摘要：随着“双碳”目标的深入推进，光伏电站作为清洁能源的主力军，正朝着大规模、高电压等级、智能化方向飞速发展。人们通常关注光伏组件、逆变器、支架等一次设备，它们如同电站的“肌肉和骨骼”，直接负责发电和能量传输。然而，确保这座“能源工厂”安全、稳定、高效运行的，则是其
随着“双碳”目标的深入推进，光伏电站作为清洁能源的主力军，正朝着大规模、高电压等级、智能化方向飞速发展。人们通常关注光伏组件、逆变器、支架等一次设备，它们如同电站的“肌肉和骨骼”，直接负责发电和能量传输。然而，确保这座“能源工厂”安全、稳定、高效运行的，则是其内部的“神经中枢”和“智慧大脑”——二次系统。二次设计是光伏电站建设的核心环节，其优劣直接决定了电站的可靠性、可维护性、经济效益乃至电网的友好性。
1.1 定义
在电力系统中，“一次系统”主要指直接参与发电、变电、输电、配电的电能通路设备，如组件、汇流箱、逆变器、箱变、升压站主变压器、断路器等，其特点是高电压、大电流。
与之相对，“二次系统”是指对一次系统进行监视、控制、调节、保护以及为运行维护人员提供操作环境的各类设备、回路和系统的总称。它处理的是低电压、小电流的信号，但其功能至关重要。
1.2 重要性
安全保障： 通过继电保护装置，在设备发生故障（如短路、过流）时迅速切断故障点，保护主设备安全，防止事故扩大。稳定运行： 通过自动化系统实现对电站的“无人值守”或少人值守，自动执行倒闸操作、功率调节等任务，确保电站连续稳定发电。高效监控： 通过计算机监控系统（SCADA），为运维人员提供全站设备的实时数据、运行状态、故障告警等信息，是电站运行的“可视化窗口”。经济收益： 通过高效的通信和数据管理，为电站的性能评估（PR值）、故障诊断、预防性维护提供数据支撑，减少发电量损失，提升运营效率。电网友好： 满足电网调度要求，具备有功功率控制（AGC）、无功功率调节（AVC）、低电压穿越等功能，支持电网稳定运行。光伏电站二次系统是一个集成化的复杂体系，通常以计算机监控系统为核心，向下整合各类子系统。
2.1 计算机监控系统（SCADA）
这是二次系统的“大脑”，负责汇集、处理、展示全站信息，并执行控制命令。
设计要点：网络结构： 通常采用分层分布式结构，分为站控层、网络层和间隔层。站控层布置监控主机、操作员工作站、远动通信装置等；网络层采用工业以太网交换机，构成冗余环网，提高可靠性；间隔层布置各保护测控装置、智能电能表等。硬件配置： 服务器和工作站应具备足够的处理能力和可靠性，常采用冗余配置。网络交换机需选择工业级产品，适应户外恶劣环境。软件功能： 需具备实时数据采集与处理、电气主接线图动态显示、事件顺序记录（SOE）、故障告警与历史数据查询、报表统计、操作防误闭锁等功能。2.2 继电保护系统
这是电站的“免疫系统”，负责故障检测和隔离。
设计要点：升压站部分： 线路保护、母线保护、变压器保护（差动、瓦斯、过流等）、断路器保护。光伏场区部分： 逆变器自身具备完善的防孤岛、过压/欠压、过频/欠频、直流侧绝缘监测等保护。箱变高压侧需配置电流速断、过电流、温度保护等；低压侧配置断路器实现过载和短路保护。配置原则： 遵循“可靠性、选择性、速动性、灵敏性”的“四性”原则。根据电压等级和设备重要性配置不同保护。关键保护配置：整定计算： 必须进行详细的保护定值整定计算，并与电网侧的保护定值相配合，确保故障时正确动作。2.3 电能计量系统
准确计量电站的上网电量、用网电量，是电站与电网公司结算的依据。
设计要点：关口点设置： 通常在送出线路的并网点设置关口电能表，计量精度要求高（通常为0.2S级）。校验与传输： 电表需通过法定计量机构校验。数据应能通过远动装置上传至调度和电站监控系统。2.4 调度数据网及远动系统
这是电站与电网调度中心之间的“信息高速公路”。
设计要点：通信规约： 远动装置（RTU或综合自动化系统中的远动功能模块）需支持IEC 60870-5-101/104、Modbus等标准规约，与调度中心进行数据通信。信息内容： 上传电站总有功/无功功率、电压、电流、开关状态、保护信号；接收调度下发的有功/无功设定值、遥控命令等。安全防护： 必须严格遵循《电力监控系统安全防护规定》，部署纵向加密、防火墙、正反向隔离装置等，构建安全分区（生产控制大区和管理信息大区），确保网络安全。2.5 视频安防及环境监控系统
设计要点：视频监控： 覆盖主要设备区（箱变、逆变器、升压站）、出入口、围栏周界，具备入侵报警功能。环境监测仪： 监测辐照度、环境温度、风速、风向等，为发电效率分析和功率预测提供数据。智能联动： 可与照明、消防系统联动，如发生入侵告警时，自动转动摄像头并开启灯光。2.6 通信系统
连接所有二次设备的“神经网络”。
设计要点：场区通信： 逆变器、箱变测控装置、环境监测仪等通常采用RS485/MBUS总线，通过通信管理机转换为以太网接入站控层交换机。也可采用电力线载波（PLC）或无线（Wi-Sun、LoRa）方式。站内通信： 升压站内保护测控装置、电能表等通过站控层网络（以太网）或过程层网络（GOOSE、SV）互联。对外通信： 与调度中心通信通常采用光纤专网，备用通道可采用4G/5G无线网络。系统集成与 interoperability（互操作性）： 设备来自不同厂家（如逆变器、箱变、保护装置），其通信协议和数据模型可能存在差异。设计时需明确统一的标准（如IEC 61850），或通过通信网关进行协议转换，确保数据无缝对接。电磁兼容性（EMC）： 光伏场区环境复杂，存在逆变器高频开关带来的电磁干扰。二次设备选型和电缆敷设（如采用屏蔽双绞线、一点接地）必须充分考虑EMC，防止信号误报或丢失。防雷与接地： 二次系统设备绝缘水平低，极易受雷击过电压损坏。必须建立完善的等电位接地网，并在电缆两端加装浪涌保护器（SPD）。容错与冗余： 对于大型电站，关键网络（核心交换机）、关键设备（服务器、远动装置）应采用冗余配置，避免单点故障导致系统瘫痪。设计与施工的衔接： 二次设计图纸（端子排图、电缆清册、屏柜布置图）必须清晰准确，指导现场施工，避免接线错误，减少后期调试工作量。数字化与IEC 61850标准普及： IEC 61850作为智能电网的核心标准，将实现“一个世界，一种技术，一个标准”，极大简化系统集成，实现设备间的互操作和信息共享。融合人工智能与大数据分析： 二次系统将从“监控”走向“预警”和“优化”。通过AI算法对海量运行数据进行分析，实现设备故障预测、智能诊断、发电量优化（如智能清洗、倾角调节建议）和最优功率预测。主动支撑电网： 随着新能源渗透率提高，电站需具备更强的电网支撑能力，如一次调频、惯量响应、谐波治理等，这些高级功能都依赖于快速、可靠的二次系统来实现。“云边端”协同： 云计算（大数据平台）、边缘计算（在场区部署边缘网关进行本地化实时处理）和终端设备（逆变器、传感器）协同工作，形成更高效、灵活的运维模式。光伏电站的二次设计绝非一次设备简单的附加和堆砌，而是一个需要系统规划、精心设计的有机整体。它深度融合了电力系统自动化、通信、计算机和网络技术。一个优秀的二次设计方案，能够赋予光伏电站生命和智慧，使其从“哑能源”转变为电网中可靠、高效、友好的“优质公民”，最终为投资者带来安全、稳定、最大化的经济回报。在迈向新型电力系统的征程中，二次系统的重要性将愈发凸显，其设计与创新将是推动光伏产业高质量发展的关键引擎。
来源：光伏发电设计-李老师
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