电能质量监测装置和防孤岛装置在特斯拉工厂分布式光伏项目的应用

摘要：全球对可再生能源的关注增加，推动了分布式光伏发电系统的普及。这些系统因环保和灵活性而受到青睐，有助于解决能源和环境问题。电能质量在线监测装置和防孤岛保护装置在这些项目中至关重要。监测装置实时跟踪电压和电流，保障电能质量；防孤岛装置则在故障时切断连接，保护人员和设备安全。本文将探讨这些装置在分布式光伏发电系统中的应用，包括预防故障、提升稳定性、优化能源使用和提供数据支持。

1 项目概况

上海特斯拉超级工厂位于浦东新区，占地约86万平方米，主要生产Model 3和Model Y车型，以及动力电池和电机。该工厂具备智能化生产线和先进制造技术，集智能化和自动化于一身，对特斯拉全球发展具有重要贡献。

本项目在现有10/0.4kV系统中加入分布式光伏并网。系统包括4台高压柜、4台变压器和31台低压柜。采用0.4kV并网方案，设计了1#和2#并网点，光伏并网接入点位于低压配电柜出线开关。供电系统图和并网柜位置见图1。

图1 配电系统一次系统图

2项目需求

光伏发电是一种清洁能源，然而其产生的电能质量往往不够稳定。由于光伏发电的固有不确定性，可能会引起输出功率的随机波动，这进而可能导致电网频率偏差、电压的暂时性升高或降低、短时的电压中断以及电压波动和闪变等电能质量问题。此外，光伏发电系统中使用的交直流逆变器在转换过程中会产生谐波问题，并可能导致直流分量流入供电系统。

1）这些电能质量问题可能会对工厂造成以下影响：

电压波动与闪变：这些现象可能导致电机设备运行不稳定，进而影响生产线的顺畅运作。

谐波污染：此类问题可能干扰电子元件的正常功能，从而引发设备故障甚至损坏。

电压暂降与短时中断：这些情况可能导致设备停机或损坏，对生产线的正常运行构成威胁。

频率偏差：此问题可能会影响电机设备的正常运行，进而导致生产线的停滞或损坏。

在线电能质量监测装置能实时监测和分析电能质量，具备事件告警、录波、数据统计和评估分析功能，有助于及时解决电能问题，提升光伏发电效率和稳定性，并确保电力系统安全稳定运行。

孤岛效应在光伏项目中指电网停电时光伏系统仍发电并送电，形成安全隐患。防孤岛保护装置能切断光伏与电网连接，防止此效应，保障检修人员安全。它还能在电网故障时保护设备，并故障后自动恢复并网，维持项目稳定。

本项目要求并网点在电压低于50%Un时0.1秒内闭锁发电，并具备在电压达到85%Un时自动并网的功能。同时，需实时监控并网点的电压谐波、直流分量、电压偏差等电能质量指标。1#和2#并网点的电压、电流、有功功率、无功功率以及防孤岛保护和电能质量数据需上传至特斯拉220kV变电站，并通过站内调度数据网发送至调度中心。

2）同时光伏发电站项目还应满足以下相关规定：

根据GB/T 19964-2012标准，光伏电站并网点应安装符合GB/T 19862-2005的A类电能质量在线监测装置，监测点设在并网点。该装置负责监测谐波、电压偏差、频率偏差、电压波动和闪变、三相不平衡度及注入电网直流分量，并具备通讯接口以便远程传输数据至电能质量检测主站。

根据《电能质量评估技术导则 三相电压不平衡》DL_T 1375-2014，公共连接点的用户负序电压不平衡度一般限值为1.3%，短时不超过2.6%。

根据规定GB/T 12325-2008，220伏单相供电电压偏差为标称电压的+7%至-10%。

依据《光伏发电站接入电力系统的技术规定》GB/T 19964-2012的规定，光伏发电站必须配备独立的防孤岛保护装置，并确保其动作时间不超过2秒。此外，防孤岛保护装置的操作应与电网侧的线路保护装置协同工作。

根据本次项目的需求和相关规范，我们计划对现有的供电系统进行升级，以适应分布式光伏并网项目。此次改造将包括增设两台并网柜。为了实时监控并网点的电能质量，每个柜内将配备一台A类电能质量在线监测装置APView500PV。此外，为了确保安全，每台并网柜还将安装一台防孤岛保护装置AM5SE-IS，该装置能够在检测到孤岛效应时迅速动作，切断断路器，从而防止潜在的事故。具体的配置细节请参见图2和图3。

图2  1#并网柜配置方案

图3  2#并网柜配置方案

3）各类设备主要实现的功能如下：

4）现场安装图片

本项目的所有设备均已就地安装于开关柜内，现场安装的图片展示如下。目前，这些装置在现场运行状况良好。

图4 装置现场安装图片

3结语

电能质量监测装置实时监控光伏发电系统，保障电能稳定可靠，及时发现并解决电压波动等问题，支持系统优化。防孤岛保护装置防止孤岛效应，保障检修人员安全，同时在电网故障时保护设备，自动恢复并网。随着可再生能源和电网技术发展，电能质量监测和防孤岛保护装置对稳定光伏发电系统和提高电能质量至关重要，应用前景广阔。