6.3 电气二次

6.3.1 计算机监控系统

6.3.1.1 概述

为适应系统调度的要求，提高电站自动化和运行管理水平，曲阳光伏电站采用计算机监控系统进行自动化控制。光伏电站的运行远期按“无人值班，少人值守”的原则设计。

6.3.1.2 系统结构和功能

计算机监控系统采用全开放式分层分布结构，整个系统纵向分为三层，即现地层、通信网络层和站控层，并通过远动网关与当地调度部门通信实现调度自动化。

太阳能电场分为三级监控，可在各逆变器室对单台并网逆变器进行监控；可在太阳能光伏电场的中央控制室对并网逆变系统及变送电设备集中监控，根据需要也可在地调或中调对太阳能光伏电场设备和110kV升压变电站实行远方监控。

现地层由全分散式的防雷汇流箱数据采集处理装置、并网逆变器监控单元、环境参数采集仪及厂站一次设备的保护、测量、计量设备、直流系统等设备组成。

通信网络层主要完成现地层和站控层之间的数据交换。为提高传输速率和增加可靠性，网络通信媒体采用对称双绞线电缆和光缆，站内主网采用光缆结构的以太网，对应的现地层设备通过网络设备与主网连接。

站控层即工作站层，主要完成信息的收集与综合处理，站控层配置两套操作员工作站，一套工程师工作站，一套培训工作站，两套远动工作站。就地监控及远动均采用双机备用，增加可靠性。监视主机、远动工作站从站内通信网上获得所需数据，监控主机可进行当地操作，并形成当地报表，远动工作站通过远动通道向调度端传送信息。

站控层和现地层的操作应相互闭锁，现地控制设备在脱离站控层和网络时，能够独立完成太阳能电场设备和110kV升压变电站的控制操作。

计算机监控系统的站控层和通信网络层设备布置在控制楼的中控室内，在各逆变器室设计算机监控子系统，通过计算机监控系统实现对光伏阵列并网系统及110kV升压变电站的集中监控和管理。

6.3.1.3 主要功能

计算机监控系统的主要包括下列功能。

（1）实时数据采集和处理。对光伏方阵、并网逆变器和110kV升压变电站的运行状态和参数自动定时进行采集，存入数据库，用于显示器画面更新、控制调节、记录检索、操作指导及事故记录和分析。

（2）安全监视。对采集的模拟量、状态量和保护信息进行自动监视，当被测量越限、保护动作、非正常状态变化、设备异常时，能及时在当地或远方发出告警信号，推出报警画面，显示异常区域。同时进行实时记录，包括事件顺序记录（SOE）、故障报警记录、参数越限报警与记录、电气主设备操作记录、事故追忆等。

（3）事件顺序记录。光伏发电系统或设备发生故障时，应对异常状态变化的时间顺序自动记录、存储、远传。

（4）数据库管理。对实时数据库和历史数据库的及时定时的刷新、扩充和维护。

（5）控制操作。可实现对110kV升压变电站断路器的合、分控制，主变中性点刀闸的合、分控制，并具有防误操作功能及主变有载调压开关的升压、降压、急停控制。可以单独对每台光伏并网逆变器进行参数设置，根据实际的天气情况设置逆变器系统的启动和关断顺序。

（6）电能量处理。可实现有功和无功电度的计算和电度表分时统计、运行参数的统计分析。

（7）远动功能。曲阳光伏工程的计算机监控系统设有远动工作站，通过远动工作站实现与省中调或地调遥测、遥信、遥控和遥调等功能。

（8）时钟同步。监控系统采用GPS标准授时信号进行时钟校正，同时具备通过远动通信设备接收调度时钟同步的能力。

（9）人机联系。操作员工作站是计算机监控系统与运行人员联系的主要界面，工程师站是计算机监控系统与专职维护人员联系的主要界面，现地层就地控制提供少量重要参数的显示和操作按键，是应急情况下的备用界面。

（10）系统自诊断与自恢复。能在线诊断各软件和硬件的运行工况，对系统内冗余配置的设备进行管理，及时显示和打印故障报警信息。

（11）与故障录波器、微机保护装置和其他智能设备的通信功能。

（12）计算机监控系统能根据运行要求，实现各种管理功能。

6.3.2 光伏阵列并网系统保护及监测

光伏阵列并网系统作为电力系统的一部分，有相应的保护和检测装置，一方面防止孤岛效应；另一方面需要防止线路事故或功率失稳。

（1）逆变器保护。工程光伏并网系统逆变器具有系统过电压、系统欠电压、系统过频率、系统低频率保护功能。在温度异常、保险丝熔断、交流过电流、直流欠电压、直流过电压、直流过电流等异常情况下，逆变器能及时将逆变器与电网断开，保证系统安全运行。

（2）防孤岛效应。光伏并网逆变器采用了两种“孤岛效应”检测方法，包括被动式和主动式两种检测方法，被动式检测方法指实时检测电网电压的幅值、频率和相位，当电网失电时，检测的电网电压的幅值、频率和相位的参数上，产生跳变信号，通过检测跳变信号来判断电网是否失电；主动式检测方法指对电网参数产生小干扰信号，通过检测反馈信号来判断电网是否失电。并网逆变器在检测到电网失电后，会立即停止工作，当电网恢复供电时，需要持续检测电网信号在一段时间内完全正常，才重新投入运行。

并网逆变器为并网发电系统提供完善的监测手段，系统通信通过RS-485总线通信，每台逆变器安装一块通信板，并应有光伏方阵温度采集接口，中控室监控系统安装有数据采集板，数据采集板主要采集环境温度、光照度、风速等相关参数。中控室操作员站可实时显示累计发电量、方阵电压、方阵电流、方阵功率、电网电压、电网频率、实际输出功率等参数。

6.3.3 光伏阵列电池板检测及保护

在每个汇流箱内设置电压及电流检测装置，当回路电池组中出现电池板故障或接线故障时，通过检测电流及电压，在中控室发出报警信号，显示故障部位，提示工作人员及时维修。

为防止直流回路短路，损害逆变器，因此在逆变器和太阳能板方阵中间安装直流断路器，直流断路器应满足太阳能板方阵正常电流输出，同时满足方阵系统最高电压1.5倍的冲击。

6.3.4 主要电气设备的继电保护

继电保护设备按《继电保护和安全自动装置技术规程》（G B/T 14285—2006）及有关标准、规定并结合曲阳光伏电站的具体情况进行配置。所有保护装置均采用微机型成套保护装置。

系统保护根据设计规程及电力系统的要求设置，主要包括110kV线路保护、故障录波器等。

元件继电保护包括主变压器保护、站用电变压器保护、逆变器交流侧三绕组变压器保护、逆变器室至升压站10kV线路保护等。

（1）主变压器保护。主变压器保护主保护配置为差动速断，比率差动（采用二次谐波制动），主变压器瓦斯保护，变压器有载调压瓦斯。

主变压器后备保护配置为：①复合电压闭锁过流保护；②过负荷；③过载闭锁有载调压。

（2）站用变压器保护。10kV站用变压器保护配置三段式过流保护、低压侧接地保护、过负荷报警、非电量保护，保护装置分散安装于开关柜上。

（3）10kV线路保护。10kV线路保护配置电流速断保护，定时限过电流保护，零序电流保护，保护装置分散安装于开关柜上。

6.3.5 操作电源系统

直流控制电源系统的设计按《电力工程直流系统设计规程》（D L/T 5044—2004）的规定执行。在中控室设置1套直流系统，包括1组容量为200Ah，额定电压为直流220V的阀控式密封铅酸蓄电池和1套高频开关充电装置，直流母线采用单母线接线。

光伏电站设置1套UPS电源装置，不自带蓄电池。UPS的交流输入电源由0.4kV厂用交流电源提供，直流电源由电站直流系统提供。UPS组成1面不间断电源屏，另设1面交流电源屏。

6.3.6 视频监视系统

为便于值班人员实时直接观察电站主要设备的现场情况，记录事故、故障状态及发生的位置和时间，设置1套视频监视系统。监视对象为光伏阵列、逆变器室及110kV升压变电站。视频监视系统由控制中心设备、信号传输部分、分布于电站各处的摄像设备三部分组成。场区内关键位置，各个逆变器室内以及管理区内均布置有摄像监控设备，监控数据汇集至中控室内。视频监视系统还兼有保安功能。

6.3.7 二次接线及设备布置

遵循《火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程》（D L/T 5136—2001）的规定进行曲阳光伏工程二次接线的设计。根据《电测量及电能计量装置设计技术规程》（D L/T 5137—2001）的有关规定，由计算机监控系统实现模拟量采集功能，满足相应的电测量要求。计量功能由电能表完成，通过规约转换装置与站内主网连接。

曲阳光伏电站的继保室设置在控制楼，继保室布置全站的测控保护柜、公用柜、直流电源柜、蓄电池柜、电能表柜、故障录波柜、通信柜等。屏位按本期电站规划容量建成，留有增加少量屏位的余地。中控室内设抗静电活动地板，设置值班操作台，上设监控主机、视频安防监视器等设备。

6.3.8 火灾报警控制系统

6.3.8.1 系统及其功能概述

根据工程各建筑物的布置、运行功能、管理方式，设一套火灾自动报警控制系统。报警系统从监测、报警、控制三方面进行设计。一旦发生火情，火灾自动报警控制系统根据各探测设备所发出的火警信号自动或手动发出报警信号及消防联动控制指令，并对火灾信息进行记录、显示和打印。

6.3.8.2 火灾监测报警及控制范围

火灾监测的范围包括：110kV升压变电站内的高低压配电室、控制室、继保室、主要电缆沟和电缆通道等重要房间和部位。

联动控制的范围包括：声光报警器、消防水泵、通风机、空调等设备。

6.3.8.3 设备布置

火灾自动报警控制系统采用总线制。采用一台区域型火警控制器设在升压变电站的控制室内，具有接收所有火灾报警输入及联控所有相关消防设备的功能，能显示并打印火警及消防设备运行情况，能通过手动按钮，采用多线制直接控制消防水泵。

高低压配电室、控制室、继保室设点式智能型感烟探测器，电缆沟和电缆通道分段设置缆式线型感温火灾探测器，走廊、门口等人员经过处设手动火灾报警按钮和声光报警器。

火警信号联动启动声光报警器，停止所有部位的通风机和空调。

在控制室设一部119专用消防电话。

6.3.8.4 系统供电

火警控制器主电源从电站低压厂用电引双路交流220V供电，控制器带有蓄电池作为备用电源。

6.3.8.5 布线

火警信号的传输线路采用阻燃铜芯屏蔽电缆，穿钢管暗敷或明敷，明敷时采用刷防火涂料等措施以达到耐火配线要求。

6.3.9 环境监测系统

光伏电站内配置有一套环境监测仪，实时监测总辐射量、直射辐射量、散射辐射量、最大瞬间辐射强度、最佳倾角面上的日照辐射、气温、风速、风向、日照时数等参数。环境监测仪的观测装置包括：日照辐射表、测温探头、风速传感器、风向传感器、控制盒等；设备应按照《地面气象观测规范》（Q X/T 55—2007）的规定进行安装和实时观测记录，所得数据应准确可信。观测装置的安装位置应视野开阔，且在1年当中日出和日没方位应没有大于5°的遮挡物。环境监测仪所获得的实时监测数据通过R S485通信接口接入光伏电站计算机监控系统。

6.3.10 光功率预测系统

光伏电站内设有一套光功率预测系统。该系统具有可扩容性、安全可靠性、开放性、准确性，并满足并网要求，该系统具有下列功能。

（1）满足相应并网考核要求。

（2）系统稳定可用，未来24h预测精度大于85%。

（3）充分利用光资源，为电池板、汇流箱、逆变器等维修时间提供预测指导，以取得经济效益。

（4）短期光伏功率预测时效不小于168h，时间分辨率不小于15min

（5）超短期光伏预测时效不小于4h，时间分辨率应不小于15min

6.3.11 电能质量

6.3.11.1 在线监测

曲阳光伏电站继保室内配有一套在线电能质量监测装置，能够实时监测光伏电站向当地电网送出的电能质量，监测项目包括谐波和波形畸变、直流分量、频率、电压偏差、电压不平衡度、电压波动和闪变等。装置所监测得数据能够远传至调度部门，保证电网企业对电能质量的监控。

6.3.11.2 低电压及零电压穿越

根据相关规范要求，光伏电站逆变器具有一定的低电压及零电压耐受能力。当光伏电站并网点出现电压跌落时，在电压跌落的一定范围内，电站能够短时间内不间断保持并网运行。

6.3.12 调度自动化

6.3.12.1 远动

曲阳光伏电站采用计算机监控系统，该系统将电站的主要参数和主要设备的运行状态实时送至当地电力调度中心。

调度自动化所需远动信息由光伏电站计算机监控系统采集后，通过远动网关向调度端传送，调度端下达的控制、调整命令经远动网关送至电站计算机监控系统，由计算机监控系统处理、执行。

（1）远动信息内容。根据本期工程建设规模和调度自动化设计有关规定，应采集下列远动信息。

1）遥测。

110kV线路有功功率、无功功率、电流和有功电能量。

主变压器高压侧有功功率、无功功率、电流。

全厂发电有功功率总加和无功功率总加。

无功补偿的无功功率。

10kV线路有功功率、无功功率、电流。

110kV、10kV电压。

2）遥信。

110kV、10kV断路器和隔离开关位置信号。

110kV、10kV继电保护动作信号。

主变压器继电保护动作信号。

全站事故总信号。

3）遥控和遥调。

110kV、10kV断路器的投切。

有载调压变压器抽头的调节。

（2）远动通道。曲阳光伏电站至河北省调的远动通道传输通道由通信专业组织，远动信息在数字电路中传输时占用单独的话路。

6.3.12.2 电量计费

可研设计阶段暂按电量计费点设在光伏电站侧考虑。电站内配备1套电量计费装置，包括智能电度表、电量处理器及计费当地功能等设备，具体型号应满足省调对电量计费系统的统一规划。

6.3.12.3 电力调度数据专网

曲阳光伏电站配置1套电力调度数据网接入设备，包括路由器、网络交换机等，将远动、电能量信息通过电力调度数据网络通道及时、可靠传送到调度端。

按照“全国电力二次系统安全防护总体要求”，在调度数据网与其他非实时系统的网络接口安装网络信息安全防护装置，光伏电站按照调度要求配置纵向加密认证装置一套。

6.3.13 通信系统

根据有关规定和曲阳光伏工程的具体情况，通信系统由电力系统通信、站内通信和对外通信组成。

6.3.13.1 电力系统通信

目前曲阳光伏电站尚未进行接入系统设计，根据系统一次并网方案和所在地区通信现状，初步规划根据接入系统设计拟定后的高压线路同步架设一根16芯OPGW光缆，构成光伏电站的电力通信光纤线路，为曲阳光伏电站的调度通信、远动、电能计量及线路保护提供通道。信息从曲阳光伏电站送出经过光纤到达对端变电站后转接入当地调度部门。在曲阳光伏电站及对端变电站新上1套155MbpsSDH设备，设备选型两端一致。在曲阳光伏电站及河北省调各新上1套PCM设备，满足低速率数据业务的需求。

6.3.13.2 站内通信和对外通信

曲阳光伏电站站内设置1套48端口程控调度交换机，在升压变电站设置用户分机，构成光伏电站内部的生产调度和管理通信网。该交换机通过中继线与当地电力调度交换机及当地电信公网相连，构成电站的对外通信系统，市话作为备用调度电话通道。

6.3.13.3 通信电源

曲阳光伏电站设1套48V 150A高频开关通信电源，配2组300Ah阀控式铅酸蓄电池，为通信设备供电。