電力調(diào)度系統(tǒng)基于整縣分布式光伏接入技術(shù)分析

盧才云，陳 峰，齊 磊

（南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211102）

近年來，國(guó)家持續(xù)大力支持清潔能源的發(fā)展，明確了包括風(fēng)能光伏等新能源在內(nèi)的清潔能源作為重點(diǎn)支持行業(yè)。當(dāng)前我國(guó)的發(fā)電能源以火力發(fā)電為主，同時(shí)風(fēng)電、光伏等清潔能源的發(fā)電量穩(wěn)步提升，復(fù)合增長(zhǎng)率遠(yuǎn)超火力發(fā)電。其中，光伏發(fā)電具有安全無污染、無枯竭風(fēng)險(xiǎn)、分布廣泛等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是二十一世紀(jì)最重要的新能源，復(fù)合增長(zhǎng)率最快。光伏應(yīng)用市場(chǎng)類型有集中式和分布式兩種，從占比來看，目前我國(guó)光伏電站以大型集中式為主。隨著光伏在建筑、交通等領(lǐng)域的融合發(fā)展，疊加戶用的應(yīng)用規(guī)模，屋頂分布式光伏將加速發(fā)展，預(yù)計(jì)未來分布式光伏電站占比也將提升，成為未來的發(fā)展主流。2021 年，國(guó)家能源局印發(fā)了《關(guān)于公布整縣（市、區(qū)）屋頂分布式光伏開發(fā)試點(diǎn)名單的通知》，部署啟動(dòng)整縣屋頂分布式光伏開發(fā)試點(diǎn)工作。整縣屋頂分布式光伏的開發(fā)實(shí)施，符合優(yōu)先就地平衡的電力發(fā)展規(guī)律，對(duì)構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)具有積極意義。為積極響應(yīng)國(guó)家能源局號(hào)召，支持國(guó)家“碳達(dá)峰、碳中和”發(fā)展目標(biāo)，國(guó)家電網(wǎng)公司迅速將積極支持、科學(xué)服務(wù)，把整縣屋頂分布式光伏開發(fā)列入重點(diǎn)任務(wù)清單。

1 分布式光伏特點(diǎn)及接入要求

1.1 站點(diǎn)多，容量小，建設(shè)統(tǒng)一管理平臺(tái)

分布式光伏站點(diǎn)通常數(shù)量多，單體容量小，分布比較廣，信息模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與常規(guī)調(diào)度信息存在一定差異。為了盡量避免海量的分布式光伏數(shù)據(jù)對(duì)現(xiàn)有調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)造成數(shù)據(jù)處理壓力，影響主網(wǎng)監(jiān)控核心業(yè)務(wù)的運(yùn)行，須要采用分布式光伏調(diào)度管理系統(tǒng)獨(dú)立建設(shè)，與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)開發(fā)接口的建設(shè)模式。

1.2 發(fā)電不穩(wěn)定，須要實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控

分布式光伏，由于采集的是太陽能，受天氣影響明顯，發(fā)電不穩(wěn)定。大量分布式光伏接入，對(duì)于整個(gè)電網(wǎng)來說，既是電網(wǎng)安全運(yùn)行的影響因素，又是可利用的寶貴資源。為有效降低或消除分布式光伏對(duì)系統(tǒng)的不利影響，須要考慮接入的光伏發(fā)電單元的可觀、可測(cè)、可控、可調(diào)，能夠快速自動(dòng)接收光伏調(diào)度管理系統(tǒng)的指令，做出正確響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)分布式光伏發(fā)電單元的秒級(jí)精準(zhǔn)調(diào)控。

1.3 規(guī)模不統(tǒng)一，采取差異化接入

整縣光伏建設(shè)，包含大量規(guī)模較小的家庭住宅屋頂光伏，由于不能集中，容量小，直接接入這類站點(diǎn)的性價(jià)比較低，只有建設(shè)于一些中大型企業(yè)屋頂?shù)墓夥?，容量才?huì)相對(duì)比較大。因此對(duì)較小容量分布式光伏，建議通過用采、配自等系統(tǒng)采集，不參與控制的建設(shè)模式，而對(duì)于較大容量分布式光伏，采用配置監(jiān)控終端，直采直控的方式接入。

1.4 分布廣，采用無線數(shù)據(jù)傳輸

由于分布式光伏建設(shè)地點(diǎn)分散，通過光纖、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)等通道接入調(diào)度端主站，施工難度大，建設(shè)成本高?？紤]到分布式光伏要能夠?qū)ι霞?jí)指令作出秒級(jí)響應(yīng)，為了簡(jiǎn)化接入、節(jié)省投資、增加靈活性，可以通過電信運(yùn)營(yíng)商無線專用通道和安全接入?yún)^(qū)來實(shí)現(xiàn)分布式光伏采集終端和調(diào)度系統(tǒng)之間的信息傳輸。

2 分布式光伏調(diào)度管理系統(tǒng)架構(gòu)及功能應(yīng)用

為實(shí)現(xiàn)分布式電源的有效管理，滿足分層分級(jí)監(jiān)視與控制要求，可以按照省-地兩層架構(gòu)建設(shè)分布式光伏調(diào)度管理系統(tǒng)。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 分布式光伏調(diào)度管理系統(tǒng)架構(gòu)圖

其中，省調(diào)側(cè)分布式光伏調(diào)度管理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對(duì)全省分布式電源進(jìn)行全景監(jiān)視，并按照區(qū)域、電壓等級(jí)等不同方式進(jìn)行分類展示，從不同維度對(duì)轄區(qū)內(nèi)分布式電源信息進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控。同時(shí)能夠根據(jù)調(diào)峰要求，綜合考慮各地區(qū)的分布式電源的調(diào)節(jié)能力，自動(dòng)生成調(diào)節(jié)計(jì)劃，下發(fā)至各地級(jí)分布式光伏調(diào)度管理系統(tǒng)分解執(zhí)行。

對(duì)于地調(diào)側(cè)分布式光伏調(diào)度管理系統(tǒng)，則須要接入該地區(qū)各類的分布式光伏數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏發(fā)電單元的可觀、可測(cè)、可控、可調(diào)等功能。根據(jù)地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行需求生成分布式光伏調(diào)控指令，下發(fā)至各光伏終端執(zhí)行；對(duì)于地調(diào)側(cè)分布式光伏總出力、可調(diào)能力等數(shù)據(jù)，能夠自動(dòng)統(tǒng)計(jì)并上報(bào)給省調(diào)分布式光伏調(diào)度管理系統(tǒng)，同時(shí)接收、執(zhí)行省調(diào)分布式光伏調(diào)度管理系統(tǒng)下發(fā)的控制指令，實(shí)現(xiàn)分布式光伏的省地協(xié)同控制。

2.1 省級(jí)分布式光伏調(diào)度管理系統(tǒng)功能

省級(jí)分布式光伏調(diào)度管理系統(tǒng)，須要實(shí)現(xiàn)對(duì)全省分布式電源進(jìn)行匯集監(jiān)視、運(yùn)行評(píng)價(jià)，綜合考慮統(tǒng)調(diào)資源及分布式電源的調(diào)節(jié)能力，生成調(diào)節(jié)計(jì)劃，并下發(fā)至各地級(jí)分布式光伏調(diào)度管理系統(tǒng)分解執(zhí)行。主要功能包括：省級(jí)分布式電源全景監(jiān)視、可調(diào)資源實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)及監(jiān)視、自動(dòng)發(fā)電控制等。

2.1.1 省級(jí)分布式電源全景監(jiān)視

基于全省-地區(qū)-分布式光伏層次結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式電源發(fā)電情況、運(yùn)行狀態(tài)、調(diào)節(jié)狀態(tài)、可調(diào)能力的精益化全景監(jiān)視。

2.1.2 可調(diào)資源實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)及監(jiān)視

基于地級(jí)分布式光伏調(diào)度管理系統(tǒng)上送的區(qū)域分布式電源運(yùn)行數(shù)據(jù)，以列表、曲線等表現(xiàn)形式，展示全省分布式電源分布信息、發(fā)電情況，并根據(jù)地級(jí)分布式新能源調(diào)度運(yùn)行技術(shù)支持系統(tǒng)上報(bào)的區(qū)域分布式電源可調(diào)能力進(jìn)行分類聚合，構(gòu)建省級(jí)可調(diào)資源池，實(shí)現(xiàn)可調(diào)資源的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)及監(jiān)視。

2.1.3 自動(dòng)發(fā)電控制

省級(jí)分布式新能源自動(dòng)發(fā)電控制支持自動(dòng)（閉環(huán)）控制與手動(dòng)控制兩種控制模式。自動(dòng)控制模式下，省級(jí)分布式新能源自動(dòng)發(fā)電控制通過與省級(jí)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)AGC交互獲取當(dāng)前控制場(chǎng)景下的有功功率控制需求，同時(shí)提供人工干預(yù)接口滿足調(diào)控人員手動(dòng)設(shè)定控制目標(biāo)的場(chǎng)景需求。省級(jí)分布式光伏調(diào)度管理系統(tǒng)將控制需求，在各地級(jí)分布式光伏調(diào)度管理系統(tǒng)之間按照一定的策略進(jìn)行分配，實(shí)現(xiàn)全省范圍內(nèi)各地區(qū)可控資源的集中管理。

2.2 地市級(jí)分布式光伏調(diào)度管理系統(tǒng)功能

地市級(jí)分布式光伏調(diào)度管理系統(tǒng)須要實(shí)現(xiàn)分布式電源模型構(gòu)建、分布式電源數(shù)據(jù)接入，包括地調(diào)直采的10 kV和380 V分布式電源數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分布式電源發(fā)電預(yù)測(cè)、運(yùn)行監(jiān)視及聚合上送。同時(shí)計(jì)算各分布式電源的可調(diào)裕度，構(gòu)建分布式電源可調(diào)資源池，接收省級(jí)分布式新能源調(diào)度系統(tǒng)下發(fā)的調(diào)控目標(biāo)，選擇參與調(diào)控的分布式電源控制方式及目標(biāo)分解方法，匹配分解策略，生成控制指令并下發(fā)。主要功能應(yīng)該包括：分布式電源模型管理、分布式電源數(shù)據(jù)接入、資源數(shù)據(jù)聚合、地級(jí)分布式電源全景監(jiān)視、常規(guī)操作與控制、自動(dòng)電壓控制、自動(dòng)發(fā)電控制、分布式電源發(fā)電預(yù)測(cè)等。

2.2.1 分布式電源模型管理

收集分布式電源關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、環(huán)境等客觀條件，以及其他影響因素構(gòu)成的初始數(shù)據(jù)特征信息，構(gòu)建一套精細(xì)化、層次化、標(biāo)準(zhǔn)化的分布式電源模型，支撐省地縣協(xié)同的分層分級(jí)分布式電源數(shù)據(jù)監(jiān)視和控制?；谠摌?biāo)準(zhǔn)模型開展業(yè)務(wù)系統(tǒng)所用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)規(guī)范化工作，實(shí)現(xiàn)分布式電源多層級(jí)數(shù)據(jù)共享和業(yè)務(wù)貫通。

2.2.2 分布式電源數(shù)據(jù)接入

基于分布式電源模型，一方面通過地調(diào)分布式前置應(yīng)用，采用ⅠEC 104、ⅠEC 101 等常規(guī)電力通信規(guī)約，對(duì)分布式電源數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。另一方面采用E文件、HTTP(S)等接口方式，從配電自動(dòng)化、用采系統(tǒng)及第三方能源服務(wù)商等接入380 V 分布式電源點(diǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)。接入的數(shù)據(jù)包括有功功率、無功功率、電壓、電流、功率因數(shù)等，如果須要實(shí)現(xiàn)可控可調(diào)，還要接入有功上調(diào)裕度、有功下調(diào)裕度、無功上調(diào)裕度、無功下調(diào)裕度等。

2.2.3 資源數(shù)據(jù)聚合

基于直采、第三方接入的分布式電源運(yùn)行數(shù)據(jù)，根據(jù)分布式電源點(diǎn)所屬配變/饋線信息進(jìn)行第一層聚合，形成分布式電源集群，同時(shí)計(jì)算分布式電源集群總有功、總無功、有功和無功調(diào)節(jié)能力等數(shù)據(jù)，并按照所屬地縣、調(diào)控區(qū)做進(jìn)一步聚合，形成地調(diào)側(cè)分布式電源可調(diào)資源池，并上報(bào)省級(jí)分布式光伏調(diào)度管理系統(tǒng)，為上層調(diào)控提供決策數(shù)據(jù)支持。

2.2.4 地級(jí)分布式電源全景監(jiān)視

基于區(qū)域-集群-電源點(diǎn)層次結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式電源各層級(jí)發(fā)電情況、運(yùn)行狀態(tài)、可調(diào)能力等運(yùn)行數(shù)據(jù)的分層分級(jí)全景監(jiān)視，并對(duì)分布式電源的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行故障研判、告警，為其他高級(jí)應(yīng)用分析功能提供支撐。

2.2.5 常規(guī)操作與控制

實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式電源采集數(shù)據(jù)的監(jiān)視及告警，支持對(duì)監(jiān)視對(duì)象進(jìn)行人工置數(shù)、數(shù)據(jù)封鎖、標(biāo)識(shí)牌操作、控制等功能。

2.2.6 自動(dòng)電壓控制

基于分布式電源并網(wǎng)帶來的無功擾動(dòng)問題，建設(shè)多類型無功資源一體化的無功電壓控制系統(tǒng)。首先根據(jù)分布式電源并網(wǎng)拓?fù)湫畔?、出力等信息，建立以低壓饋線或母線為單元的電壓控制區(qū)域；在分布式能源為電源屬性時(shí)，建立以新能源最大消納為目標(biāo)的無功電壓控制模型，主網(wǎng)配合新能源進(jìn)行關(guān)口電壓決策；在分布式能源為負(fù)荷屬性時(shí)，保持以網(wǎng)損最小為目標(biāo)的傳統(tǒng)無功電壓控制模型。多類型無功資源一體化的無功電壓控制系統(tǒng)，須要綜合考慮各種無功資源的控制特性、并網(wǎng)位置對(duì)電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)能力，以區(qū)域整體電壓指令為目標(biāo)，評(píng)估儲(chǔ)能、SVG的安全儲(chǔ)備裕度，并對(duì)分布式能源、儲(chǔ)能等生成決策并下發(fā)控制指令。

2.2.7 自動(dòng)發(fā)電控制

對(duì)各類型分布式可控資源及全區(qū)域可控資源的調(diào)節(jié)能力進(jìn)行逐層聚合，一方面用于監(jiān)視展示，方便調(diào)控人員掌握地區(qū)調(diào)節(jié)能力，另一方面在省地協(xié)同控制場(chǎng)景中，向省級(jí)分布式光伏調(diào)度管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)上報(bào)調(diào)節(jié)能力，為省地協(xié)同決策提供數(shù)據(jù)支撐。為保證控制的靈活性及多目標(biāo)控制需求，分布式電源有功協(xié)同控制系統(tǒng)宜設(shè)計(jì)為集群控制、分區(qū)控制與區(qū)域控制三層架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)集群對(duì)象接入、逐層聚合與協(xié)調(diào)控制。

2.2.8 分布式電源發(fā)電預(yù)測(cè)

利用實(shí)時(shí)采集的光伏數(shù)據(jù)，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)、專業(yè)氣象部門訂制的氣象數(shù)據(jù)，建立功率預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)地調(diào)側(cè)分布式光伏集群、區(qū)域的短期/超短期功率預(yù)測(cè)功能。

3 整縣光伏推進(jìn)須重點(diǎn)關(guān)注的問題

3.1 既有分布式光伏接入

根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)關(guān)于整縣光伏建設(shè)規(guī)劃，目前這項(xiàng)工作尚處于試點(diǎn)階段。由于各地區(qū)前期可能已經(jīng)建有少量分布式光伏，其中容量較大、并網(wǎng)點(diǎn)電壓等級(jí)較高的分布式光伏已通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)接入地區(qū)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，其余容量較小、并網(wǎng)點(diǎn)電壓等級(jí)較低接入了配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)或用采系統(tǒng)。建設(shè)過程中，對(duì)于已經(jīng)接入調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的分布式光伏，建議維持現(xiàn)有接入和監(jiān)控模式不變，統(tǒng)一接受調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)管理；對(duì)于已經(jīng)接入其他系統(tǒng)的分布式光伏，容量較大的，建議配置監(jiān)控終端，接入分布式光伏調(diào)度管理系統(tǒng)，接受秒級(jí)監(jiān)控，容量較小的，接入模式維持不變。

3.2 當(dāng)前配電采集終端改造

當(dāng)分布式光伏接入采用配電采集終端接入時(shí)，由于10 kV配電終端暫不具備逆變器功率調(diào)節(jié)功能，380 V 配電智能融合終端暫以15 min 總召的模式上傳信息，不能滿足逆變器功率調(diào)節(jié)及秒級(jí)精準(zhǔn)控制的要求，須要對(duì)既有設(shè)備進(jìn)行換代改造。

3.3 與其他系統(tǒng)交互接口開發(fā)

分布式光伏調(diào)度管理系統(tǒng)建成后，須要與省級(jí)PMS 系統(tǒng)、省級(jí)用采系統(tǒng)、地級(jí)配電自動(dòng)化系統(tǒng)、地級(jí)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)等開發(fā)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。上述系統(tǒng)信息模型、通信規(guī)約各異，在項(xiàng)目實(shí)施過程中須要充分考慮開發(fā)協(xié)調(diào)工作。

4 結(jié)束語

對(duì)于國(guó)家“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，光伏發(fā)電等可再生能源憑借與生俱來的優(yōu)勢(shì)，將發(fā)揮重要作用。但是國(guó)際經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)表明，在發(fā)展高比例新能源的過程中，有些國(guó)家不同程度地遇到了“安全、經(jīng)濟(jì)、清潔”方面的風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)，遇到了一些難以破解的技術(shù)問題。與一些發(fā)達(dá)國(guó)家早已實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、再經(jīng)歷60～70 年時(shí)間從碳達(dá)峰向碳中和過渡相比，我國(guó)“碳達(dá)峰、碳中和”的速度更快、力度更大、任務(wù)更艱巨。因此，要保持戰(zhàn)略定力和穩(wěn)健節(jié)奏，充分吸取國(guó)際經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，未雨綢繆，周密謀劃，努力破解問題、避免風(fēng)險(xiǎn)，加快推進(jìn)整縣（市、區(qū)）分布式光伏技術(shù)研究及建設(shè)實(shí)施，走出一條適合我國(guó)國(guó)情的新能源為主體的新型電力系統(tǒng)發(fā)展之路。