低電壓分布式電源調控采集裝置成果應用與前景展望

國網甘肅省電力公司酒泉供電公司 鐘銘軍 國網甘肅省電力公司 胡殿剛 龍 杰

國網甘肅省電力公司電力科學研究院 周治伊

2020年9月，我國明確指出“雙碳”發展目標，鼓勵自給式太陽能系統的應用，積極調整能源結構，推動分布式電源發展。國家電網公司積極響應并落實能源發展戰略目標，接入和消納分布式電源，完善電源并網服務，加強對其運行監管力度。2020年4月28日，國務院常務會議對“新基建”做出最新部署，將5G定位為“新基建”的基礎性行業，通過5G網絡建設推動各產業領域發展。國家電網公司響應國家政策，積極推進5G、工業物聯網等信息技術在“發、輸、配、用”環節的應用，以解決電力生產中各種監測傳感器的接入難題，提高電網的可靠性、安全性和經濟性。

在此背景下，建設以清潔高效新能源為主體的新型電網，成為未來能源可持續發展的必然趨勢。而在新能源發展中，分布式電源使用對環境污染較少的可再生能源，其發展迅速且規模日益擴大。分布式電源一般通過低壓電網并入電力系統，改變電網結構及系統潮流分布，因此適宜的容量和接入位置可降低網損；就近供電，減少遠距離輸送電成本；可根據實際負荷需求，為系統提供能量，減緩高峰用電壓力；當電網無法進行供電時，分布式電源可作為備用電源供給電能，提高供電可靠性；在地勢偏遠地區，其供電能力不足，太陽能光伏發電和風能風力發電等的分布式清潔電源，能夠有效地彌補電能供應難度大的弊端。

1 分布式電源現狀

我國中西部城鄉地區依托于優質太陽能自然資源，因地制宜，發展“零碳能源”建設具有明顯優勢。隨著國家電網公司大力發展分布式光伏發電項目，光伏電源建設成本的降低及國家碳中和政策下的新能源發展政策支持，提高了社會居民開發新能源的積極性，小容量分布式光伏電源規模還將日益擴大，發電總量和余電上網電量也將逐步提高。從目前分布式電源發展現狀來看，成片集中式大規模的建設條件不夠，分布式的建設方式潛力巨大，因此分布式光伏發電規模將不斷快速的擴充。

隨著分布式電源并網運行監管需求進一步加深，電源狀態信息監控調度層面研究逐步開展起來，從不同應用需求和角度，提出了對電源點狀態信息進行監控的方案和算法。文獻[1]從集群監控的角度，設計區域電源智能監測系統，實現對分布式電源的集群控制。文獻[2]介紹分布式電源遠程監控管理系統，通過現代通信技術遠程采集分布式能源設備狀態和系統運行信息，提高分布式電源整體運行水平。文獻[3]提出基于北斗技術的分布式電源信息采集方法，實現對分布式電源的關鍵電力信息采集和傳輸，并與智能電網調度控制中心有機融合，實現調控中心對分布式電源的智能調度控制。文獻[4]開發一種分布式電源并網運行電參數監測裝置，通過仿真比較，從算法上提高了電參數監測的精度。

2 分布式電源調控采集裝置的作用

目前，大多數分布式光伏電源，基本通過營銷系統的電度表實現了上網電量（反向有功）的采集，但都不在電網調度部門的監測范圍內，且缺乏實時的電壓、電流、發電量、上網電量、電能質量等信息數據，不能實現各分布式光伏電源的工作狀態監視，電網調度部門無法對分散的電源進行群調群控，不利于電網的安全穩定運行。未來光伏電站接入電網的核心要求光伏電站接受電網調度、實時監控以及參與電網管理。為充分發揮分布式電源對配電網的支撐能力，統一管理控制分布式電源運行方式，采用分布式群調群控，降低分布式電源出力的隨機性，可最大限度提升新能源消納能力，有力支撐電網調度運行。為減小對電網的影響，做到有效消納，分布式電源群調群控是未來的發展趨勢。

分布式電源作為新時代背景下的一種新型電能供應來源，發展潛力巨大，加強對其的統一管理與調度控制是重中之重。而分布式電源調控采集裝置能對不同資產屬性、不同發電容量及上網余量、不同通信條件、不同地域特點等較為典型的分布式光伏電源點的實時數據采集服務，提供各分布點的經緯度信息，提供連續穩態監測數據，采集數據通過5G網絡或4G網絡經移動通信運營商公網數據轉SDH專線及網絡安全防護設備，轉送至配網自動化系統，并按需分發至地調自動化系統、省調自動化系統。這樣一來，調度中心可實現對電力數據實時收集，并對電網運行狀態進行實時監控。因此，調控采集裝置不僅優化了系統調度運行，方便電網調度部門的統一管理和實時監控，還加強了電網調度的靈活性，對提高電網運行的可靠性、安全性和經濟性具有重要意義。

3 實際工程應用

3.1 工程應用內容

目前，低電壓分布式電源調控采集裝置在甘肅省酒泉市肅州區轄內8個鎮的53個分布式光伏電源點進行了實際現場應用。為滿足不同用戶需求，兼顧分布式電源的多樣性，更完善的探索分布式電源信息采集試點工作，將其工作場景分類。其中，從通信方式上分為5G通信與4G通信兩種通信方式；從發電量消納方式上分為全額上網、自發自用余電上網兩類用戶；從安裝方式上分為電桿、地面水泥臺、墻壁支架、墻壁安裝、戶內安裝、戶外安裝等多種方式；從表計接入方式上分為經互感器接入與直接接入兩種方式；從采集方式上分為單相接入與三相四線接入兩種方式。其中，場景應用最多的兩種模式，一種是三相四線經互感器接入的全額上網用戶；一種是單相直接接入的自發自用余電上網用戶。裝置安裝示意圖如圖1所示。

綜合分布式電源調控采集裝置的需求分析，實現裝置內容的關鍵在于通信方式選擇、多功能電參數精確采集以及GPS信號準確接收。分布式電源調控終端與主站間通信要求低延時、高寬帶以及高安全的通信技術。低延時即在電網故障的極端條件下，通過網絡可實現故障區域自動隔離與控制、新能源自動優化協調命令的即時執行，充分發揮分布式小容量新能源對配網的支撐作用，減小故障對區域配網的沖擊，提高供電的可靠性；高寬帶即滿足較大數量的監控裝置的并發數據監測與控制需求，尤其是對于日常的電能質量分析及波形數據的實時傳輸；高安全即通過5G網絡切片技術，有效提高業務及網絡的安全性。5G通信技術具有明顯優勢，因此優先使用5G通信，考慮到部分分布式電源點地區尚未覆蓋5G網絡，則暫時采用4G網絡通信，隨著5G網絡的覆蓋，電源點通過升級自動切換為5G通信，以靈活應對電源點附近通信條件。

多功能電參數采集單元負責電源點的頻率、電流矢量、電壓矢量、有功功率、無功功率、功率因素、發電量、上網電量、開關位置等基本信息，以及諧波、間諧波、電壓合格率、閃變等電能質量信息的采集。采用高精度、高速電參數計算關鍵技術理論，高效率、高精度、高穩定性地提取電參數數據，為調控采集裝置的高級應用奠定精確有效的數據基礎。

3.2 工程應用成效

自裝置投入實際應用以來，經觀察裝置工作期間運行狀況，作以下應用成效分析：一是分布式電源數據采集精確高效，數據上送穩定、可靠。對每個分布式電源點的電壓、電流、諧波、頻率、發電量、上網電量等電氣參量進行了高頻采集，數據采集精準高效，實現對各分布式光伏電源點的工作狀態監視。二是設備安裝方便，不影響其他設備工作。裝置設備與各模塊均安裝在防水箱內，在用戶表箱附近選擇安裝點（多為掛墻或電桿方式安裝），設備電流使用開合式互感器安裝在用戶的二次回路上不影響用戶其他設備的運行。電壓則并入用戶表箱側，整個過程不需要停電。三是通信延時滿足調度要求。根據現場點位通信延時測試，統計部分4G與5G通信穩定性測試比較數據見表1。

表1 部分4G與5G通信穩定性測試比較數據

從表1數據可以看出，5G在傳輸速率、傳輸延時與大數據上傳、下載速率上明顯優于4G，并滿足調度要求。四是調度自動化系統運行穩定可靠。自裝置運行以來，所有監測點數據采集功能正常、通信穩定。通過調度自動化系統，對數據完整記錄，在線查看用戶側的實時用電，發電情況，通過對匯總數據的整理分析，判斷用戶側光伏發電是否存在故障，存在何種故障，及時制定規劃整改措施。查看GPS、電能質量、監測類型、便于對用戶的監測位置進行精確定位分析，當電能質量出現問題時，可后臺直觀地反應用戶側問題，及時處理，提升效率。

總之，分布式電源調控采集裝置的初步試點應用實現了電力運行數據實時收集，對電網運行狀態進行實時監控。部分試點位置更換安裝了智能開關設備可實現遠程遙控分合上網電量開關，開關分合位置變位信號能及時上送調度后臺。遙測數據的采集與上送為下一步分布式電源的集采集控提供數據支撐。通過對用戶側數據的實時監測和及時分析，若用戶側系統出現故障便可對故障側及時做出整改，電力系統可對上傳的數據進行統計分析與評估，定期對檢測系統進行維護保養，為狀態檢修、電力系統升級提供可靠的技術支持，從而提高電網運行可靠性。

4 展望

隨著分布式電源發展規模不斷擴大，供電系統對其發展要求也不斷提高。不僅是對電能質量的要求，還有對電源進行統一調度與控制管理的要求。其主要表現在對電網波動、有功降額、無功補償與遠程控制功率等方面，其主要目的是將分布式電源集群進電網調度控制管理系統，以及在電網波動或故障時提高對分布式電源的可控性。

隨著電力系統電網調度自動化技術的逐步完善，信息化自動化的設備裝置管理監控模式逐漸深入，調度管理細則逐步規范，未來新增分布式電源狀態信息納入電網調度監控范圍是必然趨勢。為順應調度自動化的發展，參考本次53個分布式光伏電源試點應用取得初步成功的經驗，改善其中的不足，優化創新設計方案，推廣至更多的分布式電源信息采集服務，使其不斷融入調度自動化系統，推動電力事業的持續進步，相信在未來有更加優質的發展。

綜上所述，我國經濟發展離不開電能的供應，為了能夠滿足高速發展時代下人們用電需求，保證電網供電系統穩定可靠，就必須加深對分布式電源監控管理的關注與重視。針對實際現狀中存在大量分布式電源不受調度控制監視等問題，本文在分布式電源發展現狀基礎上，結合實際工程對分布式電源調控采集裝置的現場應用成效進行分析可見，分布式電源采集裝置的應用實現了電源點的信息調控采集服務，使得電力系統調度自動化系統更加健全與完善，推動了電力行業調度自動化技術革新。