分布式光伏微機保護裝置

唐雪陽

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定  201801

近年來，光伏與儲能系統(tǒng)在工商業(yè)場景的規(guī)模化應用，為企業(yè)降本增效、踐行雙碳目標提供了重要支撐。然而，一個看似細微卻關乎系統(tǒng)安全與運營合規(guī)的關鍵問題愈發(fā)凸顯 —— 電流逆流。當光伏發(fā)電功率過剩或儲能系統(tǒng)放電量超出即時負載需求時，多余電能將反向注入公共電網(wǎng)，這一現(xiàn)象輕則觸發(fā)電網(wǎng)調(diào)度違規(guī)處罰，增加企業(yè)運營成本；重則導致電網(wǎng)電壓波動、設備過載損壞，甚至誘發(fā)短路、電弧等安全事故。基于此，本文將系統(tǒng)解析工商業(yè)光儲防逆流技術的核心原理、工程化實現(xiàn)方案，并深入闡釋其在保障電網(wǎng)穩(wěn)定、規(guī)避企業(yè)風險、提升能源利用效率中的核心價值。

01防逆流：為什么非做不可？

防逆流的核心本質(zhì)，是通過技術手段阻斷光儲系統(tǒng)中多余電能向公共電網(wǎng)的反向流動。當光伏發(fā)電量持續(xù)超出即時負載消耗，或儲能系統(tǒng)放電功率突破本地用電需求上，未被消耗的電能將形成逆流，進而引發(fā)四大核心風險，直接威脅系統(tǒng)安全、設備壽命與企業(yè)收益：

一、電網(wǎng)安全風險

逆流會打破電網(wǎng)電壓、頻率平衡：輕則導致局部電壓升高、干擾頻率調(diào)節(jié)；重則損壞變壓器、高壓開關，甚至引發(fā)區(qū)域性供電中斷。

二、設備壽命風險

光伏逆變器、儲能變流器（PCS）需在額定范圍運行，逆流導致的電網(wǎng)長期過壓，會迫使設備超負荷工作，增加故障概率、縮短壽命，推高企業(yè)維護更換成本。

三、經(jīng)濟收益風險

政策罰款：部分地區(qū)達 0.5–2 元 /kWh，頻繁逆流年度罰款或超數(shù)十萬元；

計量誤差：干擾電能計量，引發(fā)電費結算偏差或糾紛；

資源浪費：為避逆流被迫棄光棄電，造成清潔能源與前期投資浪費。

四、法律合規(guī)風險

依《分布式光伏發(fā)電開發(fā)建設管理辦法》，大型工商業(yè)光伏項目需自發(fā)自用、強制裝防逆流裝置，未落實可能被責令整改、面臨處罰，影響后續(xù)項目審批。

02技術原理：如何實現(xiàn)“防逆流"？

防逆流系統(tǒng)的核心是實時監(jiān)測-智能決策-動態(tài)調(diào)控的三級控制邏輯：

1.監(jiān)測層

在市電進線處安裝防孤島/逆流一體化裝置（如AM5SE-IS），實時采集電壓、電流、功率方向等數(shù)據(jù)。

2.決策層

通過協(xié)調(diào)控制器（ACCU-100）或能量管理系統(tǒng)（Acrel-2000MG）分析：

（1）逆流功率大小

（2）儲能SOC狀態(tài)

（3）變流器運行狀態(tài)

03真實效益：防逆流帶來的價值

1.安全價值

某工業(yè)園區(qū)安裝防逆流系統(tǒng)后，配變過載隱患消除，電氣火災風險直降 70%。

2. 經(jīng)濟價值

江蘇某工業(yè)廠房：未裝防逆流時，日均棄電損失 320 元，年損失達 8.96 萬元；采用柔性調(diào)節(jié)方案的企業(yè)：通過峰谷套利 + 棄電回收，設備平均回收期縮短至 4-6 年。

3. 管理價值

AcrelEMS3.0 等智慧能源平臺，可整合發(fā)電預測、負荷分析、碳交易數(shù)據(jù)，助力企業(yè)搭建 “源網(wǎng)荷儲一體化" 能源體系。

光伏防逆流位置

  如圖1所示，虛框為用戶電網(wǎng)，該用戶電網(wǎng)通過公共連接點C與電網(wǎng)相連。在用戶電網(wǎng)內(nèi)部，有兩個分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，分別通過A點和B點與用戶電網(wǎng)相連，A點和B點均為并網(wǎng)點，但不是公共連接點。在D點有分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)直接與公共電網(wǎng)相連，D點是并網(wǎng)點，也是公共連接點。因此分布式光伏的防逆流應當監(jiān)視公共連接點（C或者D點）處的上網(wǎng)功率。

圖1 公共連接點和光伏并網(wǎng)點示意圖

國標要求

  根據(jù)《GB/T 50865-2013 光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)設計規(guī)范》和《GB/T 29319-2012 光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)技術規(guī)定》等國家標準中均明確提出防逆流要求：當光伏發(fā)電系統(tǒng)設計為不可逆并網(wǎng)方式，應配置逆向功率保護設備。當檢測到逆向電流超過額定輸出的5%時，光伏發(fā)電系統(tǒng)應在2s內(nèi)自動降低出力或停止向電網(wǎng)線路送電。

2.方案組成

主要產(chǎn)品清單如下：

（1）ACCU-100微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制器

  通過監(jiān)測市電總進線處防逆流信號，將市電取電信號上傳至ACCU-100微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制器。該控制器會對逆流數(shù)據(jù)展開精確的邏輯計算，進而據(jù)此對逆變器的輸出功率進行調(diào)整，最終實現(xiàn)無逆流運行。

  ACCU-100 與智慧能源管理云平臺緊密配合，構建高效系統(tǒng)架構?？刂破骶珳收{(diào)控分布式能源，并與云端平臺實時交互，響應云端策略配置，實現(xiàn)跨站點、跨區(qū)域海量數(shù)據(jù)接入與分析，為各站點提供精準管控與控制方案，遠程監(jiān)控運維功能進一步提升管理效率。

（2）防逆流保護裝置

  為確保系統(tǒng)的可靠性，配置的防逆流保護裝置，在控制器出現(xiàn)故障或通訊中斷等異常情況下，能夠迅速切斷或者輪切并網(wǎng)柜斷路器，保障電網(wǎng)安全。防逆流保護裝置目前有2款，可以根據(jù)應用場景來選擇。

  1）并網(wǎng)點與逆流檢測點距離較近（建議200m以內(nèi)）

可選用AM5SE-IS防逆流保護裝置，具有：逆功率跳閘、逆功率恢復合閘；低功率跳閘、低功率恢復合閘。

  2）并網(wǎng)點與逆流檢測點距離較遠（超過200m）

  可選用AM5SE-PV系列主從機防逆流保護裝置。具有：主從機方案四段低功率/低功率恢復合閘；主從機方案逆功率/逆功率恢復合閘；主機防孤島保護、從機防孤島保護。

3）智慧能源管理平臺

  借助 AcrelEMS 3.0智慧能源管理平臺，可對用戶微電網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)以及用電負荷展開實時監(jiān)測。結合的光伏預測技術，該平臺能夠優(yōu)化運行策略，實現(xiàn)源荷之間的有序互動。不僅可以靈活調(diào)節(jié)逆變器出力，有效避免逆流現(xiàn)象，還能充分滿足企業(yè)微電網(wǎng)在能效管理數(shù)字化、安全分析智能化等方面的需求，顯著提高微電網(wǎng)的運行效率和能源利用率。

3.方案接線

  （1）單進線單并網(wǎng)點防逆流保護裝置接線示意圖如圖2所示。

圖2 AM5SE-IS防逆流保護裝置接線示意圖

  （2）單進線多并網(wǎng)點，且防逆流點與并網(wǎng)點距離超過200米的防逆流保護裝置接線示意圖如圖3所示。

  若一路市電進線下帶多個并網(wǎng)點，主機選用AM5SE-PVM、從機選用AM5SE-PVS（*最多支持1主5從），如圖3所示。

圖3 AM5SE-PV主從機方案防逆流保護裝置接線示意圖（1）

  （3）多進線單/多并網(wǎng)點，且防逆流點與并網(wǎng)點距離超過200米的防逆流保護裝置接線示意圖如圖4所示。

  當市電進線為多路電源進線帶1或多個并網(wǎng)點，主機選用AM5SE-PVM、從機選用AM5SE-PVS2（1個主機*多支持5個從機、1個從機*多接受4個主機），如圖4所示。

圖4 AM5SE-PV主從機方案防逆流保護裝置接線示意圖（2）

4.方案組網(wǎng)

  通過在市電進線處安裝防逆流裝置（針對多進線多并網(wǎng)點的，可以采用主從機防逆流裝置），實時監(jiān)測光伏上網(wǎng)情況，將監(jiān)測信號上傳給協(xié)調(diào)控制器。通過對逆流數(shù)據(jù)的邏輯計算對逆變器的輸出功率進行調(diào)整，實現(xiàn)無逆流情況。

圖5 協(xié)調(diào)控制器與保護裝置組網(wǎng)接線示意圖

5.數(shù)據(jù)采集

  根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境，對光伏防逆流所需設備進行數(shù)據(jù)采集。

1）市電連接點

  主要功能：監(jiān)測市電實時交互功率。

  相關設備：關口表或防逆流保護裝置。

2）光伏并網(wǎng)柜

  主要功能：監(jiān)測光伏設備的實時功率、通信狀態(tài)、運行狀態(tài)等。

  相關設備：光伏并網(wǎng)電表、斷路器狀態(tài)。

  設備關系：光伏節(jié)點下可能包含多個光伏單元。

3）光伏單元

  主要功能：執(zhí)行光伏功率調(diào)控命令。

  相關設備：光伏逆變器、SmartLogger（華為數(shù)據(jù)采集器，可批量控制光伏逆變器）。

6.控制說明

（1）防逆流保護裝置保護部分

  根據(jù)現(xiàn)場實際情況對防逆流保護裝置進行參數(shù)的分段式整定，當柔性調(diào)節(jié)失效或者響應不及時發(fā)生時，防逆流保護裝置將進行跳閘保護，避免考核與罰款。在監(jiān)測逆流消失后會重新合閘。

其中保護裝置的整定參考如下：

  1）《光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)設計規(guī)范》GB/T 50865-2013，6.3.2 當光伏發(fā)電系統(tǒng)設計為不可逆并網(wǎng)方式時,應配置逆向功率保護設備。當檢測到逆向電流超過額定輸出的5%時，光伏發(fā)電系統(tǒng)應在2s內(nèi)自動降低出力或停止向電網(wǎng)線路送電。

  2）《建筑光伏系統(tǒng)應用技術標準[附條文說明]》GB/T 51368-2019 8.9.3 建筑光伏系統(tǒng)并網(wǎng)自動化系統(tǒng)應符合下列規(guī)定：建筑光伏系統(tǒng)設計為不可逆并網(wǎng)方式時，應配置逆向功率保護設備。逆功率保護應具有當檢測到逆向電流超過額定輸出的5%時，建筑光伏系統(tǒng)應在2s內(nèi)自動降低出力或停止向電網(wǎng)線路送電。

（2）柔性調(diào)節(jié)部分

  當進線側出現(xiàn)逆功率時，在滿足允許逆流存在的最長時間內(nèi)，ACCU-100控制器通過監(jiān)測防逆流裝置的運行數(shù)據(jù)，逐步調(diào)整光伏逆變器的出力，然后根據(jù)防逆流裝置反饋的逆流數(shù)據(jù)檢測當前進線側的逆流情況，來判斷是否繼續(xù)進行逆變器的出力調(diào)節(jié)，直至檢測到逆流消失；在其他情況下，比如負荷突然消失，也可采用通過防逆流裝置直接跳閘斷開并網(wǎng)柜總開關的方式。負荷增大后，再重新合上并網(wǎng)柜開關或者調(diào)整逆變器的逆變功率，大程度上提高光伏發(fā)電的利用率。

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