分布式電源調控平臺設計與應用

唐 昕， 莊崢宇， 閆 博

（1.國網浙江省電力公司嘉興供電公司，浙江 嘉興 314033；2.國網浙江省電力公司經濟技術研究院，杭州 310008）

分布式電源調控平臺設計與應用

唐 昕1， 莊崢宇2， 閆 博1

（1.國網浙江省電力公司嘉興供電公司，浙江 嘉興 314033；2.國網浙江省電力公司經濟技術研究院，杭州 310008）

介紹了分布式光伏電源調控平臺的安全分區定位、網絡拓撲結構和硬件配置，設計了調控平臺的功能規范。從云計算、物聯網技術、大數據技術等方面對調控平臺的技術特點進行論述。對于開展分布式光伏電源調控平臺建設，實現分布式光伏電源遠程監控和統一管理具有借鑒意義和示范作用。

分布式電源；調控平臺；功能；設計；應用

近年來，以石化能源為主的能源結構越來越受到能源短缺和環境污染的雙重壓力，以太陽能發電為代表的清潔能源逐漸成為世界能源的主流發展方向。2012年10月，浙江省政府在嘉興市開展光伏產業“五位一體”創新試點，大力發展分布式光伏發電。根據規劃，2016年嘉興地區分布式光伏發電并網容量將達500 MW，約占嘉興電網統調平均負荷的10%。

在分布式光伏發電安裝規模較大、占電網負荷比重較高的供電區域，電網企業宜根據發展需要建設光伏發電并網運行監測、功率預測和優化運行相結合的分布式電源調控平臺。嘉興電網分布式電源調控平臺（以下簡稱平臺）集數據采集、遠程監控、電力生產應用、經濟調度與協調控制等功能于一體，服務于調控、運檢、營銷等部門對分布式電源的多業務、跨專業需求，實現分布式電源的高效利用和系統的安全運行。

1 平臺結構設計

1.1 安全分區定位

根據平臺的數據來源、功能特性和業務應用，對照電力二次系統安全防護方案和國家電網公司信息安全工作要求,目前還沒有針對分布式電源調控平臺的分區定位,在平臺設計時按專網專區架構建設，專區與公司生產控制大區及管理信息大區的邊界嚴格執行電力二次系統安全防護方案與信息安全要求。平臺二次系統安全防護及信息安全防護如圖1所示。

將平臺視為獨立系統，其中對有線通信的光纖專網采用加密裝置進行防護，滿足二次系統安全防護要求；無線通道采用租用運營商VPN無線專網方式，經過數據加密及硬件防火墻進行防護，保障信息安全。

在與管理信息大區進行信息交互時，信息要通過布置于安全Ⅲ區的物理隔離裝置，服務器必須安裝安全操作系統，防止因操作系統漏洞或應用程序漏洞導致被攻擊的事件發生。

圖1 調控平臺二次系統安全防護及信息安全防護

網絡結構采用分布式開放局域網交換技術，雙重化冗余配置，由100 M后臺局域網交換機及100 M前置交換機的兩層結構組成。

后臺局域網采用100 Mbit/s的雙以太網網絡結構，其骨干網為百兆網。數據采集服務器、SCADA服務器、數據庫服務器、監控工作站、維護工作站、報表工作站直接接入后臺局域網；實時數據采集服務器配置4塊網卡，分別接入后臺局域網、前置數據采集百兆網；Web服務器接入Ⅲ區交換機；安全專區和信息管理大區通過電力專用隔離裝置隔離，Web服務器、專用隔離裝置、防火墻及管理信息大區交換機構成對外信息交換的途徑。平臺系統拓撲結構如圖2所示。

1.3 信息交互

為實現平臺的綜合信息展示，以及光伏發電功率預測、配電網潮流分析計算、光伏電源控制、光伏電源經濟運行分析等應用功能，平臺的數據源及交互系統包括了：PMS（生產管理系統）、EMS（能量管理系統）、搶修指揮平臺、營銷管理系統、氣象預報平臺等，調控平臺數據流如圖3所示。

圖2 調控平臺系統拓撲結構

圖3 調控平臺數據流示意

1.4 硬件配置

硬件系統采用雙以太網為基礎的分布式網絡環境，適應開放式體系結構的要求。利用標準的接口和介質，將功能相對獨立的模塊分布在若干處理器上。考慮后期應用功能升級需要，配置的服務器具備擴展能力。

硬件系統由以下幾個部分組成：有線實時數據采集系統、無線實時數據采集系統、數據庫服務系統、系統維護和開發系統、Web服務系統、二次系統安全保護設備、輸出終端設備。

2 平臺功能設計

平臺體系結構分為3層：應用層、數據層、主站數據采集與交互層。應用層包括：光伏電源SCADA、光伏電源綜合評價，以及光伏發電功率預測、配電網潮流分析計算、智能預警、光伏電源協調控制等高級應用功能。調控平臺功能模型如圖4所示，以下著重介紹SCADA系統、綜合評價及組群與協調控制功能。

采用目視方法（可利用放大鏡、內窺鏡、焊縫檢查尺）檢查本體結構，幾何尺寸，表面情況（如裂紋、腐蝕、泄露、變形等）。著重檢查空氣儲罐內壁的腐蝕情況、地腳螺栓和排污閥的使用狀況。對于內壁點腐蝕，應測量腐蝕深度、面積、長度；對于均勻腐蝕，應測量腐蝕區域的厚度，并進行強度校核。地腳螺栓未按照要求進行安裝的要責令使用單位安裝到位。檢查排污閥腐蝕情況，著重檢驗排污閥的泄露情況、通暢情況和定期排污情況。

2.1 SCADA系統

SCADA系統是平臺的核心，主要包括數據采集和處理、控制和調節、圖模庫一體化、事故順序記錄、事件和報警處理、歷史數據處理、報表管理、趨勢記錄、人機聯系、系統時鐘等。

系統的信號采集類型有模擬量和開關量2類。模擬量包括電壓、電流、功率、發電量、上網電量、電能質量監測數據、逆變器運行數據等電氣量，以及太陽輻照度、溫度、風速、風向等非電氣量的實測值。開關量包括事故信號、斷路器及重要繼電保護的動作信號等中斷開關量，以及各類故障信號、斷路器和隔離開關的位置信號、機組設備的狀態信號等非中斷開關量。

系統的控制和調節內容包括：開關（刀閘）開/合、變壓器分接頭調整、測控裝置投切、遠方復歸信號控制、遠方保護投退、定值調整等。在前置部分保存控制和調節指令的報文，便于核對。

平臺的數據庫設計采用層次、關系和面向對象的同一實體多種表示方法，可描述數據名稱、類型、存儲位置、長度及其他相關參數，具備實時性、靈活性、可維護性、可恢復性等要求。

2.2 綜合評價

綜合評價包含光伏項目和光伏對配電網的影響2個方面，通過綜合評價報告為相關人員提供決策依據。

光伏項目評價的內容包括發電效率、單位裝機回報率、單位投資回報率、自發自用電量占比、年發電量增長率、發電效率衰減統計、節能減排數據等；結合氣象數據顯示日、月、年和自定義時段的電源項目電能量歷史存盤值，并提供規范格式的數據輸出。

圖4 調控平臺功能模型

光伏對配電網影響主要指定時、自動完成的綜合評價策略下的影響指標，包括新裝機貢獻率、輻照值貢獻率、系統效率貢獻率、年發電量增長率、并網裝機量增長率、電能質量（穩態）、調度指令執行率、無功貢獻率或功率因數、總負荷及清潔能源的占比、發電效率衰減統計、停電計劃（有序用電計劃）自動預警、正常電站狀態占比、異常運行狀態占比、異常電站狀態、異常持續時間、異常報告等。

2.3 組群與協調控制

根據電網拓撲關系或自定義各種屬性（并網電壓等級、項目性質、區域、供區等），對并網的分布式光伏電源用戶（運營商）及其設備進行組織管理（建立組群），以此作為協調控制及組群控制的基礎。通過分布式光伏電源組群劃分與管理、配電網與分布式電源的協同運行控制，實現區域內潮流合理分配，保障配電網安全穩定運行和電能質量滿足要求。

根據實時負荷、分布式電源發電功率與其日前預測結果的差值，以及系統負荷的突然變化和供能單元運行檢修狀況的變化，尋求區域最佳的實時優化控制策略和技術方案，研究實時負荷預測及實時電源發電預測下，區域用電與電源發電間的優化調度策略，保證系統運行的實時能量平衡及重要負荷連續供電，提高平臺實時運行的穩定性和經濟性。通過數據采集系統獲取區域分布式光伏發電單元的數據，進行在線分析和計算，再通過輸出控制執行命令，特殊情況下配合有功功率調節，使其具備調節無功功率的功能，保證電壓以及無功功率在合格范圍，提高電能質量。控制模式上支持就地及遠方控制（預留與配電網AVC系統接口），支持開環模式和閉環模式。

3 平臺技術特點

3.1 云技術

因單個分布式光伏發電項目的規模以3 kW～1 MW為主，按500 MW的階段建設目標計算，分布式光伏發電項目數量將達500～1 600個，可見數量龐大。為便于光伏項目的統一管理和信息共享，保障接入分布式電源的配電網安全運行，分布式電源調控平臺與PMS，EMS、配電網搶修指揮平臺、配電網GIS系統、營銷管理系統和氣象預報平臺完成數據交互，在云端搭建管理平臺，實現對光伏電源各類采集信息的云存儲，可隨時讀取、修改、共享光伏電源實時運行信息；實現對光伏電源電氣參數監測、設備運行效率分析比對、發/用電量統計、故障率統計、運行控制等功能；實現運檢、調控、營銷等部門對分布式電源多業務、跨專業需求。解決大數據采集、存儲、計算和分析的難題，使數據挖掘更具價值。

3.2 物聯網技術

通過物聯網方式實現分布式光伏電源關鍵設備的云平臺接入，接入設備主要包括逆變器、并網開關、保護測控裝置、電能質量監測裝置、電度表、氣象監測裝置等，解決分布式光伏電源缺乏有效監控管理手段的現狀，提高運行效率，減少故障率。

以龍騰科技公司光伏項目為例，選用華為公司生產的容量為20 kW的SUN2000-20KTL逆變器，采用組串方式連接成9個組串，將每個組串的逆變器接入調控平臺，可實現逆變器有功功率和無功功率實時控制。同時，可根據每組逆變器的輸出參數比對，及時發現逆變器的異常，提高光伏系統發電效率，提升系統電能質量。

3.3 數據挖掘

分布式電源的接入，改變了現有的配電網網架結構、配電網運維檢修方式和用戶用電量計費方式，分布式電源的信息需要與現有的電力生產信息流進行交互、應用。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和用戶發布。分布式電源海量信息的分析、處理和交互，具有深度挖掘的價值。不同的應用主體，對分布式電源數據的需求不同，形成的數據應用也不同，最終將服務于電力生產需求，服務于社會需求。

4 結語

隨著風能、生物質能等新能源技術的不斷發展，該平臺還可接入其它類型的分布式電源。但是，在信息化系統的推廣應用中，要重點關注成熟的配套規范。不同區域、不同電壓等級、對不同裝機容量的光伏并網項目的調控權限和范圍，需通過制度進一步明確。

[1]舒杰，彭宏，沈輝，等．光伏系統的遠程監控技術與實現[J]．華南理工大學學報，2005，33（5）:43-47．

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

[3]吳建偉，王景鶴，楊若松，等.大規模分布式電源并網的電力系統故障恢復方法研究[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，高級工程師，從事分布式電源接入管理工作。