分布式光伏管控平台的设计与实现_谭大帅.pdf

第 24 卷 第 2 期 2023 年 2 月 电 气 技 术 Electrical Engineering Vol.24 No.2Feb.2023 分布式光伏管控平台的设计与实现 谭大帅 戴 彬 郭 刚 田由甲 王 帅（天津市普迅电力信息技术有限公司，天津 300192）摘要 在“双碳”和新型电力系统建设背景下，分布式光伏接入比例不断提高，对配电网电压、调度运行及调峰等环节造成强烈冲击。本文设计包含感知层、平台层、应用层三层架构体系的分布式光伏管控平台，以及小容量居民光伏和大容量工商业分布式光伏本地和远程通信方案，并研究分布式光伏采集模型的构建、多源数据融合估计、面向分布式光伏的有功、无功功率优化控制等关键技术，实现了对小容量居民光伏的可观可测和对大容量工商业分布式光伏的可观可测可调可控。平台在天津滨海地区进行了技术验证，效果良好。关键词：分布式光伏；新型电力系统；新能源管控；分布式光伏采集；分布式光伏控制 Design and implementation of distributed photovoltaic control platform TAN Dashuai DAI Bin GUO Gang TIAN Youjia WANG Shuai(Tianjin Puxun Power Information Technology Co.,Ltd,Tianjin 300192)Abstract Under the background of“double carbon”and new power system construction,the access proportion of distributed photovoltaic is constantly increasing,which has a strong impact on distribution network voltage,dispatching operation and peak shaving.This paper designs a distributed new energy management and control platform with a three-layer architecture including the perception layer,platform layer and application layer,designs a small capacity residential photovoltaic and large capacity industrial and commercial distributed photovoltaic local and remote communication scheme,studies the construction of distributed photovoltaic acquisition model,multi-source data fusion estimation,distributed new energy oriented active and reactive power optimization control and other key technologies,and realizes the ob-servable and measurable value of small capacity residential photo-voltaic and the observable,measurable,adjustable and controllable value of large capacity industrial and commercial distribution photovoltaic.The platform has been technically verified in Tianjin Binhai area,with good effect and certain promotion value.Keywords：distributed photovoltaic;novel power system;new energy management and control;distributed photovoltaic acquisition;distributed photovoltaic control 0 引言 随着“双碳”、新型电力系统等相关政策的出台和落地实施，分布式新能源行业开启了发展加速度，截至 2022 年三季度累计并网容量 35 806.7 万 kW，其中分布式光伏 14 242.7 万 kW。大规模分布式光伏的接入会改变低压配电网的拓扑结构，影响低压故障特性，对电网的安全稳定运行产生重大影响1。现有调度模式中，调度对分布式发电功率的精准预测手段缺失，台区负载、用户负荷特性预测能力不足，分布式新能源状态信息未实时监测，设备管理系统（power production management system,PMS）、用采等量测数据实时性不足，数据未整合，导致调度部门对新能源承载力风险分析与电网运行稳定风险辨识不足，给电网稳定运行带来威胁2-4。文献5基于“云、管、边、端”的物联网设计理念，探讨分布式电源集群调控中的体系架构和关键技术。文献6设计“集群自律-群间协调-输配协同”的主动配电网能量管理与运行调控体系结构，并开发了相应的软件系统。文献7-13对分布式光伏42 电 气 技 术 第 24 卷 第 2 期 站的接入方法和监控需求进行了阐述。文献14-17建立了基于数值天气预报与地基云图的光伏超短期功率预测模型，以及基于卫星遥感的超短期分布式光伏功率预测模型，并对并网型光伏电站发电功率预测方法与系统进行定义。文献18研究大规模分布式光伏接入的配电网风险评估方法。文献19阐述了光伏电站分层分布式自动功率控制技术。以 上研究均未涉及分布式光伏调度管控平台的设计与实现。针对分布式光伏状态信息实时性差，终端与通道尚不能支撑潮流、电压控制，光伏消纳和承载力精确分析能力不足，尚无统一的分布式光伏管控平台的问题，本文从感知层、平台层和应用层进行整体设计，并对关键技术进行论证。1 总体设计 分布式光伏站点通常数量多，单体容量小，分布比较广，数据采集与传统变电站数据采集方式存在一定差异，难以实现实时调控；同时，信息模型和数据结构与常规调度信息数据存在差异。针对以上问题，本文设计的分布式光伏管控平台为感知层、平台层、应用层三层架构体系，用以支撑地区电网分布式光伏调度体系建设。分布式光伏管控平台总体架构如图 1 所示。在 感知层，设计了 RS 485/高速电力线通信（high-speed power line communication,HPLC）/LoRa 三种本地通信方式，电力光纤/5G 切片/4G 专网/电力无线专网/长距智能 WiFi 五种远程通信方式的架构；在平台层，设计了数据、模型、决策三个中心，实现数据自动运维、聚合模型搭建及广义状态估计；在应用层，设计了状态全息感知、功率精准预测、风险智能感知、台区柔性控制、多能全景展示、主配协同防控、能源规划辅助等应用功能。1.1 感知层 通常情况下，接入地区电网的 10kV 并网光伏场站通信全部采用电力光纤专线方式，0.4kV 并网分布式光伏仅通过用采系统采集电表信息，存在本地和远程组网方案复杂、安全性要求高、大容量工商业光伏和小容量居民光伏控制需求不一样的问题。本文在感知层设计了大容量工商业分布式光伏本地及远程通信和安全加密方案，以实现分布式光伏的深度监测及智能控制。存量的低压小容量分布式光伏容量小，单体调控对电网影响较小，对其只需实现“可观、可测”。针对 160kW 以上的大容量工商业低压分布式光伏，其单体调控对电网的影响较大，本文设计了本地和远程通信方案，对其实现“可观、可测、可调、可控”。感知层总体采集策略见表 1。图 1 分布式光伏管控平台总体架构 2023 年 2 月 谭大帅等 分布式光伏管控平台的设计与实现 43 表 1 感知层总体采集策略 类型 容量 功能需求 本地通信 远程通信 安全分区 大容量工商业分布式光伏 160kW 可观可测可调可控HPLC EPON 光纤专网、电力无线专网、长距离 WiFi、5G 切片 安全接入区小容量户用光伏 160kW 可观可测 取电表数据取电表数据 互联网大区 1）大容量工商业分布式光伏通信方案（1）本地通信方案设计 大容量工商业分布式光伏智能终端下行采用HPLC 技术。已配置支持 HPLC 的光伏逆变器用户，可直接与台区智能终端进行信息交互。配置了不支持 HPLC 光伏逆变器的用户，可在光伏电站侧新增光伏控制器，采用 RS 485 方式与光伏逆变器及并网开关通信，负责电压、电流、有功功率、无功功率、电量及开关状态等的数据采集、加密及上传。大容量工商业分布式光伏本地通信方案如图 2 所示。图 2 大容量工商业分布式光伏本地通信方案（2）远程通信方案设计 对电力光纤网络已覆盖的台区，本文设计采用以太网无源光网络（Ethernet passive optical network,EPON）组网方式，通过电力光纤网络进行远程通信，实现台区智能终端光伏采集数据上传至电力通信站，再通过电力光传输网络专线通道将光伏采集数据接入安全接入区。调控指令的下发可通过以电力光纤网为基础的同步数字体系（synchronous digital hierarchy,SDH）及 EPON 网络进行操作。对电力光纤网络覆盖不便的台区，本文采用电力无线专网、5G 切片专网或长距离 WiFi 方式接入的设计。1 800MHz 频段电力无线专网采用标准TD-LTE（TD-SCDMA long term evolution）技术，网络平均通信时延 100ms，系统可靠性 99.99%，上行峰值速率为 8Mbit/s，下行为 9Mbit/s。对于已覆盖 1 800MHz 频段电力无线专网的台区，利用电力无线专网进行光伏采集数据的上传与调控指令的下发；对于无电力无线专网覆盖的台区，可选择采用5G 切片专网或长距智能 WiFi 两种通信方式。5G 切片网络具有超大规模连接、超低时延、超高宽带的特性，网络性能大幅提升，在电力通信站部署多接入边缘计算（multi-access edge computing,MEC）和用户面功能（user plane function,UPF），将光伏采集数据通过专享 5G 切片网络上传至电力通信站，再通过电力光传输网络专线或调度数据网通道将光伏采集数据接入安全接入区，实现采集信息的上传与调控指令的下发。长距离 WiFi 通过智能 Mesh 协议中继组网，每跳中继距离在 78km，速率 2670Mbit/s，可自适应或人工配置，上行单跳时延5ms。台区智能终端通过网线连接至长距智能 WiFi终端 A，通过空中接口传至位于变电站的长距智能WiFi 终端 B，由电力通信网回传至电力公司安全接入区，实现光伏监测数据的可观、可控。大容量工商业分布式光伏远程通信方案如图 3 所示。2）小容量户用光伏方案设计 对于单体容量160kW 的小容量户用光伏，本文设计通过国网公司营销中心的用采系统获取其上网电表数据，实现“可观、可测”功能。3）安全防护设计 在安全防护设计方面，本文设计在地调建立安全接入区，安全接入区与生产控制大区边界处采用正反向电力专用横向单向安全隔离装置，安全接入区中为与控制区（区）连接的通道前端边界部署纵向加密认证装置，并具备与无线网络（4G/5G）、无线专网的通信能力。在低压分布式光伏采集的感知层，利用 4G/5G、无线专网通过微型纵向加密认证装置接入地调安全接入区，同时在光伏控制器加装与融合终端一致的加密芯片，保证底层数据的安全，满足电力监控系统网络安全防护要求。44 电 气 技 术 第 24 卷 第 2 期 图