分布式光伏數(shù)據(jù)采集共享方案探究

［摘 要］當(dāng)前，光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，分布式光伏電站數(shù)量激增使得光伏出力數(shù)據(jù)成為影響電力調(diào)度的一個(gè)重要因素，有必要進(jìn)一步提升光伏數(shù)據(jù)采集共享的信息化水平。文章以某省光伏建設(shè)情況為切入點(diǎn)，分析了分布式光伏數(shù)據(jù)采集共享的現(xiàn)狀與不足，從感知層、平臺(tái)層和應(yīng)用層方面優(yōu)化分布式光伏數(shù)據(jù)采集共享方案，可提高分布式光伏可觀、可測(cè)、可調(diào)、可控能力，促進(jìn)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)構(gòu)建。

［關(guān)鍵詞］分布式光伏；電力系統(tǒng)信息化管理；數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)共享平臺(tái)

0" " "引 言

光伏是典型的新能源之一，隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)的推進(jìn)［1-2］，分布式光伏在能源轉(zhuǎn)型中扮演著越來(lái)越重要的角色。相比于傳統(tǒng)的集中式光伏發(fā)電，分布式光伏具有投資周期短、更為靈活、效率更高等優(yōu)勢(shì)，可以利用有限土地進(jìn)行發(fā)電［3-4］。當(dāng)前，我國(guó)分布式光伏發(fā)電發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁［5］，但在各省發(fā)展趨勢(shì)不均衡，據(jù)國(guó)家能源局報(bào)告，截至2022年底，僅有山東、河北等少數(shù)省份的并網(wǎng)容量達(dá)38GW以上，其他省的并網(wǎng)容量較低，其中西藏并網(wǎng)容量?jī)H有1.781GW。

隨著分布式光伏電站的規(guī)模擴(kuò)大，接入的逆變器設(shè)備類(lèi)型種類(lèi)增多［6］，不同類(lèi)型的設(shè)備使用的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)格式也不一致，使得采集系統(tǒng)面臨多種異構(gòu)數(shù)據(jù)的采集和感知問(wèn)題，這些電能量、電氣量、逆變器運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)是光伏運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)，只有準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)才能指導(dǎo)出力決策，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)動(dòng)態(tài)平衡。當(dāng)前，在生產(chǎn)運(yùn)行中，分布式光伏面臨著數(shù)據(jù)采集共享方面的挑戰(zhàn)，例如數(shù)據(jù)采集不全、數(shù)據(jù)無(wú)法實(shí)時(shí)共享等，使分布式光伏的并網(wǎng)難度增大。

為了解決上述問(wèn)題，需要研究合適的數(shù)據(jù)采集共享方案，實(shí)現(xiàn)光伏數(shù)據(jù)的全面采集和實(shí)時(shí)共享。本文分析了分布式光伏建設(shè)的現(xiàn)狀與存在的不足，并提出一種分布式光伏數(shù)據(jù)采集共享方案，以期提高分布式光伏的可觀、可測(cè)、可調(diào)、可控能力，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1" " "分布式光伏的建設(shè)現(xiàn)狀與不足

1.1" "建設(shè)現(xiàn)狀

截至2023年3月，湖南省電網(wǎng)光伏并網(wǎng)裝機(jī)容量達(dá)7.1GW左右，其中分布式光伏（6kW及以下）并網(wǎng)裝機(jī)約3.74GW，占總裝機(jī)的52.67%?，F(xiàn)行分布式光伏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體架構(gòu)分四層，如圖1所示。

感知層：分布式光伏接入分為中壓側(cè)和低壓側(cè)兩類(lèi)。中壓側(cè)采用配網(wǎng)終端將數(shù)據(jù)接入生產(chǎn)控制大區(qū)，低壓側(cè)通過(guò)電表、集中器和用電信息采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制信令的下發(fā)，可通過(guò)對(duì)電表的通斷實(shí)現(xiàn)分布式光伏的并/離網(wǎng)控制。

網(wǎng)絡(luò)層：中壓分布式光伏站點(diǎn)的終端主要采取光纖專(zhuān)網(wǎng)或無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)接入系統(tǒng)，低壓站點(diǎn)的終端則采用運(yùn)營(yíng)商無(wú)線公網(wǎng)APN專(zhuān)線接入系統(tǒng)。

平臺(tái)層：基于調(diào)控云與用電信息采集系統(tǒng)接入中壓和低壓分布式光伏數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)中臺(tái)進(jìn)行計(jì)算，以數(shù)據(jù)服務(wù)方式將計(jì)算結(jié)果供其他系統(tǒng)調(diào)用。

應(yīng)用層：光伏數(shù)據(jù)的應(yīng)用范圍廣泛，例如，營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了光伏客戶報(bào)裝、增減容、更名過(guò)戶和結(jié)算客戶電費(fèi)等；源荷聚合平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了光伏電源的聚合資源管理；新供指管控系統(tǒng)負(fù)責(zé)全省光伏電源的檔案、發(fā)電量等信息展示。

1.2" "存在不足

雖然建設(shè)分布式光伏電站有經(jīng)濟(jì)節(jié)能、降低成本、可持續(xù)等諸多優(yōu)點(diǎn)，但是現(xiàn)行分布式光伏系統(tǒng)架構(gòu)仍然存在一些不足，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集共享困難。

在感知層，現(xiàn)有集中器采集任務(wù)調(diào)度存在瓶頸，終端一次采集成功率不高，光伏電壓電流功率等電能量數(shù)據(jù)無(wú)法及時(shí)傳輸?shù)綐I(yè)務(wù)系統(tǒng)，此外，集中器無(wú)法直接與光伏逆變器進(jìn)行通信，導(dǎo)致不能實(shí)現(xiàn)光伏出力柔性調(diào)節(jié)。

在平臺(tái)層，數(shù)據(jù)中臺(tái)接入分布式光伏采集數(shù)據(jù)的時(shí)延達(dá)到小時(shí)級(jí)，無(wú)法對(duì)光伏數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，接入光伏臺(tái)賬數(shù)據(jù)的時(shí)延，導(dǎo)致部分新建光伏站點(diǎn)采集數(shù)據(jù)不能與臺(tái)賬匹配關(guān)聯(lián)，數(shù)據(jù)共享準(zhǔn)確性降低。

在應(yīng)用層，全省光伏電站的運(yùn)行維護(hù)涉及多種終端設(shè)備、多個(gè)運(yùn)營(yíng)單位，由于缺乏相應(yīng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使得運(yùn)營(yíng)單位缺乏對(duì)光伏電站運(yùn)行情況的整體了解，無(wú)法及時(shí)做出相應(yīng)的調(diào)整和優(yōu)化，從而影響電站的運(yùn)行效率。

2" " "分布式光伏數(shù)據(jù)采集共享方案設(shè)計(jì)

基于分布式光伏的現(xiàn)有建設(shè)基礎(chǔ)，針對(duì)所存在的不足，本節(jié)探討以提升終端感知能力、數(shù)據(jù)共享能力、運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)能力為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)分布式光伏數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集感知，建設(shè)全省光伏運(yùn)行監(jiān)測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)光伏運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)共享。

2.1" "建設(shè)原則

為了促進(jìn)分布式光伏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的高效設(shè)計(jì)、建設(shè)與應(yīng)用，基于現(xiàn)有建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，制定了一系列建設(shè)原則，以提高建設(shè)效率，分布式光伏數(shù)據(jù)采集共享總體設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖2所示。

（1）終端統(tǒng)一選型：終端滿足統(tǒng)一技術(shù)方案要求，存量終端改造規(guī)模盡量小，新建低壓光伏推薦使用智能融合終端匯聚數(shù)據(jù)，提高接入效率，并通過(guò)降低存量終端改造工作量減少建設(shè)成本。

（2）終端安全接入：終端與平臺(tái)交互通道應(yīng)采取加密措施，安全方面應(yīng)滿足國(guó)家信息安全等級(jí)保護(hù)等有關(guān)要求，確保數(shù)據(jù)傳輸安全。

（3）數(shù)據(jù)應(yīng)接盡接：充分利用物聯(lián)管理平臺(tái)接入分布式光伏電站的各類(lèi)終端數(shù)據(jù)，做到數(shù)據(jù)應(yīng)接盡接。

（4）數(shù)據(jù)共享共用：通過(guò)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)共享平臺(tái)提供數(shù)據(jù)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)“一個(gè)源”。

（5）資源充分復(fù)用：充分復(fù)用已建分布式光伏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能與服務(wù)，避免重復(fù)建設(shè)。

2.2" "基于物聯(lián)管理平臺(tái)提升終端感知能力

針對(duì)現(xiàn)有架構(gòu)中感知層的不足，結(jié)合融合終端和物聯(lián)管理平臺(tái)以提高感知層的可測(cè)和可調(diào)能力。

（1）提升光伏可測(cè)能力，電氣量、環(huán)境量、設(shè)備本體狀態(tài)數(shù)據(jù)由臺(tái)區(qū)智能融合終端采集上傳至物聯(lián)管理平臺(tái)，包括電壓、電流、功率、溫度、逆變器開(kāi)關(guān)狀態(tài)等。電能量數(shù)據(jù)由集中器采集，上傳至用電信息采集系統(tǒng)用于計(jì)量費(fèi)控。

（2）提升可調(diào)能力，通過(guò)臺(tái)區(qū)智能融合終端可以實(shí)現(xiàn)對(duì)并網(wǎng)斷路器的通斷控制，實(shí)現(xiàn)分布式光伏的

并/離網(wǎng)控制，同時(shí)融合終端直接控制逆變器狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)分布式光伏出力的平滑調(diào)節(jié)。

（3）融合終端接入物聯(lián)管理平臺(tái)，基于平臺(tái)高效的設(shè)備管理和高并發(fā)數(shù)據(jù)采集能力，實(shí)現(xiàn)光伏調(diào)節(jié)策略遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)下發(fā)，同時(shí)采集頻率由原來(lái)的小時(shí)級(jí)提升至分鐘級(jí)。此外，可在用電信息采集系統(tǒng)中增加補(bǔ)采策略，對(duì)沒(méi)有及時(shí)采集到數(shù)據(jù)的集中器進(jìn)行二次召測(cè)，提高數(shù)據(jù)采集成功率。

2.3" "基于量測(cè)中心增強(qiáng)平臺(tái)層數(shù)據(jù)共享能力

在平臺(tái)層，原有數(shù)據(jù)中臺(tái)將數(shù)據(jù)分層（如貼源層、模型層、應(yīng)用層），數(shù)據(jù)清洗、轉(zhuǎn)換和對(duì)外服務(wù)流程較長(zhǎng)，僅適合于離線數(shù)據(jù)加工處理。針對(duì)平臺(tái)層服務(wù)能力的不足，采用量測(cè)中心提供統(tǒng)一實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)，量測(cè)中心在數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)服務(wù)上較數(shù)據(jù)中臺(tái)進(jìn)行了優(yōu)化完善，依托流計(jì)算處理技術(shù)將采集層數(shù)據(jù)與營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)光伏臺(tái)賬數(shù)據(jù)快速關(guān)聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)服務(wù)時(shí)效性由小時(shí)級(jí)提升至5分鐘級(jí)，同時(shí)采集數(shù)據(jù)與臺(tái)賬數(shù)據(jù)100%關(guān)聯(lián)，數(shù)據(jù)共享時(shí)效性與準(zhǔn)確性進(jìn)一步提升。

依托物聯(lián)管理平臺(tái)和量測(cè)中心這一套技術(shù)架構(gòu)，提升了數(shù)據(jù)采集與臺(tái)賬更新頻率，設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)更加便捷，數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)時(shí)效性大大增強(qiáng)，可為源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同互動(dòng)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)支撐。

2.4" "基于統(tǒng)一平臺(tái)優(yōu)化應(yīng)用層運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)能力

光伏運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)按照“全景數(shù)據(jù)可觀、發(fā)電出力可測(cè)、用戶遠(yuǎn)程可控、運(yùn)行靈活可調(diào)”的定位，建成

“管理看板、運(yùn)行觀測(cè)（可觀）、聚合響應(yīng)（可調(diào)）、運(yùn)行監(jiān)測(cè)（可測(cè)）、遠(yuǎn)程控制（可控）”五個(gè)功能模塊。

2.4.1" "管理看板

融合電站、電量、發(fā)電、結(jié)算、氣象等數(shù)據(jù)，依托地圖在光伏可觀看板展示全省光伏電站數(shù)量和容量情況，在光伏可測(cè)看板看到實(shí)時(shí)和預(yù)測(cè)輻照度和氣象情況，實(shí)現(xiàn)光伏全景可視化。

2.4.2" "運(yùn)行觀測(cè)（可觀）

包括電站概況、采集電量、自發(fā)自用電價(jià)電費(fèi)、報(bào)裝趨勢(shì)4個(gè)功能，實(shí)現(xiàn)光伏電站全要素可觀。電站概況實(shí)現(xiàn)分布式電站全生命周期管控和檔案多維度管理，采集電量分年、月、日三個(gè)統(tǒng)計(jì)周期實(shí)現(xiàn)光伏電站發(fā)電量和上網(wǎng)電量精準(zhǔn)計(jì)算。通過(guò)構(gòu)建自發(fā)自用電價(jià)電費(fèi)計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)光伏電站自發(fā)自用電量、電價(jià)、電費(fèi)的精準(zhǔn)計(jì)算。通過(guò)不同區(qū)域、不同時(shí)間維度、各類(lèi)電壓等級(jí)來(lái)全面分析光伏資源的報(bào)裝趨勢(shì)，支撐光伏有序發(fā)展。

2.4.3" "運(yùn)行監(jiān)測(cè)（可測(cè)）

對(duì)分布式光伏電站昨日及今日出力曲線進(jìn)行展示，同時(shí)接入輻照度數(shù)據(jù)，融合光伏電站歷史出力、電站容量信息等數(shù)據(jù)，構(gòu)建光伏電站短期發(fā)電預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)光伏電站出力預(yù)測(cè)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)安裝的“電能表+臺(tái)區(qū)融合終端”，自動(dòng)識(shí)別試點(diǎn)用戶三相不平衡、電壓偏差、諧波異常、電壓波動(dòng)和閃變等7類(lèi)異常。

2.4.4" "聚合響應(yīng)（可調(diào)）

以臺(tái)區(qū)和線路為聚合單元，構(gòu)建就地消納指標(biāo)計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)臺(tái)區(qū)、并網(wǎng)線路反送電量、就地消納率等指標(biāo)計(jì)算，識(shí)別出消納不佳的臺(tái)區(qū)和線路，匹配附近的可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源，引導(dǎo)光伏就地消納。

2.4.5" "遠(yuǎn)程控制（可控）

按照區(qū)域?qū)夥Y源進(jìn)行聚合管理，評(píng)估區(qū)域、變電站或線路內(nèi)光伏資源整體可調(diào)容量，在電網(wǎng)消納能力不足時(shí)，接收光伏群調(diào)群控指令，生成光伏調(diào)峰控制策略，通過(guò)用采系統(tǒng)臺(tái)區(qū)終端—控制設(shè)備通信通道，響應(yīng)電網(wǎng)控制策略，保障電網(wǎng)供需平衡。

2.5" "應(yīng)用成效

（1）支撐營(yíng)銷(xiāo)專(zhuān)業(yè)開(kāi)展就地消納引導(dǎo)，將原有以線路為聚合單元的光伏就地消納場(chǎng)景拓展至臺(tái)區(qū)聚合單元，通過(guò)充分挖掘本臺(tái)區(qū)內(nèi)的可調(diào)負(fù)荷，引導(dǎo)客戶調(diào)整負(fù)荷用電時(shí)段、用電方式，積極響應(yīng)光伏就地消納需求，實(shí)現(xiàn)源荷雙方友好互動(dòng)。

（2）支撐發(fā)展專(zhuān)業(yè)掌握全省各區(qū)域光伏電站發(fā)展規(guī)模、發(fā)展趨勢(shì)，可開(kāi)放容量，為電網(wǎng)規(guī)劃提供決策依據(jù)。

（3）支撐財(cái)務(wù)部門(mén)掌握各單位的光伏電站結(jié)算信息，實(shí)現(xiàn)發(fā)電量、應(yīng)結(jié)補(bǔ)助資金、實(shí)結(jié)補(bǔ)助資金等信息完全線上監(jiān)控，提升了財(cái)務(wù)工作數(shù)字化水平，提高財(cái)務(wù)部門(mén)電量、電費(fèi)統(tǒng)計(jì)效率及工作質(zhì)量。

（4）支撐調(diào)度專(zhuān)業(yè)滿足分布式光伏聚合響應(yīng)需求，形成全電網(wǎng)光伏發(fā)電動(dòng)態(tài)拓?fù)鋱D，直觀判斷光伏調(diào)節(jié)點(diǎn)，支持10kV線路或地區(qū)發(fā)電計(jì)劃生成，服務(wù)調(diào)度光伏發(fā)電或負(fù)荷調(diào)整。

在全省范圍內(nèi)的光伏開(kāi)展驗(yàn)證表明，基于量測(cè)中心的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)能力，使得分布式光伏電能質(zhì)量異常監(jiān)測(cè)效率提高了40%，數(shù)據(jù)時(shí)效由T-1天提升至5分鐘級(jí)，支撐分布式光伏在線監(jiān)測(cè)、電能質(zhì)量異常分析等業(yè)務(wù)應(yīng)用，光伏運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)管理看板如圖3所示。

3" " "結(jié)束語(yǔ)

分布式光伏是新能源的重要組成部分，光伏發(fā)電規(guī)模不斷擴(kuò)大。本文分析了分布式光伏建設(shè)現(xiàn)狀和不足，然后基于現(xiàn)有建設(shè)經(jīng)驗(yàn)提出了改進(jìn)方案。方案首先總結(jié)了建設(shè)原則以指導(dǎo)規(guī)范化建設(shè)，其次從感知層、平臺(tái)層和應(yīng)用層方面進(jìn)行優(yōu)化，有效提升分布式光伏的可觀、可測(cè)、可調(diào)、可控能力，降低建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本。建設(shè)分布式光伏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也是推進(jìn)能源革命和實(shí)現(xiàn)綠色低碳發(fā)展的重要舉措，具有重要的戰(zhàn)略意義和社會(huì)價(jià)值，在系統(tǒng)建設(shè)、現(xiàn)場(chǎng)改造等工作的推進(jìn)過(guò)程中，我們?cè)絹?lái)越清晰地感受到，要做好全省光伏資源統(tǒng)籌管理，后續(xù)必須要做好設(shè)備、政策兩方面保障，提高設(shè)備更新?lián)Q代速度，開(kāi)展光伏出力精準(zhǔn)調(diào)度，不斷提升光伏運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)水平。

注：祝視，通信作者。

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［收稿日期］2023-08-10

［基金項(xiàng)目］本文得到國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司電力物聯(lián)網(wǎng)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（編號(hào)：2019TP016）的支持，相關(guān)科技項(xiàng)目為實(shí)時(shí)量測(cè)數(shù)據(jù)傳輸及共享關(guān)鍵技術(shù)研究（5216A8220004）。