分布式光伏數據采集共享方案探究

［摘 要］當前，光伏產業發展迅速，分布式光伏電站數量激增使得光伏出力數據成為影響電力調度的一個重要因素，有必要進一步提升光伏數據采集共享的信息化水平。文章以某省光伏建設情況為切入點，分析了分布式光伏數據采集共享的現狀與不足，從感知層、平臺層和應用層方面優化分布式光伏數據采集共享方案，可提高分布式光伏可觀、可測、可調、可控能力，促進以新能源為主體的新型電力系統構建。

［關鍵詞］分布式光伏；電力系統信息化管理；數據采集；數據共享平臺

0" " "引 言

光伏是典型的新能源之一，隨著新型電力系統建設的推進［1-2］，分布式光伏在能源轉型中扮演著越來越重要的角色。相比于傳統的集中式光伏發電，分布式光伏具有投資周期短、更為靈活、效率更高等優勢，可以利用有限土地進行發電［3-4］。當前，我國分布式光伏發電發展勢頭強勁［5］，但在各省發展趨勢不均衡，據國家能源局報告，截至2022年底，僅有山東、河北等少數省份的并網容量達38GW以上，其他省的并網容量較低，其中西藏并網容量僅有1.781GW。

隨著分布式光伏電站的規模擴大，接入的逆變器設備類型種類增多［6］，不同類型的設備使用的通信協議和數據格式也不一致，使得采集系統面臨多種異構數據的采集和感知問題，這些電能量、電氣量、逆變器運行狀態等數據是光伏運營監測的基礎，只有準確、實時的數據才能指導出力決策，實現電網動態平衡。當前，在生產運行中，分布式光伏面臨著數據采集共享方面的挑戰，例如數據采集不全、數據無法實時共享等，使分布式光伏的并網難度增大。

為了解決上述問題，需要研究合適的數據采集共享方案，實現光伏數據的全面采集和實時共享。本文分析了分布式光伏建設的現狀與存在的不足，并提出一種分布式光伏數據采集共享方案，以期提高分布式光伏的可觀、可測、可調、可控能力，保障電網安全穩定運行。

1" " "分布式光伏的建設現狀與不足

1.1" "建設現狀

截至2023年3月，湖南省電網光伏并網裝機容量達7.1GW左右，其中分布式光伏（6kW及以下）并網裝機約3.74GW，占總裝機的52.67%。現行分布式光伏監測系統的總體架構分四層，如圖1所示。

感知層：分布式光伏接入分為中壓側和低壓側兩類。中壓側采用配網終端將數據接入生產控制大區，低壓側通過電表、集中器和用電信息采集系統實現數據采集與控制信令的下發，可通過對電表的通斷實現分布式光伏的并/離網控制。

網絡層：中壓分布式光伏站點的終端主要采取光纖專網或無線專網接入系統，低壓站點的終端則采用運營商無線公網APN專線接入系統。

平臺層：基于調控云與用電信息采集系統接入中壓和低壓分布式光伏數據，通過數據中臺進行計算，以數據服務方式將計算結果供其他系統調用。

應用層：光伏數據的應用范圍廣泛，例如，營銷系統實現了光伏客戶報裝、增減容、更名過戶和結算客戶電費等；源荷聚合平臺實現了光伏電源的聚合資源管理；新供指管控系統負責全省光伏電源的檔案、發電量等信息展示。

1.2" "存在不足

雖然建設分布式光伏電站有經濟節能、降低成本、可持續等諸多優點，但是現行分布式光伏系統架構仍然存在一些不足，導致數據采集共享困難。

在感知層，現有集中器采集任務調度存在瓶頸，終端一次采集成功率不高，光伏電壓電流功率等電能量數據無法及時傳輸到業務系統，此外，集中器無法直接與光伏逆變器進行通信，導致不能實現光伏出力柔性調節。

在平臺層，數據中臺接入分布式光伏采集數據的時延達到小時級，無法對光伏數據進行實時監測，接入光伏臺賬數據的時延，導致部分新建光伏站點采集數據不能與臺賬匹配關聯，數據共享準確性降低。

在應用層，全省光伏電站的運行維護涉及多種終端設備、多個運營單位，由于缺乏相應的監測系統，使得運營單位缺乏對光伏電站運行情況的整體了解，無法及時做出相應的調整和優化，從而影響電站的運行效率。

2" " "分布式光伏數據采集共享方案設計

基于分布式光伏的現有建設基礎，針對所存在的不足，本節探討以提升終端感知能力、數據共享能力、運營監測能力為目標，實現分布式光伏數據統一采集感知，建設全省光伏運行監測平臺，實現光伏運行數據的實時共享。

2.1" "建設原則

為了促進分布式光伏監測系統的高效設計、建設與應用，基于現有建設經驗，制定了一系列建設原則，以提高建設效率，分布式光伏數據采集共享總體設計架構如圖2所示。

（1）終端統一選型：終端滿足統一技術方案要求，存量終端改造規模盡量小，新建低壓光伏推薦使用智能融合終端匯聚數據，提高接入效率，并通過降低存量終端改造工作量減少建設成本。

（2）終端安全接入：終端與平臺交互通道應采取加密措施，安全方面應滿足國家信息安全等級保護等有關要求，確保數據傳輸安全。

（3）數據應接盡接：充分利用物聯管理平臺接入分布式光伏電站的各類終端數據，做到數據應接盡接。

（4）數據共享共用：通過統一的數據共享平臺提供數據服務，實現數據“一個源”。

（5）資源充分復用：充分復用已建分布式光伏監測系統的功能與服務，避免重復建設。

2.2" "基于物聯管理平臺提升終端感知能力

針對現有架構中感知層的不足，結合融合終端和物聯管理平臺以提高感知層的可測和可調能力。

（1）提升光伏可測能力，電氣量、環境量、設備本體狀態數據由臺區智能融合終端采集上傳至物聯管理平臺，包括電壓、電流、功率、溫度、逆變器開關狀態等。電能量數據由集中器采集，上傳至用電信息采集系統用于計量費控。

（2）提升可調能力，通過臺區智能融合終端可以實現對并網斷路器的通斷控制，實現分布式光伏的

并/離網控制，同時融合終端直接控制逆變器狀態，可實現分布式光伏出力的平滑調節。

（3）融合終端接入物聯管理平臺，基于平臺高效的設備管理和高并發數據采集能力，實現光伏調節策略遠程實時下發，同時采集頻率由原來的小時級提升至分鐘級。此外，可在用電信息采集系統中增加補采策略，對沒有及時采集到數據的集中器進行二次召測，提高數據采集成功率。

2.3" "基于量測中心增強平臺層數據共享能力

在平臺層，原有數據中臺將數據分層（如貼源層、模型層、應用層），數據清洗、轉換和對外服務流程較長，僅適合于離線數據加工處理。針對平臺層服務能力的不足，采用量測中心提供統一實時數據服務，量測中心在數據接入、數據處理、數據存儲和數據服務上較數據中臺進行了優化完善，依托流計算處理技術將采集層數據與營銷系統光伏臺賬數據快速關聯，可實現數據服務時效性由小時級提升至5分鐘級，同時采集數據與臺賬數據100%關聯，數據共享時效性與準確性進一步提升。

依托物聯管理平臺和量測中心這一套技術架構，提升了數據采集與臺賬更新頻率，設備遠程維護更加便捷，數據關聯時效性大大增強，可為源網荷儲協同互動提供實時數據服務支撐。

2.4" "基于統一平臺優化應用層運營監測能力

光伏運營監測平臺按照“全景數據可觀、發電出力可測、用戶遠程可控、運行靈活可調”的定位，建成

“管理看板、運行觀測（可觀）、聚合響應（可調）、運行監測（可測）、遠程控制（可控）”五個功能模塊。

2.4.1" "管理看板

融合電站、電量、發電、結算、氣象等數據，依托地圖在光伏可觀看板展示全省光伏電站數量和容量情況，在光伏可測看板看到實時和預測輻照度和氣象情況，實現光伏全景可視化。

2.4.2" "運行觀測（可觀）

包括電站概況、采集電量、自發自用電價電費、報裝趨勢4個功能，實現光伏電站全要素可觀。電站概況實現分布式電站全生命周期管控和檔案多維度管理，采集電量分年、月、日三個統計周期實現光伏電站發電量和上網電量精準計算。通過構建自發自用電價電費計算模型，實現光伏電站自發自用電量、電價、電費的精準計算。通過不同區域、不同時間維度、各類電壓等級來全面分析光伏資源的報裝趨勢，支撐光伏有序發展。

2.4.3" "運行監測（可測）

對分布式光伏電站昨日及今日出力曲線進行展示，同時接入輻照度數據，融合光伏電站歷史出力、電站容量信息等數據，構建光伏電站短期發電預測模型，實現光伏電站出力預測。通過現場安裝的“電能表+臺區融合終端”，自動識別試點用戶三相不平衡、電壓偏差、諧波異常、電壓波動和閃變等7類異常。

2.4.4" "聚合響應（可調）

以臺區和線路為聚合單元，構建就地消納指標計算模型，實現光伏并網臺區、并網線路反送電量、就地消納率等指標計算，識別出消納不佳的臺區和線路，匹配附近的可調節負荷資源，引導光伏就地消納。

2.4.5" "遠程控制（可控）

按照區域對光伏資源進行聚合管理，評估區域、變電站或線路內光伏資源整體可調容量，在電網消納能力不足時，接收光伏群調群控指令，生成光伏調峰控制策略，通過用采系統臺區終端—控制設備通信通道，響應電網控制策略，保障電網供需平衡。

2.5" "應用成效

（1）支撐營銷專業開展就地消納引導，將原有以線路為聚合單元的光伏就地消納場景拓展至臺區聚合單元，通過充分挖掘本臺區內的可調負荷，引導客戶調整負荷用電時段、用電方式，積極響應光伏就地消納需求，實現源荷雙方友好互動。

（2）支撐發展專業掌握全省各區域光伏電站發展規模、發展趨勢，可開放容量，為電網規劃提供決策依據。

（3）支撐財務部門掌握各單位的光伏電站結算信息，實現發電量、應結補助資金、實結補助資金等信息完全線上監控，提升了財務工作數字化水平，提高財務部門電量、電費統計效率及工作質量。

（4）支撐調度專業滿足分布式光伏聚合響應需求，形成全電網光伏發電動態拓撲圖，直觀判斷光伏調節點，支持10kV線路或地區發電計劃生成，服務調度光伏發電或負荷調整。

在全省范圍內的光伏開展驗證表明，基于量測中心的實時數據服務能力，使得分布式光伏電能質量異常監測效率提高了40%，數據時效由T-1天提升至5分鐘級，支撐分布式光伏在線監測、電能質量異常分析等業務應用，光伏運營監測管理看板如圖3所示。

3" " "結束語

分布式光伏是新能源的重要組成部分，光伏發電規模不斷擴大。本文分析了分布式光伏建設現狀和不足，然后基于現有建設經驗提出了改進方案。方案首先總結了建設原則以指導規范化建設，其次從感知層、平臺層和應用層方面進行優化，有效提升分布式光伏的可觀、可測、可調、可控能力，降低建設和運營成本。建設分布式光伏監測系統也是推進能源革命和實現綠色低碳發展的重要舉措，具有重要的戰略意義和社會價值，在系統建設、現場改造等工作的推進過程中，我們越來越清晰地感受到，要做好全省光伏資源統籌管理，后續必須要做好設備、政策兩方面保障，提高設備更新換代速度，開展光伏出力精準調度，不斷提升光伏運營監測水平。

注：祝視，通信作者。

主要參考文獻

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［4］王新. 分布式光伏電站發電效率提升策略研究［J］. 工程建設與設計，2019（2）：71-72.

［5］尹昌潔，權楠，蘇凱，等. 我國分布式能源發展現狀及展望［J］. 分布式能源，2022，7（2）：1-7.

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［收稿日期］2023-08-10

［基金項目］本文得到國網湖南省電力有限公司電力物聯網湖南省重點實驗室（編號：2019TP016）的支持，相關科技項目為實時量測數據傳輸及共享關鍵技術研究（5216A8220004）。