面向新型電力系統的跨臺區光伏消納技術研究

羅耀強

（南京易司拓電力科技股份有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

近些年來，智能化物聯網的建設發展為新型電力系統的發展提供了建設管理方案，也為光伏消納技術開辟了新的思路。應用智能物聯網技術，配合新型電網系統中的智能設備，實時地監測各個臺區的負荷、光伏信息等，再通過大數據采集分析，調控各電力電子變壓器，改變光伏功率流動實現臺區之間的光伏消納。從新型電力系統的特征分析，通過仿真建模形式來研究物聯網技術的應用給垮臺區光伏消納技術帶來的影響。

1 新型電力系統的基本特征

新型電力系統具有四個基本特征：一是開放互聯。需要形成互聯互通的物聯網網絡平臺，全面發揮電網的優勢線路，獲取因為季節或者天氣原因互調和跨區域、跨領域補償調節等效益，充分實現各類發電資源的共享和相互備用。二是智能友好。運用現在網絡信息技術，實現物聯網與電力技術的融合，做到信息化、智能化，改變傳統能源電力的分配方式，做到由計劃轉為智能高效的工作方式。三是靈活高效。新型電力系統運用多種能源發電，要具備可調可控的能力，提升主動承擔性能，電網系統做到靈活調配，保證互相備份互補，實現靈活高效的能源發展需求。四是安全可控。為了做到交直流電壓之間的協調發展，建設完整的安全調控系統，筑牢安全防線，有效防止系統故障，避免大面積停產停電風險[1]。

新型電力系統的四個特征與能源物聯網的發展基調保持一致，都是表明了國家能源建設的發展方向，物聯網技術在新型電力系統的重要作用也推動了電網向能源物聯網升級的助力，二者最終落實到國家戰略實施和發展的實踐中。

2 大型電站光伏消納仿真建模

2.1 設備層仿真模型的搭

就電力系統物聯網來說，一方面通過運用網絡監控技術計算、分析光伏數據和使用的能耗信息，另一方面通過人工智能控制電網各個臺區之間的光伏流動，做到調配消納光伏的目的。下面通過物理模型來演示各臺區間的光伏流動，電力電子變壓器是該物理模型的核心。

每臺電力電子變壓器由交流負載端口變流器、網關變流器、直流負載端口變流器與互濟變流器4個變流器組成。不同的交流器工作方式不同。網關交流器作為電網與變壓器能量交換的端口，一端連接著電網，一端連接著直流母線；交流負載端口變流器為臺區內的交流負荷供電；直流負載端口變流器負責為臺區內直流負荷供電；互濟變流器是光伏消納的重要組件。

互濟變流器作為不同臺區之間的交換互聯紐帶，是達到光伏消納的主要組件，依靠互聯母線實現各個電力電子變壓器的交換互聯，達到臺區間的能量補充，有效減弱各臺區與電網間的能量交換損耗，避免多余的損耗和電壓波動。若遇到某個臺區光伏功率突然增大的情況，互濟變流器便能及時發揮效力，及時輸送到功率急劇增大而急缺的臺區，有效避免額外光伏倒流電網造成的電壓變化，提高了光伏消納的能力。如圖1所示。

2.2 通信傳輸層仿真模型的搭建

搭建通信傳輸層模型這里用OPNET網絡仿真技術軟件包，要模擬3個臺區的網絡拓撲圖，如圖2所示。為了研究方便，我們將模型簡化，選擇交換機、服務器、監測單元、路由器等與控制相關的組件，以此模擬3個臺區的網絡拓撲圖。

一個臺區由4個不同的智能檢測設備組成，承擔臺區內負荷功率、直流母線電壓及光伏功率的智能監測。一般地，運用SITL元件可以有效連接外部設備網絡。這里也是通過2個不同的SITL元件建立與ADN-SIM與Labview的通信交換連接[2]。

2.3 臺區間電能調度控制層仿真模型的搭建

在程序開發環境Labview中使用數據包解析模塊、數據包接收模塊、數據包下發模塊及調度控制指令生成模塊，可以模擬電能調度控制的基礎功能。剛開始，在ADN-SIM中數據包按照報文協議一一封裝，并運用UDP協議完成傳輸。仿真調度控制層程序搭建完畢，即可清晰采集3個臺區實時調度測量數據。

2.4 多臺區間光伏消納調度仿真模擬過程

按照上述操作，完成垮臺區間光伏消納調度仿真模型的構建，即可開始設備層、通信傳輸層及電能調度控制層三個仿真層試驗，如圖3所示。

（1）在仿真模擬中，ADN-SIM會依次測量3個臺區的直流負荷功率、直流母線電壓、交流負荷功率與光伏出力，按照協議處理數據包，并運用UDP協議傳輸，在設定的頻率下及時傳輸數據到網絡仿真技術軟件包。

（2）然后，借助SITL仿真模塊，網絡仿真技術軟件包接收收據信息，將實際的數據信息處理為虛擬的信息，仿真數據信息通過固定距離網線，經交換機、路由器傳輸到由Labview搭建的控制主站，這個過程可以通過設置加大背景流量來有效阻止DDOS網絡攻擊，避免通道受到阻塞。

（3）接下來，OPNET傳輸的數據信息被程序開發環境Labview接收后，依據報文傳輸協議解析數據，并將其輸入控制程序處理，可以生成3個臺區的控制指令，再依據報文傳輸協議生成二進制的數據信息，并將其傳送到網絡仿真技術軟件包OPNET[3]。

（4）緊接著，借助SITL仿真模塊，上述數據信息被網絡仿真技術軟件包OPNET接收，也將實際的數據信息一一處理為虛擬的數據信息，并仿真模擬數據信息，通過固定距離網線，經交換機、路由器傳輸后將數據信息傳送到ADN-SIM[4]。

（5）最后，控制指令數據信息被ADN-SIM中的數據接收模塊接收后，解析處理相關控制指令，并被指定臺區的電力電子變壓器仿真模型接收。依據控制指令，可以仿真模擬3個臺區的光伏消納情況。

3 算例分析

前面已經用仿真模型驗證物聯網應用下的光伏消納水平。下面設置了一組低滲透率、高滲透率的對比實驗，實驗一、實驗二為不同的光伏消納場景，負荷都是恒定的，光伏功率是變化的，隨著時間發生變化。實驗一的數據見表1，3個臺區均為低滲透率場景，光伏應當就地消納。電力物聯網并沒有起到電能調度控制作用，仿真模擬結果如圖4所示。

表1 實驗一 3臺區負荷與光功率設定值

從圖4看出，3個臺區的光伏功率都小于負荷功率，互聯功率均為零，臺區間沒有能量交換，光伏達到了就地消納，低滲透率場景下的各自臺區光伏就地消納效果得到驗證。

實驗二，3個臺區的負荷功率及光伏最大功率的設定值如表2所示。臺區2的最大光伏出力為零，臺區1、臺區2分別為處于高滲透率情況、低滲透率情況。這時，調度主站收到智能檢測設備發出的功率補給信息后，發出控制指令信息，啟動互濟變流器，臺區1將自己多余的光伏功率通過互聯直流母線補給到其他兩個臺區，完成高滲透場景下光伏的自動消納，配電物聯網發揮自動電能調度控制作用。仿真模擬結果如圖5所示。

表2 試驗二3臺區負荷與光功率設定值

如圖5所示，當臺區1處于高滲透場景下時，調度中心發布指令，啟動互濟變流器，臺區1多余的光伏功率補給臺區2，兩個臺區實現自動電能補給，這就達到了配電物聯網下的垮臺區光伏自動消納。

因此，低滲透率場景下，光伏功率小于負荷功率，電力物聯網監測各臺區的功率信息，調度中心不發出調度指令，互聯功率為零，可以實現每個臺區就地光伏消納[5]。相反，高滲透率場景下，臺區光伏功率明顯增大時，不能就地消納，配電物聯網依據監測的功率數據，通過調度中心發送指令，啟動互濟變流器，多余臺區的光功率及時補給到功率不能滿足負荷的臺區，達到垮臺區光伏消納。

4 結語

從上述仿真模擬試驗總結出，在不同光伏滲透率場景下，配電物聯網均可達到光伏自動消納。電力物聯網能夠準確采集數據，通過調度中心發出指令，自動實現各自臺區的光伏就地消納或垮臺區的光伏自動消納，這也證實了配電物聯網在多臺區光伏消納的靈活性，為提高光伏消納中電能的有效利用提供新的研究方向。