基于5G智慧專網“直采直控”低壓分布式柔性調控管理

針對如何最大化發揮低壓分布式光伏綠色發電優勢，最小程度減少配網安全運行這一負面影響難題。國網山東省電力公司青州市供電公司以推廣整縣分布式光伏工作為抓手，政企聯合搭臺，明確低壓分布式光伏開發原則，系統評估電網承載力，優化低壓分布式光伏并網流程，大力開展低壓分布式光伏5G接入調控主站工作，重點創建分級監控柔性全場景體系，打通低壓分布式光伏與主網調度全信息監控渠道，運用5G技術，構建新型電力系統智慧調控體系，實現低壓分布式光伏“直采直控”柔性調控管理新模式。通過整合“電站-配變-饋線-臺區”分層級控制能力，優化響應機制，科學規劃負荷預測，實現低壓分布式柔性管理，進一步提升分布式光伏消納能力。將低壓分布式光伏納入日常調度管理，開展24小時運行監控，確保分布式光伏運行工作安全有序開展，引導分布式光伏有序解并網，提升低壓分布式光伏有功控制自動化水平，加強電網低谷消納和高峰供應能力，確保有源配網安全運行。

一、基于5G智慧專網“直采直控”低壓分布式柔性調控管理的主要做法

（一）政企聯合搭建管控平臺，明確低壓分布式光伏發展原則

1.政企聯合搭臺，營造優質贏商環境

為助力國家“雙碳”行動與鄉村振興戰略落地，青州公司聚焦整縣（市、區）屋頂分布式光伏開發，充分發揮對低壓分布式光伏發展過程中的規劃引導作用，編制完成分布式光伏有序解并網方案，聯合發展部積極上報政府相關部門。統籌研究低壓分布式光伏產業發展潛力、細化分布式光伏產業發展原則、制定整縣分布式光伏開發指導辦法和實施方案。營造有利于整縣推進工作的良好政策和營商環境，盡最大可能減輕投資開發企業負擔，構建“政府搭臺、電網引領、社會參與、多方共贏”的新能源服務生態圈。

2.明確發展原則，推動低壓分布式光伏有序發展

為全面落實國家能源局關于分布式光伏并網“應接盡接”的相關要求，青州公司積極與政府溝通交換意見，明確制定整區屋頂分布式光伏建設與管理原則，全面確保新能源產業科學有序發展。堅持規劃引導，實現合作共贏。充分發揮電力公司作為大型央企責任擔當，精準預測用戶需求側負荷變動，系統評估青州電網“變電站-配電線路-臺區”承載力，配合政府做好屋頂分布式光伏規劃布點、并網接入、運維調度等工作，著力推動企業效益最大化、電網投資精益化，建立多方互利共贏的發展格局；堅持全額消納，兼顧電網安全。為提高低壓分布式光伏占比，在保證電網安全、可靠的基礎上，積極挖掘用戶側互動消納潛力，建立網源協調機制，推動電網從“源隨荷動”向“源荷互動”轉變，以低壓分布式光伏優先并網機制引導社會資本向新能源產業傾斜，著力打造低壓分布式光伏“直采直控”調控管理應用場景，提升清潔能源消納能力；堅持有序推進，保障持續發展。基于當前電網結構及用電負荷現狀，按照“電網規劃引領發展、示范工程支撐發展、行動計劃落實發展”的總體思路，引導分布式光伏均衡布局、有序推進，實現低壓分布式光伏“站-配變-饋線-臺區”分層級”并網接入，提高電網調控精益化管理水平，引導區域新型電力系統建設，保障清潔能源可持續發展。

（二）系統評估電網承載力優化分布式光伏并網

截止2022年底，青州光伏總裝機容量已達到29.95萬千瓦，“十四五”期間預計新增裝機35萬千瓦，到“十四五”末青州光伏總裝機容量預計將達到64.95萬千瓦。對電網的負荷預測、電源轉供、檢修管理、無功補償、電壓質量等帶來了巨大挑戰。如何精準實施柔性調度，促進分布式光伏就近消納和全網電力平衡，確保電力系統安全運行，成為做好低壓分布式光伏并網運行工作的重中之重。

青州公司積極響應整區屋頂分布式光伏產業發展，嚴格按照DL/T 2041-2019《分布式電源接入電網承載力評估導則》能源行業標準的相關要求，結合實際情況，按照“分區分層”原則，從總體到局部、從高壓到低壓，按供電區域和電壓等級開展，系統評估各分區各電壓等級的分布式電源接入電網承載力，保障電網安全穩定運行和分布式電源全額消納，促進分布式電源健康有序發展。細化明確承載力分析原則。電網承載力估算等級是根據“分區分層”估算結果確定，估算等級由高到低分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級；確定估算等級應局部服從總體，上一級電網估算等級高于下一級電網時，估算等級應該依上一級電網為準；若估算區域短路電流、電壓偏差、諧波校核有一項不通過時，其相應的估算等級應該為Ⅰ級；梳理制定承載力分析流程。基于分布式光伏發電“就地就近”消納要求，在不向220kV電網反送電的前提下，開展區域電網線路熱穩定計算，確定待估算區域反向負載率及可新增分布式電源容量，經短路電流和電壓偏差校核通過后，即可確定為可新增分布式電源容量結果。動態公示光伏可接入容量。健全新能源系統并網規范，定期（逐月、逐季）統計33座變電站以及10千伏線路光伏可容納容量，建立分布式光伏可開放容量發布機制，配合政府科學有序規劃整區屋頂分布式光伏布點。

（三）創建分級監控全場景柔性體系

基于5G電力專網特點，青州公司探索出低壓分布式光伏“直采直控”柔性調控管理解決方案，采用低成本的多合一終端，降低了并網門檻。多頻立體組網疊加軟硬切片的網絡方案，打造生產調度運維管理兩張網絡。通過匯聚而來的業務數據打造智能化的應用系統，如圖1所示。

1.首創一圖兩案四可全接入”低壓分布式光伏接入畫面

建設一副分布式光伏監測圖形畫面，數據全覆蓋6300余戶低壓分布式光伏，有序開展分布式光伏接網工作，對低壓分布式光伏進行全景監控。建立變電站、線路、臺區、低壓分布式光伏監控機制，將因低壓分布式光伏造成的過電壓、重過載、超容等業務融入日常業務監測，統籌發（用）電時間、負荷情況、天氣狀況等影響因素，準確診斷異常原因，青州公司依托5G智慧電力專網建設，將運行數據實時傳遞到統一調度信息化平臺，給電網消納、管理分布式發電提供技術支撐，確保有源配網安全穩定運行。

2.建立“電站-配變-饋線-臺區”分層級監控

青州公司依托華為、聯通等公關團隊，依據智能融合終端，確定采用“配臺協同、臺區自制”的思路，建立“電站-配變-饋線-臺區”分層級監控，配網調度僅向臺區下發調度指令，臺區智能終端自主將總指令分解下發至各低壓光伏并將運行信息實時上傳至調度系統，實現低壓分布式光伏進行分層級監控管理。公關團隊制定了指令分解策略，充分考慮到各低壓分布式光伏接收調節的公平性，盡可能平衡個低壓分布式光伏受調節的可能性，并且滿足調度控制目標的基礎上，完善分布式光伏功率采集、遠程控制技術措施，電網容量備用不足或其他原因需要調峰時，各區域內所轄分布式光伏按照電力調度機構指令有序上網消納。以5G電力專網接入精準監控，實現分布式光伏24小時低壓分布式光伏“直采直控”管理新模式，提高有源配網安全運行。

.打造“分布式光伏有序解并網表”指導自主安全調峰

優化低壓分布式光伏消納調峰措施，優先保障電網安全約束、民生供熱，安排具備調度端功率控制功能的分布式光伏場站，自動接收并執行電力調度機構指令曲線，以“分布式光伏有序解并網表”作為常規調整手段滿足新能源消納或電網調節需求時的必要補充手段。電力調度機構單獨編制春節等假期期間新能源發電消納困難時分布式光伏消納調峰措施。

（四）采用“直采直控”破解低壓布式光伏柔性調節

青州公司堅持“統籌發力力爭缺口小點，精準施策確保影響小點”總基調，探索低壓分布式光伏直采直控路徑，破解分布式光伏大量并網帶來調控柔性難題。

基于5G電力專網特點，青州公司打造了“直采直控”低壓分布式光伏柔性調控管理解決方案，采用低成本的多合一終端，降低了并網門檻。多頻立體組網疊加軟硬切片的網絡方案，打造生產調度運維管理兩張網絡。打造智能化的應用系統，助力分布式光伏發展。生產調度網通過高安全的5G硬切片接入國網生產控制大區；對帶寬、時延要求更高的無人機巡檢、AR眼鏡等運維業務，通過5G軟切片平衡成本和性能。

青州公司聯合華為、聯通公司自主研發了全國首款多合一5G并網終端，集5G模組、縱向加密、遠動機、AGC于一體，單一設備即可實現分布式光伏全要素“可觀、可測、可調、可控”，通過5G多合一終端，235個站點接入調度系統，可調控容量同比增加196%，削峰填谷成效明顯，電網穩定性大大提高。同時使用九百、二點一、三點五 三個頻段進行混合立體組網，實現了一套廣域基站覆蓋、兩張虛擬專網，為確保5G多合一并網終端運行穩定，青州公司率先使用了三維電子沙盤疊加射線追蹤仿真算法，能夠批量對業務點位、網絡KPI進行評估，站點勘測時間減少90%，一次上線成功率提升至75%。將分布式光伏按照每一個逆變器拆分成無數塊碎片，需要50%就接入50%，需要70%就接入70%，徹底改變以往只能“0”或“1”接入的局面，實現了分布式光伏發電功率的柔性調節。另外，通過 5G 專網接入電力調度系統，分布式光伏控制響應時間也從分鐘級飛躍到毫秒級的飛越，控制敏感性更強，實現全場景全面感知和柔性化調控。

（五）優化響應機制，科學規劃負荷預測安全消納

1.提煉區域化負荷預警

將青州電網劃分為9個區域，一個大區域劃分成若干小網格，每個網格內包含多個分布式光伏，將網格內的分布式光伏日功率曲線作為一個最小分析單元研究，并基于調度自動化系統、營銷MIS系統，發電實時數據、氣象數據的研究，編制分布式光伏分域安全預警圖，作為負荷調整的參考依據。

在低壓分布式光伏“區域化”群調群控的基礎上，青州公司積極協調多方力量支持，整合分析分布式光伏接入類型、電網承受能力、可控負荷范圍、儲能建設情況，掌握基礎現狀、可控范圍、可調資源，以“精細化”負荷預測、光伏監測、儲能調配實現對分布式光伏有源電網、光伏廠站、多源混合等領域協同控制，探索電網源網荷儲柔性調度模式，實現電網從單一的“源隨荷動”模式向“源荷互動”、荷網互動的模式轉變，從傳統的“網源”剛性調度向“源網荷儲”柔性調度轉變，提升低壓分布式光伏安全穩定運行水平。

2.精準預測，提高監測精細化水平

針對當前分布式電源發電預測不準確和功能不具備的問題，全面提高電網精細化監測水平。首先，參考分布式光伏歷史數據，優化完善分布式電源短期功率預測模型，提高部分組件故障條件下的監測精度，根據實時監測分布式光伏發電出力的變化情況判斷光伏設備運行狀況，并及時通知用戶對光伏設備進行維護消缺；其次，根據分布式電源的所處位置和地理條件，部署微氣象裝置，建立區域微氣象測量和預報系統，獲取局地適應性的多源氣象數據，在線滾動優化功率預測模型，分析10kV線路發電隨季節、天氣變化的發電特性，線路負荷特性。總結典型線路一年四季分布式電源發電特性，負荷特性，以及晴天、陰天、雨天、白天等發電特性及負荷特性。對典型線路發電特性與負荷特性進行分析，對分布式實際功率進行頻率分布特性、功率變化分布特性分析，為調度方式安排、電量預測及計劃安排提供重要數據支撐。同時基于發電功率數據，監測分析天氣變化對分布式光伏發電出力的影響，為優化調控、提高分布式電源消納水平提供可靠依據。

二、基于5G智慧專網“直采直控”低壓分布式柔性調控管理的效果

（一）5G智慧網夯實縣域調控安全基礎

青州公司克服了低壓分布式光伏接入體量大、存量用戶數量大、區域分布不均衡等困難，實現運行數據信息直接上傳至地區電力調度機構，滿足采集、監視、控制要求，全部實現“應接全接、可視可控”；增量用戶健康入網，智能電源調節“規范科學”。對于分布式光伏的增量用戶，規范科學地核定電網消納能力，在優先考慮保障電網安全運行的前提下，統籌推進光伏項目發展。有效落實準入機制，規范市場操作。具備并實現接收、執行地區電力調度機構指令進行功率控制功能部署；光伏用戶可控在控，優化管理地區分布式電源，調控安全管理“智慧升級”。不僅提升高峰負荷下的電網承載能力，拓展電網安全裕度，縮小負荷供應缺口，還有效提高電網對設備故障及外部自然災害的抵御能力，為深入探索低壓分布式光伏柔性技術，提高電力安全運行能力，提升客戶用電獲得感積蓄了力量，夯實了縣域調控安全基礎。提煉總結的課題《光耀齊魯，電靚九州--5G智慧電力專網助力分布式光伏應用發展》榮獲工信部第五屆“綻放杯”大賽全國一等獎。

（二）優化分布式光伏消納，提升經濟效益

青州公司以臺區為單位，單位節點接入成本下降90%，實現變電站的實時數據采集，提升新能源消納能力。僅在青州地區，每年可以多發五千萬度電，減少碳排放近五萬噸，百姓增收1900多萬元，光伏真正成為了老百姓屋頂上的陽光銀行。青州“樣板間”已在國網山東全域復制，目前項目規模已達1.78億元，接入終端2.3萬個，提升并網效率8倍以上，每戶發電量增加20%-30%，收入提高由3000元提升至3500元，全年發電量增加5000萬度，一年增加收入1900萬。通過5G智慧專網““直采直控””一體化管理模式，助力分布式光伏建設，打造了青州“光伏樣板”，助力鄉村力振興之路。

（三）生態環境有效改善，提升社會效益

基于5G智慧專網“直采直控”一體化分布式柔性調控管理得到當地政府、相關第三方獨立主體以及新能源發電企業的高度認可，形成了良好的外部環境，取得了顯著社會效益。促進了新能源產業市場、機制和業態模式創新熱潮，豐富了電力市場內涵，激發了能源新興市場主體活力，推進活躍、共享的生態圈建設，對緩解能源危機，保護生態環境有著重要作用。在青州黃泥溝村開展分布式光伏整縣試點建設，圍繞光伏村打造“光伏、儲能、直流配電、建筑負載的柔性用電”新型建筑能源管理系統建設，每年多發5千萬度電，減少碳排放近5萬噸，光伏真正成為了“陽光銀行”。推動筑造青山綠水鄉村振興、零碳目標的實現。主動融入地方經濟社會發展大局，明確國網公司“一體四翼”業務布局和電網向能源互聯網轉型、業務向用能服務轉型、管理向高效智慧轉型、經營向質量效益轉型的實現路徑，本著“源網荷互動、源網荷共贏”的理念，為打贏藍天保衛戰，節約煤炭消費，合理開發應用新能源打下堅實基礎。