國網(wǎng)甘肅省電力公司酒泉供電公司 鐘銘軍 國網(wǎng)甘肅省電力公司 胡殿剛 龍 杰

國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院 周治伊

2020年9月，我國明確指出“雙碳”發(fā)展目標(biāo)，鼓勵(lì)自給式太陽能系統(tǒng)的應(yīng)用，積極調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，推動(dòng)分布式電源發(fā)展。國家電網(wǎng)公司積極響應(yīng)并落實(shí)能源發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，接入和消納分布式電源，完善電源并網(wǎng)服務(wù)，加強(qiáng)對(duì)其運(yùn)行監(jiān)管力度。2020年4月28日，國務(wù)院常務(wù)會(huì)議對(duì)“新基建”做出最新部署，將5G定位為“新基建”的基礎(chǔ)性行業(yè)，通過5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)推動(dòng)各產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域發(fā)展。國家電網(wǎng)公司響應(yīng)國家政策，積極推進(jìn)5G、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)在“發(fā)、輸、配、用”環(huán)節(jié)的應(yīng)用，以解決電力生產(chǎn)中各種監(jiān)測傳感器的接入難題，提高電網(wǎng)的可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。

在此背景下，建設(shè)以清潔高效新能源為主體的新型電網(wǎng)，成為未來能源可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢。而在新能源發(fā)展中，分布式電源使用對(duì)環(huán)境污染較少的可再生能源，其發(fā)展迅速且規(guī)模日益擴(kuò)大。分布式電源一般通過低壓電網(wǎng)并入電力系統(tǒng)，改變電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)潮流分布，因此適宜的容量和接入位置可降低網(wǎng)損；就近供電，減少遠(yuǎn)距離輸送電成本；可根據(jù)實(shí)際負(fù)荷需求，為系統(tǒng)提供能量，減緩高峰用電壓力；當(dāng)電網(wǎng)無法進(jìn)行供電時(shí)，分布式電源可作為備用電源供給電能，提高供電可靠性；在地勢偏遠(yuǎn)地區(qū)，其供電能力不足，太陽能光伏發(fā)電和風(fēng)能風(fēng)力發(fā)電等的分布式清潔電源，能夠有效地彌補(bǔ)電能供應(yīng)難度大的弊端。

1 分布式電源現(xiàn)狀

我國中西部城鄉(xiāng)地區(qū)依托于優(yōu)質(zhì)太陽能自然資源，因地制宜，發(fā)展“零碳能源”建設(shè)具有明顯優(yōu)勢。隨著國家電網(wǎng)公司大力發(fā)展分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，光伏電源建設(shè)成本的降低及國家碳中和政策下的新能源發(fā)展政策支持，提高了社會(huì)居民開發(fā)新能源的積極性，小容量分布式光伏電源規(guī)模還將日益擴(kuò)大，發(fā)電總量和余電上網(wǎng)電量也將逐步提高。從目前分布式電源發(fā)展現(xiàn)狀來看，成片集中式大規(guī)模的建設(shè)條件不夠，分布式的建設(shè)方式潛力巨大，因此分布式光伏發(fā)電規(guī)模將不斷快速的擴(kuò)充。

隨著分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)管需求進(jìn)一步加深，電源狀態(tài)信息監(jiān)控調(diào)度層面研究逐步開展起來，從不同應(yīng)用需求和角度，提出了對(duì)電源點(diǎn)狀態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)控的方案和算法。文獻(xiàn)[1]從集群監(jiān)控的角度，設(shè)計(jì)區(qū)域電源智能監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式電源的集群控制。文獻(xiàn)[2]介紹分布式電源遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)，通過現(xiàn)代通信技術(shù)遠(yuǎn)程采集分布式能源設(shè)備狀態(tài)和系統(tǒng)運(yùn)行信息，提高分布式電源整體運(yùn)行水平。文獻(xiàn)[3]提出基于北斗技術(shù)的分布式電源信息采集方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式電源的關(guān)鍵電力信息采集和傳輸，并與智能電網(wǎng)調(diào)度控制中心有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)調(diào)控中心對(duì)分布式電源的智能調(diào)度控制。文獻(xiàn)[4]開發(fā)一種分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行電參數(shù)監(jiān)測裝置，通過仿真比較，從算法上提高了電參數(shù)監(jiān)測的精度。

2 分布式電源調(diào)控采集裝置的作用

目前，大多數(shù)分布式光伏電源，基本通過營銷系統(tǒng)的電度表實(shí)現(xiàn)了上網(wǎng)電量（反向有功）的采集，但都不在電網(wǎng)調(diào)度部門的監(jiān)測范圍內(nèi)，且缺乏實(shí)時(shí)的電壓、電流、發(fā)電量、上網(wǎng)電量、電能質(zhì)量等信息數(shù)據(jù)，不能實(shí)現(xiàn)各分布式光伏電源的工作狀態(tài)監(jiān)視，電網(wǎng)調(diào)度部門無法對(duì)分散的電源進(jìn)行群調(diào)群控，不利于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。未來光伏電站接入電網(wǎng)的核心要求光伏電站接受電網(wǎng)調(diào)度、實(shí)時(shí)監(jiān)控以及參與電網(wǎng)管理。為充分發(fā)揮分布式電源對(duì)配電網(wǎng)的支撐能力，統(tǒng)一管理控制分布式電源運(yùn)行方式，采用分布式群調(diào)群控，降低分布式電源出力的隨機(jī)性，可最大限度提升新能源消納能力，有力支撐電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行。為減小對(duì)電網(wǎng)的影響，做到有效消納，分布式電源群調(diào)群控是未來的發(fā)展趨勢。

分布式電源作為新時(shí)代背景下的一種新型電能供應(yīng)來源，發(fā)展?jié)摿薮?，加?qiáng)對(duì)其的統(tǒng)一管理與調(diào)度控制是重中之重。而分布式電源調(diào)控采集裝置能對(duì)不同資產(chǎn)屬性、不同發(fā)電容量及上網(wǎng)余量、不同通信條件、不同地域特點(diǎn)等較為典型的分布式光伏電源點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集服務(wù)，提供各分布點(diǎn)的經(jīng)緯度信息，提供連續(xù)穩(wěn)態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，采集數(shù)據(jù)通過5G網(wǎng)絡(luò)或4G網(wǎng)絡(luò)經(jīng)移動(dòng)通信運(yùn)營商公網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)SDH專線及網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)設(shè)備，轉(zhuǎn)送至配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)，并按需分發(fā)至地調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)、省調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)。這樣一來，調(diào)度中心可實(shí)現(xiàn)對(duì)電力數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)收集，并對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。因此，調(diào)控采集裝置不僅優(yōu)化了系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行，方便電網(wǎng)調(diào)度部門的統(tǒng)一管理和實(shí)時(shí)監(jiān)控，還加強(qiáng)了電網(wǎng)調(diào)度的靈活性，對(duì)提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性具有重要意義。

3 實(shí)際工程應(yīng)用

3.1 工程應(yīng)用內(nèi)容

目前，低電壓分布式電源調(diào)控采集裝置在甘肅省酒泉市肅州區(qū)轄內(nèi)8個(gè)鎮(zhèn)的53個(gè)分布式光伏電源點(diǎn)進(jìn)行了實(shí)際現(xiàn)場應(yīng)用。為滿足不同用戶需求，兼顧分布式電源的多樣性，更完善的探索分布式電源信息采集試點(diǎn)工作，將其工作場景分類。其中，從通信方式上分為5G通信與4G通信兩種通信方式；從發(fā)電量消納方式上分為全額上網(wǎng)、自發(fā)自用余電上網(wǎng)兩類用戶；從安裝方式上分為電桿、地面水泥臺(tái)、墻壁支架、墻壁安裝、戶內(nèi)安裝、戶外安裝等多種方式；從表計(jì)接入方式上分為經(jīng)互感器接入與直接接入兩種方式；從采集方式上分為單相接入與三相四線接入兩種方式。其中，場景應(yīng)用最多的兩種模式，一種是三相四線經(jīng)互感器接入的全額上網(wǎng)用戶；一種是單相直接接入的自發(fā)自用余電上網(wǎng)用戶。裝置安裝示意圖如圖1所示。

綜合分布式電源調(diào)控采集裝置的需求分析，實(shí)現(xiàn)裝置內(nèi)容的關(guān)鍵在于通信方式選擇、多功能電參數(shù)精確采集以及GPS信號(hào)準(zhǔn)確接收。分布式電源調(diào)控終端與主站間通信要求低延時(shí)、高寬帶以及高安全的通信技術(shù)。低延時(shí)即在電網(wǎng)故障的極端條件下，通過網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)故障區(qū)域自動(dòng)隔離與控制、新能源自動(dòng)優(yōu)化協(xié)調(diào)命令的即時(shí)執(zhí)行，充分發(fā)揮分布式小容量新能源對(duì)配網(wǎng)的支撐作用，減小故障對(duì)區(qū)域配網(wǎng)的沖擊，提高供電的可靠性；高寬帶即滿足較大數(shù)量的監(jiān)控裝置的并發(fā)數(shù)據(jù)監(jiān)測與控制需求，尤其是對(duì)于日常的電能質(zhì)量分析及波形數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸；高安全即通過5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，有效提高業(yè)務(wù)及網(wǎng)絡(luò)的安全性。5G通信技術(shù)具有明顯優(yōu)勢，因此優(yōu)先使用5G通信，考慮到部分分布式電源點(diǎn)地區(qū)尚未覆蓋5G網(wǎng)絡(luò)，則暫時(shí)采用4G網(wǎng)絡(luò)通信，隨著5G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，電源點(diǎn)通過升級(jí)自動(dòng)切換為5G通信，以靈活應(yīng)對(duì)電源點(diǎn)附近通信條件。

多功能電參數(shù)采集單元負(fù)責(zé)電源點(diǎn)的頻率、電流矢量、電壓矢量、有功功率、無功功率、功率因素、發(fā)電量、上網(wǎng)電量、開關(guān)位置等基本信息，以及諧波、間諧波、電壓合格率、閃變等電能質(zhì)量信息的采集。采用高精度、高速電參數(shù)計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)理論，高效率、高精度、高穩(wěn)定性地提取電參數(shù)數(shù)據(jù)，為調(diào)控采集裝置的高級(jí)應(yīng)用奠定精確有效的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3.2 工程應(yīng)用成效

自裝置投入實(shí)際應(yīng)用以來，經(jīng)觀察裝置工作期間運(yùn)行狀況，作以下應(yīng)用成效分析：一是分布式電源數(shù)據(jù)采集精確高效，數(shù)據(jù)上送穩(wěn)定、可靠。對(duì)每個(gè)分布式電源點(diǎn)的電壓、電流、諧波、頻率、發(fā)電量、上網(wǎng)電量等電氣參量進(jìn)行了高頻采集，數(shù)據(jù)采集精準(zhǔn)高效，實(shí)現(xiàn)對(duì)各分布式光伏電源點(diǎn)的工作狀態(tài)監(jiān)視。二是設(shè)備安裝方便，不影響其他設(shè)備工作。裝置設(shè)備與各模塊均安裝在防水箱內(nèi)，在用戶表箱附近選擇安裝點(diǎn)（多為掛墻或電桿方式安裝），設(shè)備電流使用開合式互感器安裝在用戶的二次回路上不影響用戶其他設(shè)備的運(yùn)行。電壓則并入用戶表箱側(cè)，整個(gè)過程不需要停電。三是通信延時(shí)滿足調(diào)度要求。根據(jù)現(xiàn)場點(diǎn)位通信延時(shí)測試，統(tǒng)計(jì)部分4G與5G通信穩(wěn)定性測試比較數(shù)據(jù)見表1。

表1 部分4G與5G通信穩(wěn)定性測試比較數(shù)據(jù)

從表1數(shù)據(jù)可以看出，5G在傳輸速率、傳輸延時(shí)與大數(shù)據(jù)上傳、下載速率上明顯優(yōu)于4G，并滿足調(diào)度要求。四是調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。自裝置運(yùn)行以來，所有監(jiān)測點(diǎn)數(shù)據(jù)采集功能正常、通信穩(wěn)定。通過調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，對(duì)數(shù)據(jù)完整記錄，在線查看用戶側(cè)的實(shí)時(shí)用電，發(fā)電情況，通過對(duì)匯總數(shù)據(jù)的整理分析，判斷用戶側(cè)光伏發(fā)電是否存在故障，存在何種故障，及時(shí)制定規(guī)劃整改措施。查看GPS、電能質(zhì)量、監(jiān)測類型、便于對(duì)用戶的監(jiān)測位置進(jìn)行精確定位分析，當(dāng)電能質(zhì)量出現(xiàn)問題時(shí)，可后臺(tái)直觀地反應(yīng)用戶側(cè)問題，及時(shí)處理，提升效率。

總之，分布式電源調(diào)控采集裝置的初步試點(diǎn)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了電力運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)收集，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。部分試點(diǎn)位置更換安裝了智能開關(guān)設(shè)備可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控分合上網(wǎng)電量開關(guān)，開關(guān)分合位置變位信號(hào)能及時(shí)上送調(diào)度后臺(tái)。遙測數(shù)據(jù)的采集與上送為下一步分布式電源的集采集控提供數(shù)據(jù)支撐。通過對(duì)用戶側(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和及時(shí)分析，若用戶側(cè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障便可對(duì)故障側(cè)及時(shí)做出整改，電力系統(tǒng)可對(duì)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析與評(píng)估，定期對(duì)檢測系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，為狀態(tài)檢修、電力系統(tǒng)升級(jí)提供可靠的技術(shù)支持，從而提高電網(wǎng)運(yùn)行可靠性。

4 展望

隨著分布式電源發(fā)展規(guī)模不斷擴(kuò)大，供電系統(tǒng)對(duì)其發(fā)展要求也不斷提高。不僅是對(duì)電能質(zhì)量的要求，還有對(duì)電源進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度與控制管理的要求。其主要表現(xiàn)在對(duì)電網(wǎng)波動(dòng)、有功降額、無功補(bǔ)償與遠(yuǎn)程控制功率等方面，其主要目的是將分布式電源集群進(jìn)電網(wǎng)調(diào)度控制管理系統(tǒng)，以及在電網(wǎng)波動(dòng)或故障時(shí)提高對(duì)分布式電源的可控性。

隨著電力系統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)的逐步完善，信息化自動(dòng)化的設(shè)備裝置管理監(jiān)控模式逐漸深入，調(diào)度管理細(xì)則逐步規(guī)范，未來新增分布式電源狀態(tài)信息納入電網(wǎng)調(diào)度監(jiān)控范圍是必然趨勢。為順應(yīng)調(diào)度自動(dòng)化的發(fā)展，參考本次53個(gè)分布式光伏電源試點(diǎn)應(yīng)用取得初步成功的經(jīng)驗(yàn)，改善其中的不足，優(yōu)化創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案，推廣至更多的分布式電源信息采集服務(wù)，使其不斷融入調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，推動(dòng)電力事業(yè)的持續(xù)進(jìn)步，相信在未來有更加優(yōu)質(zhì)的發(fā)展。

綜上所述，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展離不開電能的供應(yīng)，為了能夠滿足高速發(fā)展時(shí)代下人們用電需求，保證電網(wǎng)供電系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，就必須加深對(duì)分布式電源監(jiān)控管理的關(guān)注與重視。針對(duì)實(shí)際現(xiàn)狀中存在大量分布式電源不受調(diào)度控制監(jiān)視等問題，本文在分布式電源發(fā)展現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際工程對(duì)分布式電源調(diào)控采集裝置的現(xiàn)場應(yīng)用成效進(jìn)行分析可見，分布式電源采集裝置的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了電源點(diǎn)的信息調(diào)控采集服務(wù)，使得電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)更加健全與完善，推動(dòng)了電力行業(yè)調(diào)度自動(dòng)化技術(shù)革新。