分布式光伏集控中心的設計與實現

王勝昌，俞偉，陳捷，沈文良，張勝達

（國網浙江杭州市富陽區供電公司，杭州311400）

分布式光伏集控中心的設計與實現

王勝昌，俞偉，陳捷，沈文良，張勝達

（國網浙江杭州市富陽區供電公司，杭州311400）

分布式電源作為新能源發電重要的利用形式，對緩解能源危機和減少碳排放起著至關重要的作用，但它也改變了配電網網絡結構，改變了電壓調節、潮流控制以及網絡特性，致使因電能質量問題對用戶用電設備帶來了安全隱患。為此，開展分布式光伏接入配電網的可靠供電技術、安全檢修技術研究，以新能源發電功率預測和負荷預測結果為基礎，開展配電網調度運行經濟性研究和分布式發電聯絡線功率管理，提出利用分布式可再生能源提高配電網電能質量、降低運行損耗及提高供電可靠性的控制策略，構建了分布式光伏集控中心，實現分布式電源的可靠接入和協調優化運行。

分布式電源；配電網；光伏集控中心

0 引言

在利好政策的推動下，光伏產業新的市場空間正在打開，市場投資的主動性明顯提高。未來5年將有大量的分布式光伏并網，然而分布式電源或微電網接入配電網（以下簡稱配網）以后，將改變電力系統在中低壓層面的結構與運行方式，配網從一種嚴格垂直的輻射式網絡，變成一個遍布電源的水平網絡[1]。當分布式電源接入配網的數量和容量達到一定程度以后，傳統的配網技術將不再適用[2]。

在新能源大規模分布式接入的情況下，配網規劃、運行等技術必然要面對許多新的挑戰。為保證分布式電源及微電網與配網的安全協調運行，要重點研究分布式電源對配網的影響，以及如何減小這種影響[3]。因此，為了更好地監測光伏系統的運行狀態，有必要開展分布式光伏集控中心建設，實現分布式電源的安全可靠接入及其協調優化運行，消除將來大量分布式電源接入對配網的影響，提高可再生能源的利用率[4]。

1 國外研究現狀

早在20世紀90年代，國外關于光伏監控系統的研究比較多，設計方案已比較成熟，但多集中在系統控制研究方面，在系統維護方面重視不夠；對光伏并網的研究較多，且研究方向都是針對某一特定問題，但對單獨光伏電源運行的研究較少[5]。在光伏電站研究方面，美國主要基于7個光伏電站開展了相關研究，包括光伏電站數據采集，勞動支出、關鍵指標的變化趨勢，以及各種誤操作的類型及避免方式，同時還涉及整個項目費用的評估、最終結論及系統方案[6]。在分布式電源研究方面，美國科研機構對分布式電源接入配網進行了深入研究，探討了復雜分布式電源對配網的影響[7]。從電源發電、電源逆變、電源并網、電網二次系統、電網潮流分布、繼電保護整定、電網諧波等方面進行了分析；對分布式電源入網的可行性和有效性進行了論證，尤其是在分布式電源入網的微觀分析、故障分析、系統建模等方面成果頗豐[8]。

國外在開發利用風電、光伏發電的早期，大多以分散接入中低壓配用電網絡為主，在新能源分布式接入方面積累了大量實踐經驗，相關規范已逐步完善，并形成一系列應用標準[9]。IEC針對小型光伏發電，頒布了IEC 61727-1995《光伏系統電網接口特性》、IEC 61277-1995《地面用光伏發電系統概述和指南》技術標準。IEEE針對各種類型分布式電源，發布了IEEE 1547標準簇，除規定了分布式電源的接入特性外，還描述了相關的應用指南及測試方法，在工程應用中發揮了重要作用。同時，歐美日等地區的各個地方電力公司也分別制定了針對分布式新能源的一系列技術和管理條款[10]。

2 分布式光伏集控中心的設計

2.1 光伏發電示范項目概況

為推動太陽能發電項目的發展，富陽供電公司積極協調、周密部署，在富陽區實施了三橋和洞橋2個光伏陶瓷瓦屋頂發電示范項目，2個示范項目的年預計發電量分別為576 kWh和855.6 kWh。由于光伏陶瓷發電系統接線長，連接盒多，線損較大，線路損耗約占20%。另外，光伏發電受天氣、季節影響較大，存在一定的波動，但每年同一時間變化不大，有一定的規律性[11]。

光伏發電系統發出的電能首先存儲在蓄電池中，在需要時通過逆變器轉化為市電，當蓄電池供電不足時再切換到市電供電狀態，其具體構成如圖1所示。

圖1 離網市電互補光伏瓦發電系統

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（軟件部分）和就地光伏并網接入裝置（硬件部分）。其中，分布式電源智能管控系統平臺具有數據采集和存儲、數據應用、數據上傳、調度響應、分布式電源運維、數據展示與發布、安全隔離等功能。

（1）集控中心網絡架構。

分布式光伏集控中心起到“上傳下控”作用，對上服務于配電自動化分布式電源接入控制系統，相當于子站；對下收集各分布式電源監控終端的信息，并實現對轄區內分布式電源的管理；同時可將分布式電源信息發布給富陽電網監控中心。集控中心網絡架構如圖2所示[12]。

（2）集控中心主要功能。

分布式光伏集控中心構成如圖3所示。軟件部分即分布式電源管控系統，用來實現數據收集與存儲、數據應用、數據展示與發布、分布式電源運維、調度控制、響應配電自動化調度控制命令和安全隔離等。硬件部分即就地監控裝置，包括分布式電源并網接口裝置、分布式電源低壓并網一體化設備，用來實現對分布式電源相關的數據采集、上送、響應子站平臺的調度控制指令。以下重點研究分布式電源智能管控系統[13]。

3 分布式電源智能管控系統

3.1 分布式電源智能管控系統的構成與功能

分布式光伏電源智能管控系統集成了數據采集、分布式光伏電源遠程監控、電力生產應用、信息發布及檢索服務、區域分布式光伏電源運行管理、接受上級配電自動化主站經濟調度與協調控制管理等功能，其通信網絡結構見圖4。智能管控系統涵蓋3個范疇：

（1）區域分布式光伏電源信息管理，提供分布式電源發電、資產信息管理和運行管理等運維管理內容。屬于信息系統范疇，參照電力企業狀態監測系統和用電信息采集系統建設。

（2）運行控制系統，實現準實時電力調度控制，設計滿足秒級（光網絡）至分鐘級的數據采集分辨率和控制時序。

（3）接受上級分布式電源接入控制系統調度管理，提供分布式光伏電源信息上傳功能，將所采集的區域分布式光伏信息上傳至杭州配電自動化主站系統，并接受配電自動化主站系統對下的調度命令[14]。

分布式電源智能管控系統是監控中心的核心，也是整個系統正常運行的中心樞紐。為確保系統穩定可靠地工作，開發了7個子系統，分別為分布式發電監測系統、分布式電站設備控制系統、分布式電站數據管理系統、分布式電源功率控制系統、分布式發電系統的電能計量系統、分布式發電電能質量監測系統、分布式電站通訊管理系統。這7個子系統相互協作，共同支撐整個智能管控系統[15]。

圖2 分布式光伏集控中心網絡架構

圖3 分布式光伏集控中心構成

圖4 分布式電源智能管控系統通信網絡

3.2 分布式電源智能管控系統性能測試

為確保分布式光伏集中監控中心正常運行，需進行全面測試，內容包括基本功能測試、正常運行和事故測試、穩定性測試、可靠性測試。分別通過模擬系統正常運行和事故狀態下，測試系統冗余和事故情況下的穩定性，確保即使系統信息數據劇增，仍可實現遙信、遙測等功能。

經長時間試運行表明：系統發電監測、設備控制、功率控制、電能計算等功能均正常，數據存儲穩定正確。

4 結語

通過開展分布式光伏接入配網的可靠供電技術、安全檢修技術研究，以新能源發電功率預測結果和負荷預測結果為基礎，進行了配網調度運行經濟性研究和分布式發電聯絡線功率管理。通過研究取得以下成果：

（1）掌握分布式光伏接入配網的電壓調節、潮流控制、安全運行檢修等關鍵技術，提出利用分布式可再生電源提高配網電能質量、降低運行損耗以及提高供電可靠性的控制策略，建立了新能源發電調度運行經濟性分析平臺。

（2）開發了分布式光伏智能管控系統，包含分布式發電監測系統、分布式電站設備控制系統、分布式電站數據管理系統、分布式電源功率控制系統、分布式發電系統的電能計量系統、分布式發電電能質量監測系統、分布式電站通訊管理系統7個子系統。目前該系統運行穩定可靠，可順利完成供電公司下達的各項任務。

[1]王大治，楊承河，侯方迪.配電網風險防控分析及安全預警技術的應用[J].浙江電力，2015，34（12）∶64-68

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[6]陳沛華，趙會茹，李娜娜.分布式光伏電源并網影響與應對措施[J].電氣技術，2015（1）∶125-127

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[8]仲春林，彭棟，王健.分布式光伏電站電能信息實時采集實現方法[J].硅谷，2014（16）∶53-55.

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[13]袁玲，鄭建勇，張先飛．光伏發電并網系統孤島檢測方法的分析與改進[J]．電力系統自動化，2007，31（21）∶72-75．

[14]楊滔，王鹿軍，張沖，等．基于無功電流-頻率正反饋的孤島檢測方法[J]．電力系統自動化，2012，36（14）∶193-199．

[15]趙晶晶．含分布式發電的配電網優化運行研究[D]．重慶：重慶大學，2009．

[16]劉健，張小慶，同向前，等．含分布式電源配電網的故障定位[J]．電力系統自動化，2013，37（2）∶36-42．

（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，高級工程師，主要從事電網運行檢修管理工作。