基于HPLC電表的分布式光伏遠(yuǎn)程控制

國網(wǎng)保定供電公司 高 龍 胡文麗 王光華 河北省電力有限公司 孫廣輝 國網(wǎng)徐水供電公司 孫 穎

隨著電網(wǎng)分布式光伏滲透率的不斷提升，光伏新能源對(duì)電網(wǎng)的影響越來越大，光伏功率上送引發(fā)設(shè)備過載、與負(fù)荷低谷時(shí)空不平衡等問題日益凸顯，應(yīng)發(fā)盡發(fā)、就地消納將逐步被有序發(fā)電取代。因此，對(duì)光伏發(fā)電“控得了”是有源配電網(wǎng)亟待解決的一個(gè)難題。傳統(tǒng)的對(duì)光伏出力的調(diào)節(jié)是依靠對(duì)逆變器的調(diào)節(jié)，需在光伏側(cè)加裝設(shè)備，在分布式光伏大規(guī)模體量下不具經(jīng)濟(jì)性及快速推廣性。

本文創(chuàng)新提出通過光伏電表來控制光伏，打通調(diào)度控制系統(tǒng)與營銷用電信息采集系統(tǒng)間控制通道，依托用采系統(tǒng)對(duì)光伏電表的控制，實(shí)現(xiàn)調(diào)度控制系統(tǒng)對(duì)分布式光伏的全網(wǎng)靈活控制。該方案無需加裝設(shè)備，具有很好的經(jīng)濟(jì)性及快速推廣性。在此基礎(chǔ)上構(gòu)建分布式光伏手動(dòng)靈活控制、過載自動(dòng)控制、調(diào)峰輔助控制、省地協(xié)同光伏出力控制應(yīng)用場(chǎng)景，最終實(shí)現(xiàn)分布式光伏的廣域自動(dòng)控制。本文主要從總體架構(gòu)、改造效益分析、接口創(chuàng)建與軟件部署、功能設(shè)計(jì)四個(gè)方面進(jìn)行闡述。

1 改造效益分析、接口創(chuàng)建與軟件部署

總體架構(gòu)：通過配置信息交互接口及安全防護(hù)設(shè)備，打通調(diào)度控制系統(tǒng)與營銷用電信息采集系統(tǒng)間數(shù)據(jù)通道。在調(diào)度控制系統(tǒng)中開發(fā)部署分布式光伏廣域控制子系統(tǒng)，通過用采系統(tǒng)將控制指令轉(zhuǎn)發(fā)至臺(tái)區(qū)集中器，再由集中器經(jīng)寬帶載波（HPLC）通道將控制指令下發(fā)至相應(yīng)智能電表，最終由智能電表實(shí)現(xiàn)分布式光伏并離網(wǎng)控制。

傳統(tǒng)的分布式光伏控制技術(shù)：改造投資大，為實(shí)現(xiàn)廣域范圍內(nèi)分布式光伏的控制，需在每個(gè)光伏側(cè)都加裝網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及控制終端，每戶的設(shè)備費(fèi)用、安裝費(fèi)用總計(jì)約2000元，以河北南網(wǎng)目前在網(wǎng)的33萬個(gè)戶用分布式光伏全部改造為例進(jìn)行計(jì)算，總共需6.6億元?？焖偻茝V性差，時(shí)間成本高，由于戶用分布式光伏在網(wǎng)數(shù)量巨大，對(duì)所有分布式光伏進(jìn)行改造具有非常大的工作量，勢(shì)必造成改造時(shí)間超長(zhǎng)，在短期內(nèi)無法快速形成規(guī)模[1]。

基于HPLC 電表的分布式光伏遠(yuǎn)程控制技術(shù)：改造投資小，利用電力營銷用采系統(tǒng)對(duì)光伏電表固有的控制體系減免了光伏側(cè)的改造投資，只需在調(diào)度主站部署控制軟件及接口程序，改造投資僅需約200萬元。快速推廣性強(qiáng)、時(shí)間成本低，工作量主要集中在主站自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)上，可快速實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)范圍內(nèi)分布式光伏的控制。

接口方面，創(chuàng)建調(diào)度控制系統(tǒng)與用電信息采集系統(tǒng)間的雙向接口，通過Webservice 方式、XML格式將光伏控制指令從調(diào)度控制系統(tǒng)傳至用采系統(tǒng)，控制結(jié)束后，用電信息采集系統(tǒng)同樣以Webservice方式、XML 格式將控制結(jié)果反饋信息傳遞給調(diào)度控制系統(tǒng)。

調(diào)度控制系統(tǒng)軟件部署方面，在配網(wǎng)scada 服務(wù)器上部署分布式光伏控制子系統(tǒng)，從模型庫中獲取分布式光伏臺(tái)賬信息、光伏運(yùn)行數(shù)據(jù)、配變運(yùn)行數(shù)據(jù)、電網(wǎng)拓?fù)溥B接關(guān)系，從實(shí)時(shí)庫中獲取光伏所屬饋線的運(yùn)行數(shù)據(jù)。集成用戶檔案校驗(yàn)功能，對(duì)所控光伏的光伏屬性、地域?qū)傩赃M(jìn)行校驗(yàn)，防止誤控非光伏用戶及其他地域光伏。集成光伏控制前端界面，創(chuàng)建友好的人機(jī)交互客戶端。

用采系統(tǒng)軟件部署方面，集成表計(jì)解析校驗(yàn)功能，對(duì)調(diào)度控制系統(tǒng)發(fā)送的控制指令信息進(jìn)行解析，并與用采自身的光伏臺(tái)賬進(jìn)行比對(duì)校驗(yàn)，校驗(yàn)信息不匹配時(shí)不予執(zhí)行并進(jìn)行反饋。集成執(zhí)行工單組裝功能，表計(jì)解析校驗(yàn)通過后，對(duì)接收到的控制指令信息進(jìn)行工單組裝，組裝成前置可執(zhí)行的工單信息，發(fā)送給光伏控制前置進(jìn)行執(zhí)行。集成前置反饋結(jié)果處理功能，光伏控制前置執(zhí)行控制指令后，把前置反饋結(jié)果進(jìn)行進(jìn)行信息組裝，并把反饋結(jié)果實(shí)時(shí)傳遞給調(diào)度控制系統(tǒng)[2]。

2 功能設(shè)計(jì)

為了均攤用戶光伏被控帶來的收益損失，引入“輪次”機(jī)制，每輪次含全部分布式光伏，原則上每輪次中每戶光伏只控一次，本輪控完一遍后開啟下一輪次。具體應(yīng)用表現(xiàn)為對(duì)每戶光伏控制次數(shù)進(jìn)行記錄，每次對(duì)光伏的批量控制優(yōu)先選取控制次數(shù)少的光伏。具備日志記錄功能，能自動(dòng)記錄各光伏解并網(wǎng)時(shí)間、是否成功、年內(nèi)解網(wǎng)次數(shù)、損失電量等信息，便于統(tǒng)計(jì)分析。指令下達(dá)后，顯示未控成功光伏清單、數(shù)量、容量，允許對(duì)未受控光伏再次下達(dá)指令進(jìn)行控制。

2.1 多層級(jí)手動(dòng)靈活控制

支持對(duì)配變級(jí)、線路級(jí)、變電站級(jí)、縣域級(jí)光伏的單控、群控、全控。以調(diào)度控制系統(tǒng)變電站所屬區(qū)域、線路所屬廠站、配變所屬饋線為數(shù)據(jù)源，獲取分布式光伏臺(tái)賬的多層級(jí)樹狀結(jié)構(gòu)，作為分布式光伏控制整體信息展示及選擇控制界面，點(diǎn)選某一層級(jí)，則自動(dòng)選中該層級(jí)下的所有光伏，可對(duì)其進(jìn)行批量控制。

列表顯示選定的光伏清單。界面上增加光伏清單列表，對(duì)通過光伏樹狀結(jié)構(gòu)選定的光伏集群進(jìn)行展示，展示的內(nèi)容包含用戶名稱、用戶性質(zhì)、用戶并網(wǎng)方式、容量、當(dāng)前總有功功率、當(dāng)前狀態(tài)等信息。為了指明光伏控制過程信息，光伏列表中需增加當(dāng)前控制狀態(tài)、控制下發(fā)時(shí)間、執(zhí)行返回時(shí)間信息。對(duì)已選光伏信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，展示將要批量控制的光伏集群的當(dāng)前出力、合計(jì)容量等信息；便捷化復(fù)電。支持光伏控制清單模板存儲(chǔ)，控合時(shí)可載入歷史模板，實(shí)現(xiàn)光伏的批量恢復(fù)送電[3]。

2.2 減載自動(dòng)投切控制

具備線路或配變過載自動(dòng)投切光伏控制功能。對(duì)線路、配變負(fù)載進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，監(jiān)測(cè)到過載后自動(dòng)計(jì)算應(yīng)切光伏出力，按照電氣連接拓?fù)潢P(guān)系，選擇等量出力的光伏集群形成光伏批控策略進(jìn)行解網(wǎng)操作。所切光伏的選擇以控制次數(shù)少、發(fā)電出力多優(yōu)先為原則，目的是在保持用戶收益損失平衡的基礎(chǔ)上盡可能的減少光伏控制數(shù)量。過載自動(dòng)投切功能投退應(yīng)可設(shè)，具備批量設(shè)置參與自動(dòng)投切的線路、配變功能。

光伏解網(wǎng)后的并網(wǎng)策略可按以下兩種模式：一是負(fù)載率降低至80%（可設(shè)）后，自動(dòng)進(jìn)行已切光伏并網(wǎng)。二是光伏解網(wǎng)超1小時(shí)（可設(shè)）后，自動(dòng)對(duì)已切光伏進(jìn)行并網(wǎng)，并重新計(jì)算過載量，對(duì)其它光伏進(jìn)行解網(wǎng)；過載自動(dòng)投切過程，應(yīng)設(shè)置告警提示，含切除的光伏清單、數(shù)量，自動(dòng)并網(wǎng)后提醒未送電的光伏。具備當(dāng)前已切除光伏清單信息顯示，可查看切除光伏詳細(xì)信息及數(shù)量。支持對(duì)自動(dòng)并網(wǎng)光伏狀態(tài)進(jìn)行跟蹤顯示，顯示當(dāng)前總有功功率及費(fèi)控系統(tǒng)返回的遙控執(zhí)行狀態(tài)，對(duì)于二者不一致的記錄進(jìn)行預(yù)警。

2.3 區(qū)域調(diào)峰輔助控制

具備區(qū)域光伏控制輔助調(diào)峰功能。根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)調(diào)峰功率，以優(yōu)先選取大容量光伏，其次選取光伏戶數(shù)少的配變下的光伏為原則，在選定的區(qū)域內(nèi)選擇等量出力的光伏集群形成控制策略，然后依據(jù)控制策略自動(dòng)對(duì)光伏總出力進(jìn)行調(diào)節(jié)。參與調(diào)峰的光伏區(qū)應(yīng)設(shè)為可選；調(diào)峰所切光伏應(yīng)有記憶功能，可一鍵恢復(fù)并網(wǎng)。具備調(diào)峰場(chǎng)景光伏控制狀態(tài)存儲(chǔ)功能，可對(duì)調(diào)峰場(chǎng)景控分成功光伏進(jìn)行檢索批量控合并網(wǎng)。

支持計(jì)劃調(diào)峰，具備日前分時(shí)段設(shè)定調(diào)峰目標(biāo)，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定情況滾動(dòng)進(jìn)行調(diào)峰策略生成下發(fā)；支持接收上級(jí)AGC系統(tǒng)下發(fā)指令功能。收到上級(jí)AGC 系統(tǒng)發(fā)送的調(diào)峰目標(biāo)值后，在預(yù)先選定的參與調(diào)峰區(qū)域內(nèi)，以優(yōu)先選取大容量光伏，其次選取光伏戶數(shù)少的配變下的光伏為原則，選取等量（總有功）出力的光伏進(jìn)行解網(wǎng)策略生成[4]。

2.4 構(gòu)建省地協(xié)同光伏出力控制系統(tǒng)

依托基于HPLC 電表的調(diào)度分布式光伏遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，可與省調(diào)AGC 系統(tǒng)、地調(diào)AGC 系統(tǒng)組成延伸至分布式新能源的調(diào)峰體系，如圖1所示。

圖1 省地協(xié)調(diào)光伏出力控制結(jié)構(gòu)圖

省調(diào)AGC系統(tǒng)負(fù)責(zé)河北南網(wǎng)范圍內(nèi)各類電廠出力的整體調(diào)度，地調(diào)AGC 系統(tǒng)負(fù)責(zé)地區(qū)電網(wǎng)范圍內(nèi)分布式光伏出力的整體調(diào)度，基于HPLC 電表的調(diào)度分布式光伏廣域控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)地區(qū)電網(wǎng)范圍內(nèi)380V 并網(wǎng)的分布式光伏出力整體調(diào)度。

施行分層控制。省調(diào)AGC 系統(tǒng)給地區(qū)AGC 系統(tǒng)下發(fā)地區(qū)分布式光伏出力目標(biāo)值；地區(qū)AGC 系統(tǒng)接收到指令后，生成控制策略，對(duì)10kV 并網(wǎng)的光伏下發(fā)控制指令，或?qū)Ψ植际焦夥鼜V域控制系統(tǒng)下發(fā)380V 并網(wǎng)的光伏出力目標(biāo)值。分布式光伏廣域控制系統(tǒng)接收指令，生成控制策略，對(duì)380V 并網(wǎng)的光伏進(jìn)行控制?？刂撇呗苑矫妫貐^(qū)AGC系統(tǒng)每分鐘給基于HPLC 電表的調(diào)度分布式光伏遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)發(fā)送一次調(diào)峰目標(biāo)值，后者根據(jù)文中所述控制原則生成控制策略，并即刻對(duì)各光伏電表發(fā)布解并網(wǎng)指令。

3 應(yīng)用效果

3.1 助力“雙高”電網(wǎng)新能源出力調(diào)節(jié)

新能源高滲透是“雙高”電網(wǎng)的典型特征，基于HPLC 電表的調(diào)度分布式光伏遠(yuǎn)程控制使電網(wǎng)調(diào)度具備了對(duì)光伏靈活調(diào)節(jié)的能力，在光伏大發(fā)影響電網(wǎng)頻率穩(wěn)定的時(shí)候降低新能源出力，確保大電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。在此基礎(chǔ)上，將各地區(qū)分布式光伏整體接入省級(jí)AGC系統(tǒng)，使省調(diào)實(shí)時(shí)掌控全省范圍內(nèi)的光伏出力及可調(diào)能力，參與自動(dòng)發(fā)電控制計(jì)算，助力“雙高”電網(wǎng)新能源出力調(diào)節(jié)。河北保定地區(qū)分布式光伏滲透率在全國范圍內(nèi)名列前茅，分布式總裝機(jī)已超過了集中式光伏，多點(diǎn)零散的分布式光伏出力已成為不可忽視的發(fā)電能源體，通過以上技術(shù)該地區(qū)解決了廣域范圍內(nèi)分布式光伏的調(diào)控問題，有效保障了電網(wǎng)整體供需平衡。

3.2 過載控制保障電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行安全

分布式光伏大規(guī)模并網(wǎng)容易引發(fā)配網(wǎng)線路或配變功率反送過載，基于HPLC 電表的調(diào)度分布式光伏遠(yuǎn)程控制程序?qū)崟r(shí)計(jì)算配網(wǎng)線路、配變的負(fù)載率，一旦越過限值，可自動(dòng)啟動(dòng)“過載自動(dòng)控制”進(jìn)程，按電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)生成相應(yīng)的光伏控制策略并執(zhí)行，將線路、配變負(fù)載率維持在安全裕度內(nèi)。過載問題緩解后，自動(dòng)恢復(fù)光伏并網(wǎng)。河北阜平縣為光伏扶貧縣，大量分布式光伏并網(wǎng)引發(fā)10kV 線路功率倒送過載，該地供電公司利用上述配網(wǎng)線路或配變功率反送過載監(jiān)視控制技術(shù)，有力保障了電網(wǎng)設(shè)備安全，未發(fā)生一起過載燒毀設(shè)備事故[5]。

3.3 提升有源配網(wǎng)作業(yè)效率及安全性

隨著光伏并網(wǎng)規(guī)模的不斷增大，特別是整縣制光伏推進(jìn)后，傳統(tǒng)配網(wǎng)已演變成了有源配電網(wǎng)，配網(wǎng)作業(yè)的電源點(diǎn)隔離從原來的拉開上級(jí)開關(guān)變成斷開電網(wǎng)上游電源點(diǎn)及電網(wǎng)末端光伏電源，但由于電網(wǎng)末端光伏較多，為了確保施工安全，檢修人員必須逐戶去斷開或核實(shí)戶用光伏的離并網(wǎng)狀態(tài)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且容易產(chǎn)生遺漏，危及檢修作業(yè)安全。基于HPLC 電表的調(diào)度分布式光伏遠(yuǎn)程控制解決了該問題，可在配網(wǎng)作業(yè)前快速批量拉開所涉光伏，效率大大提升，最大限度提升有源配電網(wǎng)作業(yè)安全。根據(jù)在某地區(qū)的應(yīng)用，含光伏配網(wǎng)作業(yè)開工前停電準(zhǔn)備時(shí)間由原來的12個(gè)小時(shí)縮短至1小時(shí)。

4 結(jié)語

基于電力營銷用電信息采集系統(tǒng)的調(diào)度分布式光伏遠(yuǎn)程控制技術(shù)，使電力調(diào)度具備了控制海量分布式光伏的能力，可在光伏大發(fā)影響電網(wǎng)頻率穩(wěn)定的時(shí)候降低新能源出力，確保大電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，在光伏大規(guī)模并網(wǎng)引發(fā)配網(wǎng)線路、配變功率反送過載時(shí)，也可自動(dòng)進(jìn)行過載調(diào)節(jié)，還可參與電網(wǎng)AGC調(diào)節(jié)，是一種低成本、推廣快、實(shí)用性強(qiáng)的技術(shù)方案，對(duì)未來新型電力系統(tǒng)建設(shè)、解決“雙高”電網(wǎng)問題具有借鑒意義。