分布式光伏的可观可测可控技术路线研究

张锦添

摘 要：本文针对现行分布式光伏电源并网时，电网企业的调度部门在数据采集，通信技术，数据分析与储存，三遥远控，分布式电源的调度运行管理等方面遇到的瓶颈，逐一进行技术探讨，并对未来的含高比例分布式电源配电网提出新的展望。

关键词：分布式光伏;DEMS;可观可测可控

0 引言

随量当今世界，由于人口的过度增长导致石油，煤炭等常规不可再生化石能源日益枯竭，能源危机已成为世界各国发展战略的首要问题，国家已将发展清洁能源作为应对能源危机与环境恶化的有效手段之一，其中太阳能的合理利用与使用成为国内外各机构的研究重点[1]，分布式光伏并网发电技术的研究与应用已成为未来能源形势的必然选择[2]，但随之也带来很多问题亟需解决。

1 分布式光伏可观可测可控的重要性与技术支撑

1.1 分布式光伏可观可测可控的重要性

分布式光伏电源出力在技术上不同于传统的火力电厂在出力与频率调控方面具备快速响应能力，其大规模的接入在缓解能源危机与带来经济效益的同时，也带来了以下几方面的挑战：①容量小、出力具备间歇性，随机性，波动性以及难以预测性等特征，容易引发电网电压波动和闪变，且分布式电源本身含有大量电力电子元件，谐波严重导致电能质量难以达到并网要求，消耗无功功率导致区域内无功就地补偿成为难题。②数量多，不合理的网架规划和不清晰的调度管理，一旦配网馈线上的光伏电源渗透率过高，极易引发节点电压、支路载流量越限等超出配电网运行接纳能力的问题。③分布散，尤其是低压接入的分布式光伏在分界点无可控元件，单点控制效果不理想，并引发继保配合复杂和故障电流反送等问题。④分布式光伏实时运行数据缺乏有效的分析手段，这使得调度难以对其辖区的分布式光伏资源进行有效整合和动态调节，一旦消纳能力不足导致弃光现象严重。为此，如何通过管理手段和技术支撑使得电网企业的调度部门对分布式光伏的可观可测可控已成为迫在眉睫的任务，为更好地监测分布式光伏，有必要在现有的集中式配电网能量管理主站（DEMS）上开发分布式光伏集控中心模块，实现分布式光伏的安全可靠接入，消除其对配网的影响，提高可再生能源的利用率。

1.2 分布式光伏可观可测可控的技术支撑

集中式配电网能量管理主站（DEMS）上部署的分布式光伏集控模块，其中，可观主要是实现对分布式光伏并网情况、出力情况的监视，能在系统上清晰可见，一目了然，基于底层实时与历史综合数据进开发功率预测，发电计划自动报送等子系统。可测主要是分布式光伏的PQI实时数据采集，储存，上传，应用，展示等。还要实现可控，即对调度实现对区域内分布式光伏的运行出力控制与运维管理智能化，不仅要有新型的控制技术，管理上也要开发运维资源调度技术快速制定并网协议，录入分布式光伏额定参数，资产信息，运维分界点等。且由供电企业依靠自身运维的天然优势建设分布式光伏服务体系提供光伏运维辅助服务，合理分配运维资源有效解决终端不在线无人维护等问题。本文针对分布式光伏可观可测可控的技术路线难点展开探讨，并依据多年的调度运行经验提出符合广东江门地区且可行推广的技术方案，有望解决调度对当地分布式光伏缺乏集采与管控的难题。

2 分布式光伏集控模块技术路线研究

如图1所示，分布式光伏电源可分为低压分布式光伏与中压分布式光伏，低压分布式光伏大多数为屋顶小型电源，主要由光伏组件，汇流箱，光伏并网逆变器，低压智能双向计量装置组成，当上网电价小于于售电电价时，自发自用的比率逾高，产生的经济效益越大。中压分布式光伏在容量，数量上明显区别于低压分布式光伏，可看作是多个光伏逆变器并联再由升压变压器统一将电能输入网架。依托广东电网江门地区现有的集中式配电网能量管理主站（DEMS），新开发的分布式光伏集控中心模块主要由智慧能量管理系统（软件部分）、数据通信部分（数据传输部分）以及就地监控远动装置（硬件部分）三个部分组成。

调度对分布式光伏并网情况、出力情况进行有效的监控，首先要解决分布式光伏数据不可见问题，先实现可观可测，再解决可控问题。

可测技术的主要难点在于如何获取分布式光伏的PQI实时数据，低压分布式光伏的数据采集可通过低压计量系统按照5km乘以5km的网格数据统计，关键在于调度和营销系统之间的数据交互，采集间隔15min-30min以上，但此方法会面临问题：1.现有的公网通信传输容量有限，且存在通信黑点。2.传统窄带载波通信技术不能满足分布式光伏数据实时高频采集。对此，要建立智慧配电网，就亟需解决通信技术带来的瓶颈，新一代低压配电线路宽带载波与5G设备融合通信技术的成功验证[2]，有望实现低压分布式光伏无线广域监测方案，此方案以智能电表为终端采集上传模块，通過本地宽带载波与5G设备融合通信技术将网格化的分布式光伏各项数据传输至集中器，再由集中器通过专用光纤或者带加密无线公网传输至公司用电信息采集系统主站，再实现调度和营销系统之间的数据共享。中压分布式光伏在首次并网前应满足接入SCADA系统、调度自动化系统的要求，故在硬件部分需要在升压变压器的高压侧或者低压侧增加远动装置，和常规110kV变电站的10kV出现间隔一样实现最基础三遥功能。宜采用光纤通信实现数据实时采集，但使用专网会导致光伏投资、运行、维护的成本大大增加，使用公共网络会造成泄密和黑客攻击，为此，虚拟专用网络（VPN技术）能有效解决矛盾，不失为一种有效的中压分布式光伏有线广域监测解决方案。即在公共网络上建立一个临时的、安全的连接，将光伏电站的数据加密封装后进行传输，实现多个远程局域网的互通，防止数据泄露，极大地降低了组网费用。

采集系统完善后，可观技术的主要难点在于如何在海量数据中充分挖掘有效信息并完善功率预测模块，数据挖掘方面可采用卡尔曼滤波聚类分析算法剔除无效数据后对数据进行分类划分实现广域分布式光伏聚合分析。功率预测的软件部分可综合历史数据与分布式光伏的当前运行状态，提取光伏发电功率预测影响深的太阳辐射强度和温度为输入影响因子，确定相似日和训练样本的选择方法，建立遗传算法—模糊径向基神经网络的光伏功率预测模型，从而达到平滑光伏功率波动的目的，有效解决光伏出力波动问题。后开发数据统计程序，上送至集中式配电网能量管理主站（DEMS）进行展示与监测。

可控方面可以按照虚拟电厂的思路，依托集中式配电网能量管理主站（DEMS）建立分布式光伏群间异步协调调度新方案，将片区的分布式光伏资源（以县区局为单位）进行整合，每个片区为一个集群，组成具备可控性的自律协调集群，且将集群内的中压分布式光伏远动装置作为一个整体，聚合分布式光伏集群内部远动装置的特性，构建反映集群可调能力的等值模型对集群进行优化调控，再由集群将调控任务分解，重新反馈控制命令对分布式光伏远动装置进行控制，后远动装置统一对下属的光伏并网逆变器的内环控制指令调控，从而实现分布式光伏的并网、脱网、出力调节、区域电压的优化、断面功率的最优控制等[3]。

3 结语

本文讨论了分布式光伏可观可测可控技术路线层面调度运行面临的的技术挑战与难点。提出在现有的集中式配电网能量管理主站（DEMS）上开发分布式光伏集控中心模块的新思路，针对分布式光伏数据的不可见性，通信黑点等问题提出低压分布式光伏无线广域监测方案与中压分布式光伏有线广域监测方案;针对并网协议不清晰、运维难、终端掉线无人维护等问题，提出开发分布式光伏运维资源调度技术;针对可再生能源发电进行灵活的集群化并网以及高效管理可控问题，按照虚拟电厂的思路探讨了分布式光伏群间异步协调调度新方案。分布式光伏可观可测可控技术路线探讨为其他类型分布式电源的接入提供了指导，能有效提高电网安全运行水平。

参考文献：

[1] 叶林，陈政，赵永宁.考虑电池荷电状态的光伏功率分段平滑控制方法[J]电网技术，2014，38（7）：1812-1818.

[2] 张宁，杨经纬，王毅，等.面向泛在电力物联网的5G通信：技术原理与典型应用[J].中国电机工程学报，2019，39（14）：4015–4024.

[3] 吴文传，张伯明，巨云涛，等 . 配电网高级应用软件及其实用化关键技术[J].电力系统自动化，2015，39（1）：212-219.