分布式光伏的可觀可測(cè)可控技術(shù)路線研究

張錦添

摘 要：本文針對(duì)現(xiàn)行分布式光伏電源并網(wǎng)時(shí)，電網(wǎng)企業(yè)的調(diào)度部門(mén)在數(shù)據(jù)采集，通信技術(shù)，數(shù)據(jù)分析與儲(chǔ)存，三遙遠(yuǎn)控，分布式電源的調(diào)度運(yùn)行管理等方面遇到的瓶頸，逐一進(jìn)行技術(shù)探討，并對(duì)未來(lái)的含高比例分布式電源配電網(wǎng)提出新的展望。

關(guān)鍵詞：分布式光伏;DEMS;可觀可測(cè)可控

0 引言

隨量當(dāng)今世界，由于人口的過(guò)度增長(zhǎng)導(dǎo)致石油，煤炭等常規(guī)不可再生化石能源日益枯竭，能源危機(jī)已成為世界各國(guó)發(fā)展戰(zhàn)略的首要問(wèn)題，國(guó)家已將發(fā)展清潔能源作為應(yīng)對(duì)能源危機(jī)與環(huán)境惡化的有效手段之一，其中太陽(yáng)能的合理利用與使用成為國(guó)內(nèi)外各機(jī)構(gòu)的研究重點(diǎn)[1]，分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的研究與應(yīng)用已成為未來(lái)能源形勢(shì)的必然選擇[2]，但隨之也帶來(lái)很多問(wèn)題亟需解決。

1 分布式光伏可觀可測(cè)可控的重要性與技術(shù)支撐

1.1 分布式光伏可觀可測(cè)可控的重要性

分布式光伏電源出力在技術(shù)上不同于傳統(tǒng)的火力電廠在出力與頻率調(diào)控方面具備快速響應(yīng)能力，其大規(guī)模的接入在緩解能源危機(jī)與帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也帶來(lái)了以下幾方面的挑戰(zhàn)：①容量小、出力具備間歇性，隨機(jī)性，波動(dòng)性以及難以預(yù)測(cè)性等特征，容易引發(fā)電網(wǎng)電壓波動(dòng)和閃變，且分布式電源本身含有大量電力電子元件，諧波嚴(yán)重導(dǎo)致電能質(zhì)量難以達(dá)到并網(wǎng)要求，消耗無(wú)功功率導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)無(wú)功就地補(bǔ)償成為難題。②數(shù)量多，不合理的網(wǎng)架規(guī)劃和不清晰的調(diào)度管理，一旦配網(wǎng)饋線上的光伏電源滲透率過(guò)高，極易引發(fā)節(jié)點(diǎn)電壓、支路載流量越限等超出配電網(wǎng)運(yùn)行接納能力的問(wèn)題。③分布散，尤其是低壓接入的分布式光伏在分界點(diǎn)無(wú)可控元件，單點(diǎn)控制效果不理想，并引發(fā)繼保配合復(fù)雜和故障電流反送等問(wèn)題。④分布式光伏實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)缺乏有效的分析手段，這使得調(diào)度難以對(duì)其轄區(qū)的分布式光伏資源進(jìn)行有效整合和動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，一旦消納能力不足導(dǎo)致棄光現(xiàn)象嚴(yán)重。為此，如何通過(guò)管理手段和技術(shù)支撐使得電網(wǎng)企業(yè)的調(diào)度部門(mén)對(duì)分布式光伏的可觀可測(cè)可控已成為迫在眉睫的任務(wù)，為更好地監(jiān)測(cè)分布式光伏，有必要在現(xiàn)有的集中式配電網(wǎng)能量管理主站（DEMS）上開(kāi)發(fā)分布式光伏集控中心模塊，實(shí)現(xiàn)分布式光伏的安全可靠接入，消除其對(duì)配網(wǎng)的影響，提高可再生能源的利用率。

1.2 分布式光伏可觀可測(cè)可控的技術(shù)支撐

集中式配電網(wǎng)能量管理主站（DEMS）上部署的分布式光伏集控模塊，其中，可觀主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式光伏并網(wǎng)情況、出力情況的監(jiān)視，能在系統(tǒng)上清晰可見(jiàn)，一目了然，基于底層實(shí)時(shí)與歷史綜合數(shù)據(jù)進(jìn)開(kāi)發(fā)功率預(yù)測(cè)，發(fā)電計(jì)劃自動(dòng)報(bào)送等子系統(tǒng)?？蓽y(cè)主要是分布式光伏的PQI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，儲(chǔ)存，上傳，應(yīng)用，展示等。還要實(shí)現(xiàn)可控，即對(duì)調(diào)度實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域內(nèi)分布式光伏的運(yùn)行出力控制與運(yùn)維管理智能化，不僅要有新型的控制技術(shù)，管理上也要開(kāi)發(fā)運(yùn)維資源調(diào)度技術(shù)快速制定并網(wǎng)協(xié)議，錄入分布式光伏額定參數(shù)，資產(chǎn)信息，運(yùn)維分界點(diǎn)等。且由供電企業(yè)依靠自身運(yùn)維的天然優(yōu)勢(shì)建設(shè)分布式光伏服務(wù)體系提供光伏運(yùn)維輔助服務(wù)，合理分配運(yùn)維資源有效解決終端不在線無(wú)人維護(hù)等問(wèn)題。本文針對(duì)分布式光伏可觀可測(cè)可控的技術(shù)路線難點(diǎn)展開(kāi)探討，并依據(jù)多年的調(diào)度運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)提出符合廣東江門(mén)地區(qū)且可行推廣的技術(shù)方案，有望解決調(diào)度對(duì)當(dāng)?shù)胤植际焦夥狈膳c管控的難題。

2 分布式光伏集控模塊技術(shù)路線研究

如圖1所示，分布式光伏電源可分為低壓分布式光伏與中壓分布式光伏，低壓分布式光伏大多數(shù)為屋頂小型電源，主要由光伏組件，匯流箱，光伏并網(wǎng)逆變器，低壓智能雙向計(jì)量裝置組成，當(dāng)上網(wǎng)電價(jià)小于于售電電價(jià)時(shí)，自發(fā)自用的比率逾高，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益越大。中壓分布式光伏在容量，數(shù)量上明顯區(qū)別于低壓分布式光伏，可看作是多個(gè)光伏逆變器并聯(lián)再由升壓變壓器統(tǒng)一將電能輸入網(wǎng)架。依托廣東電網(wǎng)江門(mén)地區(qū)現(xiàn)有的集中式配電網(wǎng)能量管理主站（DEMS），新開(kāi)發(fā)的分布式光伏集控中心模塊主要由智慧能量管理系統(tǒng)（軟件部分）、數(shù)據(jù)通信部分（數(shù)據(jù)傳輸部分）以及就地監(jiān)控遠(yuǎn)動(dòng)裝置（硬件部分）三個(gè)部分組成。

調(diào)度對(duì)分布式光伏并網(wǎng)情況、出力情況進(jìn)行有效的監(jiān)控，首先要解決分布式光伏數(shù)據(jù)不可見(jiàn)問(wèn)題，先實(shí)現(xiàn)可觀可測(cè)，再解決可控問(wèn)題。

可測(cè)技術(shù)的主要難點(diǎn)在于如何獲取分布式光伏的PQI實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，低壓分布式光伏的數(shù)據(jù)采集可通過(guò)低壓計(jì)量系統(tǒng)按照5km乘以5km的網(wǎng)格數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，關(guān)鍵在于調(diào)度和營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互，采集間隔15min-30min以上，但此方法會(huì)面臨問(wèn)題：1.現(xiàn)有的公網(wǎng)通信傳輸容量有限，且存在通信黑點(diǎn)。2.傳統(tǒng)窄帶載波通信技術(shù)不能滿(mǎn)足分布式光伏數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)高頻采集。對(duì)此，要建立智慧配電網(wǎng)，就亟需解決通信技術(shù)帶來(lái)的瓶頸，新一代低壓配電線路寬帶載波與5G設(shè)備融合通信技術(shù)的成功驗(yàn)證[2]，有望實(shí)現(xiàn)低壓分布式光伏無(wú)線廣域監(jiān)測(cè)方案，此方案以智能電表為終端采集上傳模塊，通過(guò)本地寬帶載波與5G設(shè)備融合通信技術(shù)將網(wǎng)格化的分布式光伏各項(xiàng)數(shù)據(jù)傳輸至集中器，再由集中器通過(guò)專(zhuān)用光纖或者帶加密無(wú)線公網(wǎng)傳輸至公司用電信息采集系統(tǒng)主站，再實(shí)現(xiàn)調(diào)度和營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享。中壓分布式光伏在首次并網(wǎng)前應(yīng)滿(mǎn)足接入SCADA系統(tǒng)、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的要求，故在硬件部分需要在升壓變壓器的高壓側(cè)或者低壓側(cè)增加遠(yuǎn)動(dòng)裝置，和常規(guī)110kV變電站的10kV出現(xiàn)間隔一樣實(shí)現(xiàn)最基礎(chǔ)三遙功能。宜采用光纖通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，但使用專(zhuān)網(wǎng)會(huì)導(dǎo)致光伏投資、運(yùn)行、維護(hù)的成本大大增加，使用公共網(wǎng)絡(luò)會(huì)造成泄密和黑客攻擊，為此，虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)（VPN技術(shù)）能有效解決矛盾，不失為一種有效的中壓分布式光伏有線廣域監(jiān)測(cè)解決方案。即在公共網(wǎng)絡(luò)上建立一個(gè)臨時(shí)的、安全的連接，將光伏電站的數(shù)據(jù)加密封裝后進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)多個(gè)遠(yuǎn)程局域網(wǎng)的互通，防止數(shù)據(jù)泄露，極大地降低了組網(wǎng)費(fèi)用。

采集系統(tǒng)完善后，可觀技術(shù)的主要難點(diǎn)在于如何在海量數(shù)據(jù)中充分挖掘有效信息并完善功率預(yù)測(cè)模塊，數(shù)據(jù)挖掘方面可采用卡爾曼濾波聚類(lèi)分析算法剔除無(wú)效數(shù)據(jù)后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)劃分實(shí)現(xiàn)廣域分布式光伏聚合分析。功率預(yù)測(cè)的軟件部分可綜合歷史數(shù)據(jù)與分布式光伏的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，提取光伏發(fā)電功率預(yù)測(cè)影響深的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和溫度為輸入影響因子，確定相似日和訓(xùn)練樣本的選擇方法，建立遺傳算法—模糊徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的光伏功率預(yù)測(cè)模型，從而達(dá)到平滑光伏功率波動(dòng)的目的，有效解決光伏出力波動(dòng)問(wèn)題。后開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)程序，上送至集中式配電網(wǎng)能量管理主站（DEMS）進(jìn)行展示與監(jiān)測(cè)。

可控方面可以按照虛擬電廠的思路，依托集中式配電網(wǎng)能量管理主站（DEMS）建立分布式光伏群間異步協(xié)調(diào)調(diào)度新方案，將片區(qū)的分布式光伏資源（以縣區(qū)局為單位）進(jìn)行整合，每個(gè)片區(qū)為一個(gè)集群，組成具備可控性的自律協(xié)調(diào)集群，且將集群內(nèi)的中壓分布式光伏遠(yuǎn)動(dòng)裝置作為一個(gè)整體，聚合分布式光伏集群內(nèi)部遠(yuǎn)動(dòng)裝置的特性，構(gòu)建反映集群可調(diào)能力的等值模型對(duì)集群進(jìn)行優(yōu)化調(diào)控，再由集群將調(diào)控任務(wù)分解，重新反饋控制命令對(duì)分布式光伏遠(yuǎn)動(dòng)裝置進(jìn)行控制，后遠(yuǎn)動(dòng)裝置統(tǒng)一對(duì)下屬的光伏并網(wǎng)逆變器的內(nèi)環(huán)控制指令調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)分布式光伏的并網(wǎng)、脫網(wǎng)、出力調(diào)節(jié)、區(qū)域電壓的優(yōu)化、斷面功率的最優(yōu)控制等[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

本文討論了分布式光伏可觀可測(cè)可控技術(shù)路線層面調(diào)度運(yùn)行面臨的的技術(shù)挑戰(zhàn)與難點(diǎn)。提出在現(xiàn)有的集中式配電網(wǎng)能量管理主站（DEMS）上開(kāi)發(fā)分布式光伏集控中心模塊的新思路，針對(duì)分布式光伏數(shù)據(jù)的不可見(jiàn)性，通信黑點(diǎn)等問(wèn)題提出低壓分布式光伏無(wú)線廣域監(jiān)測(cè)方案與中壓分布式光伏有線廣域監(jiān)測(cè)方案;針對(duì)并網(wǎng)協(xié)議不清晰、運(yùn)維難、終端掉線無(wú)人維護(hù)等問(wèn)題，提出開(kāi)發(fā)分布式光伏運(yùn)維資源調(diào)度技術(shù);針對(duì)可再生能源發(fā)電進(jìn)行靈活的集群化并網(wǎng)以及高效管理可控問(wèn)題，按照虛擬電廠的思路探討了分布式光伏群間異步協(xié)調(diào)調(diào)度新方案。分布式光伏可觀可測(cè)可控技術(shù)路線探討為其他類(lèi)型分布式電源的接入提供了指導(dǎo)，能有效提高電網(wǎng)安全運(yùn)行水平。

參考文獻(xiàn)：

[1] 葉林，陳政，趙永寧.考慮電池荷電狀態(tài)的光伏功率分段平滑控制方法[J]電網(wǎng)技術(shù)，2014，38（7）：1812-1818.

[2] 張寧，楊經(jīng)緯，王毅，等.面向泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的5G通信：技術(shù)原理與典型應(yīng)用[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2019，39（14）：4015–4024.

[3] 吳文傳，張伯明，巨云濤，等 . 配電網(wǎng)高級(jí)應(yīng)用軟件及其實(shí)用化關(guān)鍵技術(shù)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2015，39（1）：212-219.