唐 昕， 莊崢宇， 閆 博

（1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司嘉興供電公司，浙江 嘉興 314033；2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，杭州 310008）

分布式電源調(diào)控平臺(tái)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

唐 昕1， 莊崢宇2， 閆 博1

（1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司嘉興供電公司，浙江 嘉興 314033；2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，杭州 310008）

介紹了分布式光伏電源調(diào)控平臺(tái)的安全分區(qū)定位、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和硬件配置，設(shè)計(jì)了調(diào)控平臺(tái)的功能規(guī)范。從云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等方面對(duì)調(diào)控平臺(tái)的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行論述。對(duì)于開展分布式光伏電源調(diào)控平臺(tái)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)分布式光伏電源遠(yuǎn)程監(jiān)控和統(tǒng)一管理具有借鑒意義和示范作用。

分布式電源；調(diào)控平臺(tái)；功能；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

近年來(lái)，以石化能源為主的能源結(jié)構(gòu)越來(lái)越受到能源短缺和環(huán)境污染的雙重壓力，以太陽(yáng)能發(fā)電為代表的清潔能源逐漸成為世界能源的主流發(fā)展方向。2012年10月，浙江省政府在嘉興市開展光伏產(chǎn)業(yè)“五位一體”創(chuàng)新試點(diǎn)，大力發(fā)展分布式光伏發(fā)電。根據(jù)規(guī)劃，2016年嘉興地區(qū)分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)容量將達(dá)500 MW，約占嘉興電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)平均負(fù)荷的10%。

在分布式光伏發(fā)電安裝規(guī)模較大、占電網(wǎng)負(fù)荷比重較高的供電區(qū)域，電網(wǎng)企業(yè)宜根據(jù)發(fā)展需要建設(shè)光伏發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)、功率預(yù)測(cè)和優(yōu)化運(yùn)行相結(jié)合的分布式電源調(diào)控平臺(tái)。嘉興電網(wǎng)分布式電源調(diào)控平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱平臺(tái)）集數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程監(jiān)控、電力生產(chǎn)應(yīng)用、經(jīng)濟(jì)調(diào)度與協(xié)調(diào)控制等功能于一體，服務(wù)于調(diào)控、運(yùn)檢、營(yíng)銷等部門對(duì)分布式電源的多業(yè)務(wù)、跨專業(yè)需求，實(shí)現(xiàn)分布式電源的高效利用和系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

1 平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 安全分區(qū)定位

根據(jù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)來(lái)源、功能特性和業(yè)務(wù)應(yīng)用，對(duì)照電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)方案和國(guó)家電網(wǎng)公司信息安全工作要求,目前還沒有針對(duì)分布式電源調(diào)控平臺(tái)的分區(qū)定位,在平臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)按專網(wǎng)專區(qū)架構(gòu)建設(shè)，專區(qū)與公司生產(chǎn)控制大區(qū)及管理信息大區(qū)的邊界嚴(yán)格執(zhí)行電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)方案與信息安全要求。平臺(tái)二次系統(tǒng)安全防護(hù)及信息安全防護(hù)如圖1所示。

將平臺(tái)視為獨(dú)立系統(tǒng)，其中對(duì)有線通信的光纖專網(wǎng)采用加密裝置進(jìn)行防護(hù)，滿足二次系統(tǒng)安全防護(hù)要求；無(wú)線通道采用租用運(yùn)營(yíng)商VPN無(wú)線專網(wǎng)方式，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)加密及硬件防火墻進(jìn)行防護(hù)，保障信息安全。

在與管理信息大區(qū)進(jìn)行信息交互時(shí)，信息要通過(guò)布置于安全Ⅲ區(qū)的物理隔離裝置，服務(wù)器必須安裝安全操作系統(tǒng)，防止因操作系統(tǒng)漏洞或應(yīng)用程序漏洞導(dǎo)致被攻擊的事件發(fā)生。

圖1 調(diào)控平臺(tái)二次系統(tǒng)安全防護(hù)及信息安全防護(hù)

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用分布式開放局域網(wǎng)交換技術(shù)，雙重化冗余配置，由100 M后臺(tái)局域網(wǎng)交換機(jī)及100 M前置交換機(jī)的兩層結(jié)構(gòu)組成。

后臺(tái)局域網(wǎng)采用100 Mbit/s的雙以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其骨干網(wǎng)為百兆網(wǎng)。數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、SCADA服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、監(jiān)控工作站、維護(hù)工作站、報(bào)表工作站直接接入后臺(tái)局域網(wǎng)；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器配置4塊網(wǎng)卡，分別接入后臺(tái)局域網(wǎng)、前置數(shù)據(jù)采集百兆網(wǎng)；Web服務(wù)器接入Ⅲ區(qū)交換機(jī)；安全專區(qū)和信息管理大區(qū)通過(guò)電力專用隔離裝置隔離，Web服務(wù)器、專用隔離裝置、防火墻及管理信息大區(qū)交換機(jī)構(gòu)成對(duì)外信息交換的途徑。平臺(tái)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.3 信息交互

為實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的綜合信息展示，以及光伏發(fā)電功率預(yù)測(cè)、配電網(wǎng)潮流分析計(jì)算、光伏電源控制、光伏電源經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析等應(yīng)用功能，平臺(tái)的數(shù)據(jù)源及交互系統(tǒng)包括了：PMS（生產(chǎn)管理系統(tǒng)）、EMS（能量管理系統(tǒng)）、搶修指揮平臺(tái)、營(yíng)銷管理系統(tǒng)、氣象預(yù)報(bào)平臺(tái)等，調(diào)控平臺(tái)數(shù)據(jù)流如圖3所示。

圖2 調(diào)控平臺(tái)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖3 調(diào)控平臺(tái)數(shù)據(jù)流示意

1.4 硬件配置

硬件系統(tǒng)采用雙以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，適應(yīng)開放式體系結(jié)構(gòu)的要求。利用標(biāo)準(zhǔn)的接口和介質(zhì)，將功能相對(duì)獨(dú)立的模塊分布在若干處理器上。考慮后期應(yīng)用功能升級(jí)需要，配置的服務(wù)器具備擴(kuò)展能力。

硬件系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成：有線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、無(wú)線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)系統(tǒng)、系統(tǒng)維護(hù)和開發(fā)系統(tǒng)、Web服務(wù)系統(tǒng)、二次系統(tǒng)安全保護(hù)設(shè)備、輸出終端設(shè)備。

2 平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

平臺(tái)體系結(jié)構(gòu)分為3層：應(yīng)用層、數(shù)據(jù)層、主站數(shù)據(jù)采集與交互層。應(yīng)用層包括：光伏電源SCADA、光伏電源綜合評(píng)價(jià)，以及光伏發(fā)電功率預(yù)測(cè)、配電網(wǎng)潮流分析計(jì)算、智能預(yù)警、光伏電源協(xié)調(diào)控制等高級(jí)應(yīng)用功能。調(diào)控平臺(tái)功能模型如圖4所示，以下著重介紹SCADA系統(tǒng)、綜合評(píng)價(jià)及組群與協(xié)調(diào)控制功能。

采用目視方法（可利用放大鏡、內(nèi)窺鏡、焊縫檢查尺）檢查本體結(jié)構(gòu)，幾何尺寸，表面情況（如裂紋、腐蝕、泄露、變形等）。著重檢查空氣儲(chǔ)罐內(nèi)壁的腐蝕情況、地腳螺栓和排污閥的使用狀況。對(duì)于內(nèi)壁點(diǎn)腐蝕，應(yīng)測(cè)量腐蝕深度、面積、長(zhǎng)度；對(duì)于均勻腐蝕，應(yīng)測(cè)量腐蝕區(qū)域的厚度，并進(jìn)行強(qiáng)度校核。地腳螺栓未按照要求進(jìn)行安裝的要責(zé)令使用單位安裝到位。檢查排污閥腐蝕情況，著重檢驗(yàn)排污閥的泄露情況、通暢情況和定期排污情況。

2.1 SCADA系統(tǒng)

SCADA系統(tǒng)是平臺(tái)的核心，主要包括數(shù)據(jù)采集和處理、控制和調(diào)節(jié)、圖模庫(kù)一體化、事故順序記錄、事件和報(bào)警處理、歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)表管理、趨勢(shì)記錄、人機(jī)聯(lián)系、系統(tǒng)時(shí)鐘等。

系統(tǒng)的信號(hào)采集類型有模擬量和開關(guān)量2類。模擬量包括電壓、電流、功率、發(fā)電量、上網(wǎng)電量、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、逆變器運(yùn)行數(shù)據(jù)等電氣量，以及太陽(yáng)輻照度、溫度、風(fēng)速、風(fēng)向等非電氣量的實(shí)測(cè)值。開關(guān)量包括事故信號(hào)、斷路器及重要繼電保護(hù)的動(dòng)作信號(hào)等中斷開關(guān)量，以及各類故障信號(hào)、斷路器和隔離開關(guān)的位置信號(hào)、機(jī)組設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)等非中斷開關(guān)量。

系統(tǒng)的控制和調(diào)節(jié)內(nèi)容包括：開關(guān)（刀閘）開/合、變壓器分接頭調(diào)整、測(cè)控裝置投切、遠(yuǎn)方復(fù)歸信號(hào)控制、遠(yuǎn)方保護(hù)投退、定值調(diào)整等。在前置部分保存控制和調(diào)節(jié)指令的報(bào)文，便于核對(duì)。

平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)采用層次、關(guān)系和面向?qū)ο蟮耐粚?shí)體多種表示方法，可描述數(shù)據(jù)名稱、類型、存儲(chǔ)位置、長(zhǎng)度及其他相關(guān)參數(shù)，具備實(shí)時(shí)性、靈活性、可維護(hù)性、可恢復(fù)性等要求。

2.2 綜合評(píng)價(jià)

綜合評(píng)價(jià)包含光伏項(xiàng)目和光伏對(duì)配電網(wǎng)的影響2個(gè)方面，通過(guò)綜合評(píng)價(jià)報(bào)告為相關(guān)人員提供決策依據(jù)。

光伏項(xiàng)目評(píng)價(jià)的內(nèi)容包括發(fā)電效率、單位裝機(jī)回報(bào)率、單位投資回報(bào)率、自發(fā)自用電量占比、年發(fā)電量增長(zhǎng)率、發(fā)電效率衰減統(tǒng)計(jì)、節(jié)能減排數(shù)據(jù)等；結(jié)合氣象數(shù)據(jù)顯示日、月、年和自定義時(shí)段的電源項(xiàng)目電能量歷史存盤值，并提供規(guī)范格式的數(shù)據(jù)輸出。

圖4 調(diào)控平臺(tái)功能模型

光伏對(duì)配電網(wǎng)影響主要指定時(shí)、自動(dòng)完成的綜合評(píng)價(jià)策略下的影響指標(biāo)，包括新裝機(jī)貢獻(xiàn)率、輻照值貢獻(xiàn)率、系統(tǒng)效率貢獻(xiàn)率、年發(fā)電量增長(zhǎng)率、并網(wǎng)裝機(jī)量增長(zhǎng)率、電能質(zhì)量（穩(wěn)態(tài)）、調(diào)度指令執(zhí)行率、無(wú)功貢獻(xiàn)率或功率因數(shù)、總負(fù)荷及清潔能源的占比、發(fā)電效率衰減統(tǒng)計(jì)、停電計(jì)劃（有序用電計(jì)劃）自動(dòng)預(yù)警、正常電站狀態(tài)占比、異常運(yùn)行狀態(tài)占比、異常電站狀態(tài)、異常持續(xù)時(shí)間、異常報(bào)告等。

2.3 組群與協(xié)調(diào)控制

根據(jù)電網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系或自定義各種屬性（并網(wǎng)電壓等級(jí)、項(xiàng)目性質(zhì)、區(qū)域、供區(qū)等），對(duì)并網(wǎng)的分布式光伏電源用戶（運(yùn)營(yíng)商）及其設(shè)備進(jìn)行組織管理（建立組群），以此作為協(xié)調(diào)控制及組群控制的基礎(chǔ)。通過(guò)分布式光伏電源組群劃分與管理、配電網(wǎng)與分布式電源的協(xié)同運(yùn)行控制，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)潮流合理分配，保障配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和電能質(zhì)量滿足要求。

根據(jù)實(shí)時(shí)負(fù)荷、分布式電源發(fā)電功率與其日前預(yù)測(cè)結(jié)果的差值，以及系統(tǒng)負(fù)荷的突然變化和供能單元運(yùn)行檢修狀況的變化，尋求區(qū)域最佳的實(shí)時(shí)優(yōu)化控制策略和技術(shù)方案，研究實(shí)時(shí)負(fù)荷預(yù)測(cè)及實(shí)時(shí)電源發(fā)電預(yù)測(cè)下，區(qū)域用電與電源發(fā)電間的優(yōu)化調(diào)度策略，保證系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)能量平衡及重要負(fù)荷連續(xù)供電，提高平臺(tái)實(shí)時(shí)運(yùn)行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲取區(qū)域分布式光伏發(fā)電單元的數(shù)據(jù)，進(jìn)行在線分析和計(jì)算，再通過(guò)輸出控制執(zhí)行命令，特殊情況下配合有功功率調(diào)節(jié)，使其具備調(diào)節(jié)無(wú)功功率的功能，保證電壓以及無(wú)功功率在合格范圍，提高電能質(zhì)量?？刂颇Ｊ缴现С志偷丶斑h(yuǎn)方控制（預(yù)留與配電網(wǎng)AVC系統(tǒng)接口），支持開環(huán)模式和閉環(huán)模式。

3 平臺(tái)技術(shù)特點(diǎn)

3.1 云技術(shù)

因單個(gè)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的規(guī)模以3 kW～1 MW為主，按500 MW的階段建設(shè)目標(biāo)計(jì)算，分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目數(shù)量將達(dá)500～1 600個(gè)，可見數(shù)量龐大。為便于光伏項(xiàng)目的統(tǒng)一管理和信息共享，保障接入分布式電源的配電網(wǎng)安全運(yùn)行，分布式電源調(diào)控平臺(tái)與PMS，EMS、配電網(wǎng)搶修指揮平臺(tái)、配電網(wǎng)GIS系統(tǒng)、營(yíng)銷管理系統(tǒng)和氣象預(yù)報(bào)平臺(tái)完成數(shù)據(jù)交互，在云端搭建管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏電源各類采集信息的云存儲(chǔ)，可隨時(shí)讀取、修改、共享光伏電源實(shí)時(shí)運(yùn)行信息；實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏電源電氣參數(shù)監(jiān)測(cè)、設(shè)備運(yùn)行效率分析比對(duì)、發(fā)/用電量統(tǒng)計(jì)、故障率統(tǒng)計(jì)、運(yùn)行控制等功能；實(shí)現(xiàn)運(yùn)檢、調(diào)控、營(yíng)銷等部門對(duì)分布式電源多業(yè)務(wù)、跨專業(yè)需求。解決大數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、計(jì)算和分析的難題，使數(shù)據(jù)挖掘更具價(jià)值。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)分布式光伏電源關(guān)鍵設(shè)備的云平臺(tái)接入，接入設(shè)備主要包括逆變器、并網(wǎng)開關(guān)、保護(hù)測(cè)控裝置、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置、電度表、氣象監(jiān)測(cè)裝置等，解決分布式光伏電源缺乏有效監(jiān)控管理手段的現(xiàn)狀，提高運(yùn)行效率，減少故障率。

以龍騰科技公司光伏項(xiàng)目為例，選用華為公司生產(chǎn)的容量為20 kW的SUN2000-20KTL逆變器，采用組串方式連接成9個(gè)組串，將每個(gè)組串的逆變器接入調(diào)控平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)逆變器有功功率和無(wú)功功率實(shí)時(shí)控制。同時(shí)，可根據(jù)每組逆變器的輸出參數(shù)比對(duì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)逆變器的異常，提高光伏系統(tǒng)發(fā)電效率，提升系統(tǒng)電能質(zhì)量。

3.3 數(shù)據(jù)挖掘

分布式電源的接入，改變了現(xiàn)有的配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、配電網(wǎng)運(yùn)維檢修方式和用戶用電量計(jì)費(fèi)方式，分布式電源的信息需要與現(xiàn)有的電力生產(chǎn)信息流進(jìn)行交互、應(yīng)用。分布式電源的接入，也改變了用戶用電的單一模式，分布式電源的信息需要向社會(huì)和用戶發(fā)布。分布式電源海量信息的分析、處理和交互，具有深度挖掘的價(jià)值。不同的應(yīng)用主體，對(duì)分布式電源數(shù)據(jù)的需求不同，形成的數(shù)據(jù)應(yīng)用也不同，最終將服務(wù)于電力生產(chǎn)需求，服務(wù)于社會(huì)需求。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著風(fēng)能、生物質(zhì)能等新能源技術(shù)的不斷發(fā)展，該平臺(tái)還可接入其它類型的分布式電源。但是，在信息化系統(tǒng)的推廣應(yīng)用中，要重點(diǎn)關(guān)注成熟的配套規(guī)范。不同區(qū)域、不同電壓等級(jí)、對(duì)不同裝機(jī)容量的光伏并網(wǎng)項(xiàng)目的調(diào)控權(quán)限和范圍，需通過(guò)制度進(jìn)一步明確。

[1]舒杰，彭宏，沈輝，等．光伏系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)與實(shí)現(xiàn)[J]．華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，33（5）:43-47．

[2]李立偉，王英，包書哲．光伏電站智能監(jiān)控系統(tǒng)的研制[J]．電源技術(shù)，2007，31（1）:76-79．

[3]吳建偉，王景鶴，楊若松，等.大規(guī)模分布式電源并網(wǎng)的電力系統(tǒng)故障恢復(fù)方法研究[J].浙江電力，2014，33（03）: 1-4.

（本文編輯：龔 皓）

Design and Application of Distributed Generation Dispatch and Control Platform

TANG Xin1，ZHUANG Zhengyu2，YAN Bo1
（1.State Grid Jiaxing Power Supply Company，Jiaxing Zhejiang 314033，China；2.State Grid Zhejiang Economy Research Institute，Hangzhou 310008，China）

This paper describes the security division location，network topology structure，hardware configuration of distributed photovoltaic generation dispatch and control platform and designs the function norms of distributed generation dispatch and control platform.Technical features concerning cloud computing，internet of things technology，big data technology and other aspects of the control platform are discussed.This paper can be a reference and demonstration of distributed photovoltaic generation control platform construction and implementation of remote monitoring and unified management of distributed photovoltaic generation.

distributed generation；dispatch and control platform；function；design；application

TM764.2

B

1007-1881（2015）02-0012-04

2014-11-17

唐 昕（1980），男，高級(jí)工程師，從事分布式電源接入管理工作。