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，國家持續(xù)大力支持清潔能源的發(fā)展，明確了包括風能光伏等新能源在內的清潔能源作為重點支持行業(yè)。當前我國的發(fā)電能源以火力發(fā)電為主，同時風電、光伏等清潔能源的發(fā)電量穩(wěn)步提升，復合增長率遠超火力發(fā)電。其中，光伏發(fā)電具有安全無污染、無枯竭風險、分布廣泛等優(yōu)點，被認為是二十一世紀最重要的新能源，復合增長率最快。光伏應用市場類型有集中式和分布式兩種，從占比來看，目前我國光伏電站以大型集中式為主。隨著光伏在建筑、交通等領域的融合發(fā)展，疊加戶用的應用規(guī)模，屋頂分布式光伏將加速發(fā)展，預計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，國家能源局印發(fā)了《關于公布整縣（市、區(qū)）屋頂分布式光伏開發(fā)試點名單的通知》，部署啟動整縣屋頂分布式光伏開發(fā)試點工作。整縣屋頂分布式光伏的開發(fā)實施，符合優(yōu)先就地平衡的電力發(fā)展規(guī)律，對構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)具有積極意義。為積極響應國家能源局號召，支持國家“碳達峰、碳中和”發(fā)展目標，國家電網(wǎng)公司迅速將積極支持、科學服務，把整縣屋頂分布式光伏開發(fā)列入重點任務清單。

1 分布式光伏特點及接入要求

1.1 站點多，容量小，建設統(tǒng)一管理平臺

分布式光伏站點通常數(shù)量多，單體容量小，分布比較廣，信息模型和數(shù)據(jù)結構與常規(guī)調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)對現(xiàn)有調度自動化系統(tǒng)造成數(shù)據(jù)處理壓力，影響主網(wǎng)監(jiān)控核心業(yè)務的運行，須要采用分布式光伏調度管理系統(tǒng)獨立建設，與調度自動化系統(tǒng)開發(fā)接口的建設模式。

1.2 發(fā)電不穩(wěn)定，須要實現(xiàn)精準調控

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，對于整個電網(wǎng)來說，既是電網(wǎng)安全運行的影響因素，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、可控、可調，能夠快速自動接收光伏調度管理系統(tǒng)的指令，做出正確響應，實現(xiàn)分布式光伏發(fā)電單元的秒級精準調控。

1.3 規(guī)模不統(tǒng)一，采取差異化接入

整縣光伏建設，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，直接接入這類站點的性價比較低，只有建設于一些中大型企業(yè)屋頂?shù)墓夥?，容量才會相對比較大。因此對較小容量分布式光伏，建議通過用采、配自等系統(tǒng)采集，不參與控制的建設模式，而對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地點分散，通過光纖、調度數(shù)據(jù)網(wǎng)等通道接入調度端主站，施工難度大，建設成本高?？紤]到分布式光伏要能夠對上級指令作出秒級響應，為了簡化接入、節(jié)省投資、增加靈活性，可以通過電信運營商無線專用通道和安全接入?yún)^(qū)來實現(xiàn)分布式光伏采集終端和調度系統(tǒng)之間的信息傳輸。

2 分布式光伏調度管理系統(tǒng)架構及功能應用

為實現(xiàn)分布式電源的有效管理，滿足分層分級監(jiān)視與控制要求，可以按照省-地兩層架構建設分布式光伏調度管理系統(tǒng)。系統(tǒng)架構如圖1所示。

圖1 分布式光伏調度管理系統(tǒng)架構圖

其中，省調側分布式光伏調度管理系統(tǒng)主要負責對全省分布式電源進行全景監(jiān)視，并按照區(qū)域、電壓等級等不同方式進行分類展示，從不同維度對轄區(qū)內分布式電源信息進行精準調控。同時能夠根據(jù)調峰要求，綜合考慮各地區(qū)的分布式電源的調節(jié)能力，自動生成調節(jié)計劃，下發(fā)至各地級分布式光伏調度管理系統(tǒng)分解執(zhí)行。

對于地調側分布式光伏調度管理系統(tǒng)，則須要接入該地區(qū)各類的分布式光伏數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)對光伏發(fā)電單元的可觀、可測、可控、可調等功能。根據(jù)地區(qū)電網(wǎng)運行需求生成分布式光伏調控指令，下發(fā)至各光伏終端執(zhí)行；對于地調側分布式光伏總出力、可調能力等數(shù)據(jù)，能夠自動統(tǒng)計并上報給省調分布式光伏調度管理系統(tǒng)，同時接收、執(zhí)行省調分布式光伏調度管理系統(tǒng)下發(fā)的控制指令，實現(xiàn)分布式光伏的省地協(xié)同控制。

2.1 省級分布式光伏調度管理系統(tǒng)功能

省級分布式光伏調度管理系統(tǒng)，須要實現(xiàn)對全省分布式電源進行匯集監(jiān)視、運行評價，綜合考慮統(tǒng)調資源及分布式電源的調節(jié)能力，生成調節(jié)計劃，并下發(fā)至各地級分布式光伏調度管理系統(tǒng)分解執(zhí)行。主要功能包括：省級分布式電源全景監(jiān)視、可調資源實時統(tǒng)計及監(jiān)視、自動發(fā)電控制等。

2.1.1 省級分布式電源全景監(jiān)視

基于全省-地區(qū)-分布式光伏層次結構，實現(xiàn)對分布式電源發(fā)電情況、運行狀態(tài)、調節(jié)狀態(tài)、可調能力的精益化全景監(jiān)視。

2.1.2 可調資源實時統(tǒng)計及監(jiān)視

基于地級分布式光伏調度管理系統(tǒng)上送的區(qū)域分布式電源運行數(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)地級分布式新能源調度運行技術支持系統(tǒng)上報的區(qū)域分布式電源可調能力進行分類聚合，構建省級可調資源池，實現(xiàn)可調資源的實時統(tǒng)計及監(jiān)視。

2.1.3 自動發(fā)電控制

省級分布式新能源自動發(fā)電控制支持自動（閉環(huán)）控制與手動控制兩種控制模式。自動控制模式下，省級分布式新能源自動發(fā)電控制通過與省級調度自動化系統(tǒng)AGC交互獲取當前控制場景下的有功功率控制需求，同時提供人工干預接口滿足調控人員手動設定控制目標的場景需求。省級分布式光伏調度管理系統(tǒng)將控制需求，在各地級分布式光伏調度管理系統(tǒng)之間按照一定的策略進行分配，實現(xiàn)全省范圍內各地區(qū)可控資源的集中管理。

2.2 地市級分布式光伏調度管理系統(tǒng)功能

地市級分布式光伏調度管理系統(tǒng)須要實現(xiàn)分布式電源模型構建、分布式電源數(shù)據(jù)接入，包括地調直采的10 kV和380 V分布式電源數(shù)據(jù)，并進行分布式電源發(fā)電預測、運行監(jiān)視及聚合上送。同時計算各分布式電源的可調裕度，構建分布式電源可調資源池，接收省級分布式新能源調度系統(tǒng)下發(fā)的調控目標，選擇參與調控的分布式電源控制方式及目標分解方法，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、地級分布式電源全景監(jiān)視、常規(guī)操作與控制、自動電壓控制、自動發(fā)電控制、分布式電源發(fā)電預測等。

2.2.1 分布式電源模型管理

收集分布式電源關鍵設備的運行參數(shù)、環(huán)境等客觀條件，以及其他影響因素構成的初始數(shù)據(jù)特征信息，構建一套精細化、層次化、標準化的分布式電源模型，支撐省地縣協(xié)同的分層分級分布式電源數(shù)據(jù)監(jiān)視和控制。基于該標準模型開展業(yè)務系統(tǒng)所用基礎數(shù)據(jù)規(guī)范化工作，實現(xiàn)分布式電源多層級數(shù)據(jù)共享和業(yè)務貫通。

2.2.2 分布式電源數(shù)據(jù)接入

基于分布式電源模型，一方面通過地調分布式前置應用，采用ⅠEC 104、ⅠEC 101 等常規(guī)電力通信規(guī)約，對分布式電源數(shù)據(jù)進行采集。另一方面采用E文件、HTTP(S)等接口方式，從配電自動化、用采系統(tǒng)及第三方能源服務商等接入380 V 分布式電源點運行數(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，如果須要實現(xiàn)可控可調，還要接入有功上調裕度、有功下調裕度、無功上調裕度、無功下調裕度等。

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行數(shù)據(jù)，根據(jù)分布式電源點所屬配變/饋線信息進行第一層聚合，形成分布式電源集群，同時計算分布式電源集群總有功、總無功、有功和無功調節(jié)能力等數(shù)據(jù)，并按照所屬地縣、調控區(qū)做進一步聚合，形成地調側分布式電源可調資源池，并上報省級分布式光伏調度管理系統(tǒng)，為上層調控提供決策數(shù)據(jù)支持。

2.2.4 地級分布式電源全景監(jiān)視

基于區(qū)域-集群-電源點層次結構，實現(xiàn)對分布式電源各層級發(fā)電情況、運行狀態(tài)、可調能力等運行數(shù)據(jù)的分層分級全景監(jiān)視，并對分布式電源的運行狀態(tài)進行故障研判、告警，為其他高級應用分析功能提供支撐。

2.2.5 常規(guī)操作與控制

實現(xiàn)對分布式電源采集數(shù)據(jù)的監(jiān)視及告警，支持對監(jiān)視對象進行人工置數(shù)、數(shù)據(jù)封鎖、標識牌操作、控制等功能。

2.2.6 自動電壓控制

基于分布式電源并網(wǎng)帶來的無功擾動問題，建設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)拓撲信息、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，建立以新能源最大消納為目標的無功電壓控制模型，主網(wǎng)配合新能源進行關口電壓決策；在分布式能源為負荷屬性時，保持以網(wǎng)損最小為目標的傳統(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)位置對電網(wǎng)電壓調節(jié)能力，以區(qū)域整體電壓指令為目標，評估儲能、SVG的安全儲備裕度，并對分布式能源、儲能等生成決策并下發(fā)控制指令。

2.2.7 自動發(fā)電控制

對各類型分布式可控資源及全區(qū)域可控資源的調節(jié)能力進行逐層聚合，一方面用于監(jiān)視展示，方便調控人員掌握地區(qū)調節(jié)能力，另一方面在省地協(xié)同控制場景中，向省級分布式光伏調度管理系統(tǒng)實時上報調節(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控制需求，分布式電源有功協(xié)同控制系統(tǒng)宜設計為集群控制、分區(qū)控制與區(qū)域控制三層架構，實現(xiàn)區(qū)域內集群對象接入、逐層聚合與協(xié)調控制。

2.2.8 分布式電源發(fā)電預測

利用實時采集的光伏數(shù)據(jù)，結合歷史數(shù)據(jù)、專業(yè)氣象部門訂制的氣象數(shù)據(jù)，建立功率預測模型，實現(xiàn)地調側分布式光伏集群、區(qū)域的短期/超短期功率預測功能。

3 整縣光伏推進須重點關注的問題

3.1 既有分布式光伏接入

根據(jù)國家電網(wǎng)關于整縣光伏建設規(guī)劃，目前這項工作尚處于試點階段。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)點電壓等級較高的分布式光伏已通過調度數(shù)據(jù)網(wǎng)接入地區(qū)調度自動化系統(tǒng)，其余容量較小、并網(wǎng)點電壓等級較低接入了配網(wǎng)自動化系統(tǒng)或用采系統(tǒng)。建設過程中，對于已經(jīng)接入調度自動化系統(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)一接受調度自動化系統(tǒng)管理；對于已經(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，接入分布式光伏調度管理系統(tǒng)，接受秒級監(jiān)控，容量較小的，接入模式維持不變。

3.2 當前配電采集終端改造

當分布式光伏接入采用配電采集終端接入時，由于10 kV配電終端暫不具備逆變器功率調節(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節(jié)及秒級精準控制的要求，須要對既有設備進行換代改造。

3.3 與其他系統(tǒng)交互接口開發(fā)

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

4 結束語

對于國家“碳達峰、碳中和”目標實現(xiàn)，光伏發(fā)電等可再生能源憑借與生俱來的優(yōu)勢，將發(fā)揮重要作用。但是國際經(jīng)驗教訓表明，在發(fā)展高比例新能源的過程中，有些國家不同程度地遇到了“安全、經(jīng)濟、清潔”方面的風險挑戰(zhàn)，遇到了一些難以破解的技術問題。與一些發(fā)達國家早已實現(xiàn)碳達峰、再經(jīng)歷60～70 年時間從碳達峰向碳中和過渡相比，我國“碳達峰、碳中和”的速度更快、力度更大、任務更艱巨。因此，要保持戰(zhàn)略定力和穩(wěn)健節(jié)奏，充分吸取國際經(jīng)驗教訓，未雨綢繆，周密謀劃，努力破解問題、避免風險，加快推進整縣（市、區(qū)）分布式光伏技術研究及建設實施，走出一條適合我國國情的新能源為主體的新型電力系統(tǒng)發(fā)展之路。