分布式电源调控平台设计与应用

唐 昕， 庄峥宇， 闫 博

（1.国网浙江省电力公司嘉兴供电公司，浙江 嘉兴 314033；2.国网浙江省电力公司经济技术研究院，杭州 310008）

分布式电源调控平台设计与应用

唐 昕1， 庄峥宇2， 闫 博1

（1.国网浙江省电力公司嘉兴供电公司，浙江 嘉兴 314033；2.国网浙江省电力公司经济技术研究院，杭州 310008）

介绍了分布式光伏电源调控平台的安全分区定位、网络拓扑结构和硬件配置，设计了调控平台的功能规范。从云计算、物联网技术、大数据技术等方面对调控平台的技术特点进行论述。对于开展分布式光伏电源调控平台建设，实现分布式光伏电源远程监控和统一管理具有借鉴意义和示范作用。

分布式电源；调控平台；功能；设计；应用

近年来，以石化能源为主的能源结构越来越受到能源短缺和环境污染的双重压力，以太阳能发电为代表的清洁能源逐渐成为世界能源的主流发展方向。2012年10月，浙江省政府在嘉兴市开展光伏产业“五位一体”创新试点，大力发展分布式光伏发电。根据规划，2016年嘉兴地区分布式光伏发电并网容量将达500 MW，约占嘉兴电网统调平均负荷的10%。

在分布式光伏发电安装规模较大、占电网负荷比重较高的供电区域，电网企业宜根据发展需要建设光伏发电并网运行监测、功率预测和优化运行相结合的分布式电源调控平台。嘉兴电网分布式电源调控平台（以下简称平台）集数据采集、远程监控、电力生产应用、经济调度与协调控制等功能于一体，服务于调控、运检、营销等部门对分布式电源的多业务、跨专业需求，实现分布式电源的高效利用和系统的安全运行。

1 平台结构设计

1.1 安全分区定位

根据平台的数据来源、功能特性和业务应用，对照电力二次系统安全防护方案和国家电网公司信息安全工作要求,目前还没有针对分布式电源调控平台的分区定位,在平台设计时按专网专区架构建设，专区与公司生产控制大区及管理信息大区的边界严格执行电力二次系统安全防护方案与信息安全要求。平台二次系统安全防护及信息安全防护如图1所示。

将平台视为独立系统，其中对有线通信的光纤专网采用加密装置进行防护，满足二次系统安全防护要求；无线通道采用租用运营商VPN无线专网方式，经过数据加密及硬件防火墙进行防护，保障信息安全。

在与管理信息大区进行信息交互时，信息要通过布置于安全Ⅲ区的物理隔离装置，服务器必须安装安全操作系统，防止因操作系统漏洞或应用程序漏洞导致被攻击的事件发生。

图1 调控平台二次系统安全防护及信息安全防护

网络结构采用分布式开放局域网交换技术，双重化冗余配置，由100 M后台局域网交换机及100 M前置交换机的两层结构组成。

后台局域网采用100 Mbit/s的双以太网网络结构，其骨干网为百兆网。数据采集服务器、SCADA服务器、数据库服务器、监控工作站、维护工作站、报表工作站直接接入后台局域网；实时数据采集服务器配置4块网卡，分别接入后台局域网、前置数据采集百兆网；Web服务器接入Ⅲ区交换机；安全专区和信息管理大区通过电力专用隔离装置隔离，Web服务器、专用隔离装置、防火墙及管理信息大区交换机构成对外信息交换的途径。平台系统拓扑结构如图2所示。

1.3 信息交互

为实现平台的综合信息展示，以及光伏发电功率预测、配电网潮流分析计算、光伏电源控制、光伏电源经济运行分析等应用功能，平台的数据源及交互系统包括了：PMS（生产管理系统）、EMS（能量管理系统）、抢修指挥平台、营销管理系统、气象预报平台等，调控平台数据流如图3所示。

图2 调控平台系统拓扑结构

图3 调控平台数据流示意

1.4 硬件配置

硬件系统采用双以太网为基础的分布式网络环境，适应开放式体系结构的要求。利用标准的接口和介质，将功能相对独立的模块分布在若干处理器上。考虑后期应用功能升级需要，配置的服务器具备扩展能力。

硬件系统由以下几个部分组成：有线实时数据采集系统、无线实时数据采集系统、数据库服务系统、系统维护和开发系统、Web服务系统、二次系统安全保护设备、输出终端设备。

2 平台功能设计

平台体系结构分为3层：应用层、数据层、主站数据采集与交互层。应用层包括：光伏电源SCADA、光伏电源综合评价，以及光伏发电功率预测、配电网潮流分析计算、智能预警、光伏电源协调控制等高级应用功能。调控平台功能模型如图4所示，以下着重介绍SCADA系统、综合评价及组群与协调控制功能。

采用目视方法（可利用放大镜、内窥镜、焊缝检查尺）检查本体结构，几何尺寸，表面情况（如裂纹、腐蚀、泄露、变形等）。着重检查空气储罐内壁的腐蚀情况、地脚螺栓和排污阀的使用状况。对于内壁点腐蚀，应测量腐蚀深度、面积、长度；对于均匀腐蚀，应测量腐蚀区域的厚度，并进行强度校核。地脚螺栓未按照要求进行安装的要责令使用单位安装到位。检查排污阀腐蚀情况，着重检验排污阀的泄露情况、通畅情况和定期排污情况。

2.1 SCADA系统

SCADA系统是平台的核心，主要包括数据采集和处理、控制和调节、图模库一体化、事故顺序记录、事件和报警处理、历史数据处理、报表管理、趋势记录、人机联系、系统时钟等。

系统的信号采集类型有模拟量和开关量2类。模拟量包括电压、电流、功率、发电量、上网电量、电能质量监测数据、逆变器运行数据等电气量，以及太阳辐照度、温度、风速、风向等非电气量的实测值。开关量包括事故信号、断路器及重要继电保护的动作信号等中断开关量，以及各类故障信号、断路器和隔离开关的位置信号、机组设备的状态信号等非中断开关量。

系统的控制和调节内容包括：开关（刀闸）开/合、变压器分接头调整、测控装置投切、远方复归信号控制、远方保护投退、定值调整等。在前置部分保存控制和调节指令的报文，便于核对。

平台的数据库设计采用层次、关系和面向对象的同一实体多种表示方法，可描述数据名称、类型、存储位置、长度及其他相关参数，具备实时性、灵活性、可维护性、可恢复性等要求。

2.2 综合评价

综合评价包含光伏项目和光伏对配电网的影响2个方面，通过综合评价报告为相关人员提供决策依据。

光伏项目评价的内容包括发电效率、单位装机回报率、单位投资回报率、自发自用电量占比、年发电量增长率、发电效率衰减统计、节能减排数据等；结合气象数据显示日、月、年和自定义时段的电源项目电能量历史存盘值，并提供规范格式的数据输出。

图4 调控平台功能模型

光伏对配电网影响主要指定时、自动完成的综合评价策略下的影响指标，包括新装机贡献率、辐照值贡献率、系统效率贡献率、年发电量增长率、并网装机量增长率、电能质量（稳态）、调度指令执行率、无功贡献率或功率因数、总负荷及清洁能源的占比、发电效率衰减统计、停电计划（有序用电计划）自动预警、正常电站状态占比、异常运行状态占比、异常电站状态、异常持续时间、异常报告等。

2.3 组群与协调控制

根据电网拓扑关系或自定义各种属性（并网电压等级、项目性质、区域、供区等），对并网的分布式光伏电源用户（运营商）及其设备进行组织管理（建立组群），以此作为协调控制及组群控制的基础。通过分布式光伏电源组群划分与管理、配电网与分布式电源的协同运行控制，实现区域内潮流合理分配，保障配电网安全稳定运行和电能质量满足要求。

根据实时负荷、分布式电源发电功率与其日前预测结果的差值，以及系统负荷的突然变化和供能单元运行检修状况的变化，寻求区域最佳的实时优化控制策略和技术方案，研究实时负荷预测及实时电源发电预测下，区域用电与电源发电间的优化调度策略，保证系统运行的实时能量平衡及重要负荷连续供电，提高平台实时运行的稳定性和经济性。通过数据采集系统获取区域分布式光伏发电单元的数据，进行在线分析和计算，再通过输出控制执行命令，特殊情况下配合有功功率调节，使其具备调节无功功率的功能，保证电压以及无功功率在合格范围，提高电能质量。控制模式上支持就地及远方控制（预留与配电网AVC系统接口），支持开环模式和闭环模式。

3 平台技术特点

3.1 云技术

因单个分布式光伏发电项目的规模以3 kW～1 MW为主，按500 MW的阶段建设目标计算，分布式光伏发电项目数量将达500～1 600个，可见数量庞大。为便于光伏项目的统一管理和信息共享，保障接入分布式电源的配电网安全运行，分布式电源调控平台与PMS，EMS、配电网抢修指挥平台、配电网GIS系统、营销管理系统和气象预报平台完成数据交互，在云端搭建管理平台，实现对光伏电源各类采集信息的云存储，可随时读取、修改、共享光伏电源实时运行信息；实现对光伏电源电气参数监测、设备运行效率分析比对、发/用电量统计、故障率统计、运行控制等功能；实现运检、调控、营销等部门对分布式电源多业务、跨专业需求。解决大数据采集、存储、计算和分析的难题，使数据挖掘更具价值。

3.2 物联网技术

通过物联网方式实现分布式光伏电源关键设备的云平台接入，接入设备主要包括逆变器、并网开关、保护测控装置、电能质量监测装置、电度表、气象监测装置等，解决分布式光伏电源缺乏有效监控管理手段的现状，提高运行效率，减少故障率。

以龙腾科技公司光伏项目为例，选用华为公司生产的容量为20 kW的SUN2000-20KTL逆变器，采用组串方式连接成9个组串，将每个组串的逆变器接入调控平台，可实现逆变器有功功率和无功功率实时控制。同时，可根据每组逆变器的输出参数比对，及时发现逆变器的异常，提高光伏系统发电效率，提升系统电能质量。

3.3 数据挖掘

分布式电源的接入，改变了现有的配电网网架结构、配电网运维检修方式和用户用电量计费方式，分布式电源的信息需要与现有的电力生产信息流进行交互、应用。分布式电源的接入，也改变了用户用电的单一模式，分布式电源的信息需要向社会和用户发布。分布式电源海量信息的分析、处理和交互，具有深度挖掘的价值。不同的应用主体，对分布式电源数据的需求不同，形成的数据应用也不同，最终将服务于电力生产需求，服务于社会需求。

4 结语

随着风能、生物质能等新能源技术的不断发展，该平台还可接入其它类型的分布式电源。但是，在信息化系统的推广应用中，要重点关注成熟的配套规范。不同区域、不同电压等级、对不同装机容量的光伏并网项目的调控权限和范围，需通过制度进一步明确。

[1]舒杰，彭宏，沈辉，等．光伏系统的远程监控技术与实现[J]．华南理工大学学报，2005，33（5）:43-47．

[2]李立伟，王英，包书哲．光伏电站智能监控系统的研制[J]．电源技术，2007，31（1）:76-79．

[3]吴建伟，王景鹤，杨若松，等.大规模分布式电源并网的电力系统故障恢复方法研究[J].浙江电力，2014，33（03）: 1-4.

（本文编辑：龚 皓）

Design and Application of Distributed Generation Dispatch and Control Platform

TANG Xin1，ZHUANG Zhengyu2，YAN Bo1
（1.State Grid Jiaxing Power Supply Company，Jiaxing Zhejiang 314033，China；2.State Grid Zhejiang Economy Research Institute，Hangzhou 310008，China）

This paper describes the security division location，network topology structure，hardware configuration of distributed photovoltaic generation dispatch and control platform and designs the function norms of distributed generation dispatch and control platform.Technical features concerning cloud computing，internet of things technology，big data technology and other aspects of the control platform are discussed.This paper can be a reference and demonstration of distributed photovoltaic generation control platform construction and implementation of remote monitoring and unified management of distributed photovoltaic generation.

distributed generation；dispatch and control platform；function；design；application

TM764.2

B

1007-1881（2015）02-0012-04

2014-11-17

唐 昕（1980），男，高级工程师，从事分布式电源接入管理工作。