王勝昌，俞偉，陳捷，沈文良，張勝達(dá)

（國(guó)網(wǎng)浙江杭州市富陽(yáng)區(qū)供電公司，杭州311400）

分布式光伏集控中心的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王勝昌，俞偉，陳捷，沈文良，張勝達(dá)

（國(guó)網(wǎng)浙江杭州市富陽(yáng)區(qū)供電公司，杭州311400）

分布式電源作為新能源發(fā)電重要的利用形式，對(duì)緩解能源危機(jī)和減少碳排放起著至關(guān)重要的作用，但它也改變了配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，改變了電壓調(diào)節(jié)、潮流控制以及網(wǎng)絡(luò)特性，致使因電能質(zhì)量問題對(duì)用戶用電設(shè)備帶來了安全隱患。為此，開展分布式光伏接入配電網(wǎng)的可靠供電技術(shù)、安全檢修技術(shù)研究，以新能源發(fā)電功率預(yù)測(cè)和負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果為基礎(chǔ)，開展配電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性研究和分布式發(fā)電聯(lián)絡(luò)線功率管理，提出利用分布式可再生能源提高配電網(wǎng)電能質(zhì)量、降低運(yùn)行損耗及提高供電可靠性的控制策略，構(gòu)建了分布式光伏集控中心，實(shí)現(xiàn)分布式電源的可靠接入和協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行。

分布式電源；配電網(wǎng)；光伏集控中心

0 引言

在利好政策的推動(dòng)下，光伏產(chǎn)業(yè)新的市場(chǎng)空間正在打開，市場(chǎng)投資的主動(dòng)性明顯提高。未來5年將有大量的分布式光伏并網(wǎng)，然而分布式電源或微電網(wǎng)接入配電網(wǎng)（以下簡(jiǎn)稱配網(wǎng)）以后，將改變電力系統(tǒng)在中低壓層面的結(jié)構(gòu)與運(yùn)行方式，配網(wǎng)從一種嚴(yán)格垂直的輻射式網(wǎng)絡(luò)，變成一個(gè)遍布電源的水平網(wǎng)絡(luò)[1]。當(dāng)分布式電源接入配網(wǎng)的數(shù)量和容量達(dá)到一定程度以后，傳統(tǒng)的配網(wǎng)技術(shù)將不再適用[2]。

在新能源大規(guī)模分布式接入的情況下，配網(wǎng)規(guī)劃、運(yùn)行等技術(shù)必然要面對(duì)許多新的挑戰(zhàn)。為保證分布式電源及微電網(wǎng)與配網(wǎng)的安全協(xié)調(diào)運(yùn)行，要重點(diǎn)研究分布式電源對(duì)配網(wǎng)的影響，以及如何減小這種影響[3]。因此，為了更好地監(jiān)測(cè)光伏系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，有必要開展分布式光伏集控中心建設(shè)，實(shí)現(xiàn)分布式電源的安全可靠接入及其協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行，消除將來大量分布式電源接入對(duì)配網(wǎng)的影響，提高可再生能源的利用率[4]。

1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

早在20世紀(jì)90年代，國(guó)外關(guān)于光伏監(jiān)控系統(tǒng)的研究比較多，設(shè)計(jì)方案已比較成熟，但多集中在系統(tǒng)控制研究方面，在系統(tǒng)維護(hù)方面重視不夠；對(duì)光伏并網(wǎng)的研究較多，且研究方向都是針對(duì)某一特定問題，但對(duì)單獨(dú)光伏電源運(yùn)行的研究較少[5]。在光伏電站研究方面，美國(guó)主要基于7個(gè)光伏電站開展了相關(guān)研究，包括光伏電站數(shù)據(jù)采集，勞動(dòng)支出、關(guān)鍵指標(biāo)的變化趨勢(shì)，以及各種誤操作的類型及避免方式，同時(shí)還涉及整個(gè)項(xiàng)目費(fèi)用的評(píng)估、最終結(jié)論及系統(tǒng)方案[6]。在分布式電源研究方面，美國(guó)科研機(jī)構(gòu)對(duì)分布式電源接入配網(wǎng)進(jìn)行了深入研究，探討了復(fù)雜分布式電源對(duì)配網(wǎng)的影響[7]。從電源發(fā)電、電源逆變、電源并網(wǎng)、電網(wǎng)二次系統(tǒng)、電網(wǎng)潮流分布、繼電保護(hù)整定、電網(wǎng)諧波等方面進(jìn)行了分析；對(duì)分布式電源入網(wǎng)的可行性和有效性進(jìn)行了論證，尤其是在分布式電源入網(wǎng)的微觀分析、故障分析、系統(tǒng)建模等方面成果頗豐[8]。

國(guó)外在開發(fā)利用風(fēng)電、光伏發(fā)電的早期，大多以分散接入中低壓配用電網(wǎng)絡(luò)為主，在新能源分布式接入方面積累了大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，相關(guān)規(guī)范已逐步完善，并形成一系列應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)[9]。IEC針對(duì)小型光伏發(fā)電，頒布了IEC 61727-1995《光伏系統(tǒng)電網(wǎng)接口特性》、IEC 61277-1995《地面用光伏發(fā)電系統(tǒng)概述和指南》技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。IEEE針對(duì)各種類型分布式電源，發(fā)布了IEEE 1547標(biāo)準(zhǔn)簇，除規(guī)定了分布式電源的接入特性外，還描述了相關(guān)的應(yīng)用指南及測(cè)試方法，在工程應(yīng)用中發(fā)揮了重要作用。同時(shí)，歐美日等地區(qū)的各個(gè)地方電力公司也分別制定了針對(duì)分布式新能源的一系列技術(shù)和管理?xiàng)l款[10]。

2 分布式光伏集控中心的設(shè)計(jì)

2.1 光伏發(fā)電示范項(xiàng)目概況

為推動(dòng)太陽(yáng)能發(fā)電項(xiàng)目的發(fā)展，富陽(yáng)供電公司積極協(xié)調(diào)、周密部署，在富陽(yáng)區(qū)實(shí)施了三橋和洞橋2個(gè)光伏陶瓷瓦屋頂發(fā)電示范項(xiàng)目，2個(gè)示范項(xiàng)目的年預(yù)計(jì)發(fā)電量分別為576 kWh和855.6 kWh。由于光伏陶瓷發(fā)電系統(tǒng)接線長(zhǎng)，連接盒多，線損較大，線路損耗約占20%。另外，光伏發(fā)電受天氣、季節(jié)影響較大，存在一定的波動(dòng)，但每年同一時(shí)間變化不大，有一定的規(guī)律性[11]。

光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電能首先存儲(chǔ)在蓄電池中，在需要時(shí)通過逆變器轉(zhuǎn)化為市電，當(dāng)蓄電池供電不足時(shí)再切換到市電供電狀態(tài)，其具體構(gòu)成如圖1所示。

圖1 離網(wǎng)市電互補(bǔ)光伏瓦發(fā)電系統(tǒng)

2.2 分布式光伏集控中心

分布式光伏集控中心包括分布式電源智能管控系統(tǒng)（軟件部分）和就地光伏并網(wǎng)接入裝置（硬件部分）。其中，分布式電源智能管控系統(tǒng)平臺(tái)具有數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)上傳、調(diào)度響應(yīng)、分布式電源運(yùn)維、數(shù)據(jù)展示與發(fā)布、安全隔離等功能。

（1）集控中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

分布式光伏集控中心起到“上傳下控”作用，對(duì)上服務(wù)于配電自動(dòng)化分布式電源接入控制系統(tǒng)，相當(dāng)于子站；對(duì)下收集各分布式電源監(jiān)控終端的信息，并實(shí)現(xiàn)對(duì)轄區(qū)內(nèi)分布式電源的管理；同時(shí)可將分布式電源信息發(fā)布給富陽(yáng)電網(wǎng)監(jiān)控中心。集控中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示[12]。

（2）集控中心主要功能。

分布式光伏集控中心構(gòu)成如圖3所示。軟件部分即分布式電源管控系統(tǒng)，用來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集與存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)展示與發(fā)布、分布式電源運(yùn)維、調(diào)度控制、響應(yīng)配電自動(dòng)化調(diào)度控制命令和安全隔離等。硬件部分即就地監(jiān)控裝置，包括分布式電源并網(wǎng)接口裝置、分布式電源低壓并網(wǎng)一體化設(shè)備，用來實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式電源相關(guān)的數(shù)據(jù)采集、上送、響應(yīng)子站平臺(tái)的調(diào)度控制指令。以下重點(diǎn)研究分布式電源智能管控系統(tǒng)[13]。

3 分布式電源智能管控系統(tǒng)

3.1 分布式電源智能管控系統(tǒng)的構(gòu)成與功能

分布式光伏電源智能管控系統(tǒng)集成了數(shù)據(jù)采集、分布式光伏電源遠(yuǎn)程監(jiān)控、電力生產(chǎn)應(yīng)用、信息發(fā)布及檢索服務(wù)、區(qū)域分布式光伏電源運(yùn)行管理、接受上級(jí)配電自動(dòng)化主站經(jīng)濟(jì)調(diào)度與協(xié)調(diào)控制管理等功能，其通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖4。智能管控系統(tǒng)涵蓋3個(gè)范疇：

（1）區(qū)域分布式光伏電源信息管理，提供分布式電源發(fā)電、資產(chǎn)信息管理和運(yùn)行管理等運(yùn)維管理內(nèi)容。屬于信息系統(tǒng)范疇，參照電力企業(yè)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)。

（2）運(yùn)行控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)實(shí)時(shí)電力調(diào)度控制，設(shè)計(jì)滿足秒級(jí)（光網(wǎng)絡(luò)）至分鐘級(jí)的數(shù)據(jù)采集分辨率和控制時(shí)序。

（3）接受上級(jí)分布式電源接入控制系統(tǒng)調(diào)度管理，提供分布式光伏電源信息上傳功能，將所采集的區(qū)域分布式光伏信息上傳至杭州配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)，并接受配電自動(dòng)化主站系統(tǒng)對(duì)下的調(diào)度命令[14]。

分布式電源智能管控系統(tǒng)是監(jiān)控中心的核心，也是整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行的中心樞紐。為確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地工作，開發(fā)了7個(gè)子系統(tǒng)，分別為分布式發(fā)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、分布式電站設(shè)備控制系統(tǒng)、分布式電站數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、分布式電源功率控制系統(tǒng)、分布式發(fā)電系統(tǒng)的電能計(jì)量系統(tǒng)、分布式發(fā)電電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、分布式電站通訊管理系統(tǒng)。這7個(gè)子系統(tǒng)相互協(xié)作，共同支撐整個(gè)智能管控系統(tǒng)[15]。

圖2 分布式光伏集控中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

圖3 分布式光伏集控中心構(gòu)成

圖4 分布式電源智能管控系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)

3.2 分布式電源智能管控系統(tǒng)性能測(cè)試

為確保分布式光伏集中監(jiān)控中心正常運(yùn)行，需進(jìn)行全面測(cè)試，內(nèi)容包括基本功能測(cè)試、正常運(yùn)行和事故測(cè)試、穩(wěn)定性測(cè)試、可靠性測(cè)試。分別通過模擬系統(tǒng)正常運(yùn)行和事故狀態(tài)下，測(cè)試系統(tǒng)冗余和事故情況下的穩(wěn)定性，確保即使系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)劇增，仍可實(shí)現(xiàn)遙信、遙測(cè)等功能。

經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間試運(yùn)行表明：系統(tǒng)發(fā)電監(jiān)測(cè)、設(shè)備控制、功率控制、電能計(jì)算等功能均正常，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)穩(wěn)定正確。

4 結(jié)語(yǔ)

通過開展分布式光伏接入配網(wǎng)的可靠供電技術(shù)、安全檢修技術(shù)研究，以新能源發(fā)電功率預(yù)測(cè)結(jié)果和負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果為基礎(chǔ)，進(jìn)行了配網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性研究和分布式發(fā)電聯(lián)絡(luò)線功率管理。通過研究取得以下成果：

（1）掌握分布式光伏接入配網(wǎng)的電壓調(diào)節(jié)、潮流控制、安全運(yùn)行檢修等關(guān)鍵技術(shù)，提出利用分布式可再生電源提高配網(wǎng)電能質(zhì)量、降低運(yùn)行損耗以及提高供電可靠性的控制策略，建立了新能源發(fā)電調(diào)度運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析平臺(tái)。

（2）開發(fā)了分布式光伏智能管控系統(tǒng)，包含分布式發(fā)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、分布式電站設(shè)備控制系統(tǒng)、分布式電站數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、分布式電源功率控制系統(tǒng)、分布式發(fā)電系統(tǒng)的電能計(jì)量系統(tǒng)、分布式發(fā)電電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、分布式電站通訊管理系統(tǒng)7個(gè)子系統(tǒng)。目前該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，可順利完成供電公司下達(dá)的各項(xiàng)任務(wù)。

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（本文編輯：方明霞）

Design and Implementation of Centralized Monitoring Center for Distributed Photovoltaic System

WANG Shengchang，YU Wei，CHEN Jie，SHEN Wenliang，ZHANG Shengda
（State Grid Fuyang Power Supply Company，Hangzhou 311400，China）

As an important form of new energy power generation，distributed generation plays a key role in relief energy crisis and carbon emission reduction；however，it also alters distribution network structure，voltage regulation，power flow control and network characteristics，bringing power quality problems and safety hazards to electric equipment.Therefore，the paper investigates technologies for power supply reliability and maintenance safety.On the basis of power forecast and load forecast of new energy power generation，the paper conducts economy discussion on power grid dispatch and operation and power management of tie line for distributed generation；besides，it presents a control strategy for power quality improvement of distribution networks，operation loss reduction and power supply reliability improvement with the help of distributed renewables.A centralized monitoring center for distributed photovoltaic system is built for reliable access of distributed generation and operation coordination and optimization.

distributed generation；distribution network；centralized photovoltaic system monitoring center

10.19585/j.zjdl.201706011

1007-1881（2017）06-0048-04

TM615+.2

B

2017-03-15

王勝昌（1965），男，高級(jí)工程師，主要從事電網(wǎng)運(yùn)行檢修管理工作。