国网甘肃省电力公司酒泉供电公司 钟铭军 国网甘肃省电力公司 胡殿刚 龙 杰

国网甘肃省电力公司电力科学研究院 周治伊

2020年9月，我国明确指出“双碳”发展目标，鼓励自给式太阳能系统的应用，积极调整能源结构，推动分布式电源发展。国家电网公司积极响应并落实能源发展战略目标，接入和消纳分布式电源，完善电源并网服务，加强对其运行监管力度。2020年4月28日，国务院常务会议对“新基建”做出最新部署，将5G定位为“新基建”的基础性行业，通过5G网络建设推动各产业领域发展。国家电网公司响应国家政策，积极推进5G、工业物联网等信息技术在“发、输、配、用”环节的应用，以解决电力生产中各种监测传感器的接入难题，提高电网的可靠性、安全性和经济性。

在此背景下，建设以清洁高效新能源为主体的新型电网，成为未来能源可持续发展的必然趋势。而在新能源发展中，分布式电源使用对环境污染较少的可再生能源，其发展迅速且规模日益扩大。分布式电源一般通过低压电网并入电力系统，改变电网结构及系统潮流分布，因此适宜的容量和接入位置可降低网损；就近供电，减少远距离输送电成本；可根据实际负荷需求，为系统提供能量，减缓高峰用电压力；当电网无法进行供电时，分布式电源可作为备用电源供给电能，提高供电可靠性；在地势偏远地区，其供电能力不足，太阳能光伏发电和风能风力发电等的分布式清洁电源，能够有效地弥补电能供应难度大的弊端。

1 分布式电源现状

我国中西部城乡地区依托于优质太阳能自然资源，因地制宜，发展“零碳能源”建设具有明显优势。随着国家电网公司大力发展分布式光伏发电项目，光伏电源建设成本的降低及国家碳中和政策下的新能源发展政策支持，提高了社会居民开发新能源的积极性，小容量分布式光伏电源规模还将日益扩大，发电总量和余电上网电量也将逐步提高。从目前分布式电源发展现状来看，成片集中式大规模的建设条件不够，分布式的建设方式潜力巨大，因此分布式光伏发电规模将不断快速的扩充。

随着分布式电源并网运行监管需求进一步加深，电源状态信息监控调度层面研究逐步开展起来，从不同应用需求和角度，提出了对电源点状态信息进行监控的方案和算法。文献[1]从集群监控的角度，设计区域电源智能监测系统，实现对分布式电源的集群控制。文献[2]介绍分布式电源远程监控管理系统，通过现代通信技术远程采集分布式能源设备状态和系统运行信息，提高分布式电源整体运行水平。文献[3]提出基于北斗技术的分布式电源信息采集方法，实现对分布式电源的关键电力信息采集和传输，并与智能电网调度控制中心有机融合，实现调控中心对分布式电源的智能调度控制。文献[4]开发一种分布式电源并网运行电参数监测装置，通过仿真比较，从算法上提高了电参数监测的精度。

2 分布式电源调控采集装置的作用

目前，大多数分布式光伏电源，基本通过营销系统的电度表实现了上网电量（反向有功）的采集，但都不在电网调度部门的监测范围内，且缺乏实时的电压、电流、发电量、上网电量、电能质量等信息数据，不能实现各分布式光伏电源的工作状态监视，电网调度部门无法对分散的电源进行群调群控，不利于电网的安全稳定运行。未来光伏电站接入电网的核心要求光伏电站接受电网调度、实时监控以及参与电网管理。为充分发挥分布式电源对配电网的支撑能力，统一管理控制分布式电源运行方式，采用分布式群调群控，降低分布式电源出力的随机性，可最大限度提升新能源消纳能力，有力支撑电网调度运行。为减小对电网的影响，做到有效消纳，分布式电源群调群控是未来的发展趋势。

分布式电源作为新时代背景下的一种新型电能供应来源，发展潜力巨大，加强对其的统一管理与调度控制是重中之重。而分布式电源调控采集装置能对不同资产属性、不同发电容量及上网余量、不同通信条件、不同地域特点等较为典型的分布式光伏电源点的实时数据采集服务，提供各分布点的经纬度信息，提供连续稳态监测数据，采集数据通过5G网络或4G网络经移动通信运营商公网数据转SDH专线及网络安全防护设备，转送至配网自动化系统，并按需分发至地调自动化系统、省调自动化系统。这样一来，调度中心可实现对电力数据实时收集，并对电网运行状态进行实时监控。因此，调控采集装置不仅优化了系统调度运行，方便电网调度部门的统一管理和实时监控，还加强了电网调度的灵活性，对提高电网运行的可靠性、安全性和经济性具有重要意义。

3 实际工程应用

3.1 工程应用内容

目前，低电压分布式电源调控采集装置在甘肃省酒泉市肃州区辖内8个镇的53个分布式光伏电源点进行了实际现场应用。为满足不同用户需求，兼顾分布式电源的多样性，更完善的探索分布式电源信息采集试点工作，将其工作场景分类。其中，从通信方式上分为5G通信与4G通信两种通信方式；从发电量消纳方式上分为全额上网、自发自用余电上网两类用户；从安装方式上分为电杆、地面水泥台、墙壁支架、墙壁安装、户内安装、户外安装等多种方式；从表计接入方式上分为经互感器接入与直接接入两种方式；从采集方式上分为单相接入与三相四线接入两种方式。其中，场景应用最多的两种模式，一种是三相四线经互感器接入的全额上网用户；一种是单相直接接入的自发自用余电上网用户。装置安装示意图如图1所示。

综合分布式电源调控采集装置的需求分析，实现装置内容的关键在于通信方式选择、多功能电参数精确采集以及GPS信号准确接收。分布式电源调控终端与主站间通信要求低延时、高宽带以及高安全的通信技术。低延时即在电网故障的极端条件下，通过网络可实现故障区域自动隔离与控制、新能源自动优化协调命令的即时执行，充分发挥分布式小容量新能源对配网的支撑作用，减小故障对区域配网的冲击，提高供电的可靠性；高宽带即满足较大数量的监控装置的并发数据监测与控制需求，尤其是对于日常的电能质量分析及波形数据的实时传输；高安全即通过5G网络切片技术，有效提高业务及网络的安全性。5G通信技术具有明显优势，因此优先使用5G通信，考虑到部分分布式电源点地区尚未覆盖5G网络，则暂时采用4G网络通信，随着5G网络的覆盖，电源点通过升级自动切换为5G通信，以灵活应对电源点附近通信条件。

多功能电参数采集单元负责电源点的频率、电流矢量、电压矢量、有功功率、无功功率、功率因素、发电量、上网电量、开关位置等基本信息，以及谐波、间谐波、电压合格率、闪变等电能质量信息的采集。采用高精度、高速电参数计算关键技术理论，高效率、高精度、高稳定性地提取电参数数据，为调控采集装置的高级应用奠定精确有效的数据基础。

3.2 工程应用成效

自装置投入实际应用以来，经观察装置工作期间运行状况，作以下应用成效分析：一是分布式电源数据采集精确高效，数据上送稳定、可靠。对每个分布式电源点的电压、电流、谐波、频率、发电量、上网电量等电气参量进行了高频采集，数据采集精准高效，实现对各分布式光伏电源点的工作状态监视。二是设备安装方便，不影响其他设备工作。装置设备与各模块均安装在防水箱内，在用户表箱附近选择安装点（多为挂墙或电杆方式安装），设备电流使用开合式互感器安装在用户的二次回路上不影响用户其他设备的运行。电压则并入用户表箱侧，整个过程不需要停电。三是通信延时满足调度要求。根据现场点位通信延时测试，统计部分4G与5G通信稳定性测试比较数据见表1。

表1 部分4G与5G通信稳定性测试比较数据

从表1数据可以看出，5G在传输速率、传输延时与大数据上传、下载速率上明显优于4G，并满足调度要求。四是调度自动化系统运行稳定可靠。自装置运行以来，所有监测点数据采集功能正常、通信稳定。通过调度自动化系统，对数据完整记录，在线查看用户侧的实时用电，发电情况，通过对汇总数据的整理分析，判断用户侧光伏发电是否存在故障，存在何种故障，及时制定规划整改措施。查看GPS、电能质量、监测类型、便于对用户的监测位置进行精确定位分析，当电能质量出现问题时，可后台直观地反应用户侧问题，及时处理，提升效率。

总之，分布式电源调控采集装置的初步试点应用实现了电力运行数据实时收集，对电网运行状态进行实时监控。部分试点位置更换安装了智能开关设备可实现远程遥控分合上网电量开关，开关分合位置变位信号能及时上送调度后台。遥测数据的采集与上送为下一步分布式电源的集采集控提供数据支撑。通过对用户侧数据的实时监测和及时分析，若用户侧系统出现故障便可对故障侧及时做出整改，电力系统可对上传的数据进行统计分析与评估，定期对检测系统进行维护保养，为状态检修、电力系统升级提供可靠的技术支持，从而提高电网运行可靠性。

4 展望

随着分布式电源发展规模不断扩大，供电系统对其发展要求也不断提高。不仅是对电能质量的要求，还有对电源进行统一调度与控制管理的要求。其主要表现在对电网波动、有功降额、无功补偿与远程控制功率等方面，其主要目的是将分布式电源集群进电网调度控制管理系统，以及在电网波动或故障时提高对分布式电源的可控性。

随着电力系统电网调度自动化技术的逐步完善，信息化自动化的设备装置管理监控模式逐渐深入，调度管理细则逐步规范，未来新增分布式电源状态信息纳入电网调度监控范围是必然趋势。为顺应调度自动化的发展，参考本次53个分布式光伏电源试点应用取得初步成功的经验，改善其中的不足，优化创新设计方案，推广至更多的分布式电源信息采集服务，使其不断融入调度自动化系统，推动电力事业的持续进步，相信在未来有更加优质的发展。

综上所述，我国经济发展离不开电能的供应，为了能够满足高速发展时代下人们用电需求，保证电网供电系统稳定可靠，就必须加深对分布式电源监控管理的关注与重视。针对实际现状中存在大量分布式电源不受调度控制监视等问题，本文在分布式电源发展现状基础上，结合实际工程对分布式电源调控采集装置的现场应用成效进行分析可见，分布式电源采集装置的应用实现了电源点的信息调控采集服务，使得电力系统调度自动化系统更加健全与完善，推动了电力行业调度自动化技术革新。