 4017kWp，交流侧并网容量 3280kW，设置 1 个并网点，划分 2 个光伏发电单元，采用全额上网运营模式。光伏组件发出直流电，经由组串式逆变器转换为交流电，通过干式升压变压器升压至 10kV，经开关柜接入厂区 10kV 用户母线完成并网。电站选用安科瑞 Acrel-1000 分布式光伏监控平台作为综合自动化核心，集成测量、保护、通信、远程控制能力，接入逆变器、高低压柜、保护装置等设备信号，搭建全站监控网络。系统采用分层分布式架构，通过工业以太网和现场层设备互联；现场单元按区域分散布置在逆变器区与箱变内部，具备独立自治能力，站控层网络中断时，现场层设备依旧可以完成就地监测与控制，保障系统运行可靠性。
升压变及高低压配电设备
项目配置 2 台 2000kVA 三相干式升压变压器，额定电压 10.5±2×2.5%/0.38kV，接线组别 Dy11，工频 50Hz，支持户外安装，能效指标满足现行国家规范。
继电保护与安全自动装置
电站一次设备配套微机保护装置，满足电网信息上传要求，保护配置遵循 GB14285－2006《继电保护和安全自动装置技术规程》。 1）10kV 线路保护：光伏出线柜配置方向过流保护，包含三段复压方向闭锁过流、三段零序过流、过负荷告警，集成低周减载功能，故障时快速隔离故障线路，防止事故扩大。 2）频率电压紧急控制：并网点断路器配置失压跳闸，不配置重合闸。依靠逆变器内置低压、频率保护实现解列，无需额外增设独立安全自动装置。
防孤岛保护
项目选用自带防孤岛功能的逆变器，可快速识别孤岛工况并切断与电网连接。防孤岛逻辑与继电保护、频压紧急控制、低电压穿越功能相互配合，满足电网并网安全要求。
电能质量监测
在公共连接点装设 A 级电能质量在线监测装置 APView500，符合 GB/T 19862 标准，持续监测电压、频率、谐波、不平衡度、闪变等指标，监测数据存储周期不少于 1 年。
调度自动化方案
本项目属于 10kV 并网工程，需要将电站有功功率、无功功率、功率因数、发电量、开关位置、功率调节、功率预测等数据上传至电网调度。场站配置 AGC 装置，支持接收并执行有功调节指令，具备一次调频能力，按时上传中长期、短期、超短期光伏功率预测数据。 通过通信管理机、协议转换器汇集逆变器、防孤岛保护、故障解列装置、电能质量监测、直流屏等设备数据，处理后上传 SCADA 与远动装置；远动数据经过纵向加密，依托 4G/5G 无线专网上传荆门供电公司地调。
计量配置
项目为全额上网模式，仅设置 1 处关口计量点，布置在光伏出线位置。 1）关口点装设三相三线双向电能表，计量上下网电量，配套 GPRS 现场终端，用于电量采集与电费结算。 2）并网点配置 C 级电能表 + GPRS 采集终端，采集电站总发电量，上传营销系统。设备配置数量以现场最终施工为准。
系统架构
本电站综合自动化系统采用安科瑞 Acrel-1000 分布式光伏监控系统，整体分为站控层 和就地层，开放式分层分布式网络架构。 站控层依托服务器、操作员站、远动工作站组成局域网络，作为全站监控管理中心，提供人机交互界面，下发控制指令，同时预留对接远端调度中心的通信接口。 就地层包含测控单元、通信模块、逆变器采集单元、多功能电表、微机保护、箱变测控等现场设备。就地单元直接采集原始电气数据，上传到站控平台，同时接收遥控指令，完成闭锁校验、同步判断后执行设备操作。每个光伏单元搭载无线采集终端，采集组件、逆变器、仪表、测控装置数据，通过无线网络上传监控平台。
项目设备清单
| 安装位置 | 型号 | 数量 | 功能说明 |
|---|---|---|---|
| 监控主机操作台 | Acrel-1000 光伏监控主机 | 1 | 集测量、保护、通信、遥控，实现光伏开关站综合自动化管理 |
| 光伏二次舱远动屏 | ANet-M485 | 1 | 本地采集扩展模块 |
| ANet-2E4SM | 1 | 站内数据采集，上传本地监控平台 | |
| ANet-4E16S | 1 | 全站数据汇总，向上对接调度中心 | |
| 双北斗时间同步装置 | 1 | 统一全站设备时钟 | |
| 纵向加密装置 | 1 | 电力安全区边界加密，保障远传数据安全 | |
| IES618 环网交换机 | 2 | 和箱变测控组成环网通讯 | |
| S1224F 交换机 | 1 | 站内局域网组网 | |
| 光伏二次舱安自屏 | AM6-K 公用测控 | 1 | 采集二次设备异常告警信号 |
| AM5SE-IS 防孤岛保护 | 1 | 检测孤岛故障，快速断开并网点 | |
| APView500PV 电能质量监测 | 1 | 谐波、暂降、闪变、不平衡度监测，事件记录 | |
| 原 10kV 开关站光伏接入柜 | AM5SE-F 线路保护测控 | 1 | 三段过流、失压跳闸、过压保护，故障跳闸 |
| 光伏预制舱出线柜 | AM5SE-F 线路保护测控 | 2 | 线路故障保护与测控 |
| 光伏预制舱 SVG 柜 | AM5SE-C 电容保护 | 1 | 电容器组过流、零序、过压保护 |
| 箱变 | 箱变测控装置 | 1 | 升压变一体化保护、测控、通讯 |
| 光伏二次舱 | 分布式快频系统屏 | 1 | 一次调频、AGC/AVC 群调群控 |
| 光功率预测屏 | 1 | 含气象站、功率预测服务器，上传发电预测曲线 |
系统功能
通信功能
1）数据采集：系统底层采用 Modbus TCP 协议，完成遥测、遥信、遥控、遥设。实时采集现场模拟量与开关状态，支持远程下发操作指令、整定设备参数。
2）报文监测：支持全站通信报文实时监视、分类筛选，异常报文高亮提示，报文记录可导出用于故障排查。
人机界面
系统人机界面支持双屏展示、画面无级缩放、漫游导航，内置网络拓扑动态着色，直观区分带电 / 停电设备。包含如下画面：
1）全站运行总览：电压电流、功率、频率、气象、辐照等实时参数
2）网络状态图：展示监控网络设备链路状态
3）发电量监视：逆变器发电数据柱状图、趋势曲线对比
4）发电单元详情：查看单单元运行参数，支持手动调节控制
5）保护定值、事件报表、二次回路配置
6）操作记录、事故追忆、SOE 事件顺序记录
7）历史趋势曲线、统计报表自动生成
结语
在新能源规模化并网与电力市场改革背景下，分布式光伏电站对二次自动化系统的可靠性、调度适配能力、网络安全提出更高要求。光伏电站自动化方案设计需要兼顾当下工程落地需求与长期扩容空间。本湖北荆门一马光彩大市场屋顶光伏项目采用 Acrel-1000 分布式光伏监控系统，依托分层分布式架构，完成全站设备数据采集、就地保护、远程调控、调度数据上传，同时配套微机保护、防孤岛、电能质量监测、光功率预测、一次调频 AGC/AVC 整套设备，满足全额上网工商业屋顶光伏电站的并网规范与运维管理需求，为国内同类工商业分布式光伏项目自动化建设提供可参考的工程方案。