摘要

隨著全球?qū)η鍧嵞茉吹男枨蟛粩嘣鲩L，分布式光伏發(fā)電逐漸成為電力系統(tǒng)的重要組成部分。本文深入探討了分布式光伏規(guī)模化并網(wǎng)過程中面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)，包括信息集成、逆變器控制、功率平衡、調(diào)度優(yōu)化等核心技術(shù)，并結(jié)合磊蒙智能裝備有限公司的實際項目，展示了光伏并網(wǎng)技術(shù)的實際應(yīng)用效果。通過對這些技術(shù)的詳細分析，本文旨在為未來分布式光伏規(guī)模化并網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：分布式光伏；規(guī)模化并網(wǎng)；信息集成；逆變器控制；調(diào)度優(yōu)化；功率平衡

1、引言

光伏發(fā)電作為最具潛力的可再生能源之一，近年來得到了廣泛的應(yīng)用。分布式光伏發(fā)電由于其安裝靈活、運行成本低、環(huán)境影響小等優(yōu)勢，已經(jīng)成為許多國家電力供應(yīng)體系的重要組成部分。然而，隨著光伏發(fā)電規(guī)模的快速擴展，傳統(tǒng)電網(wǎng)正面臨巨大的挑戰(zhàn)，包括電網(wǎng)穩(wěn)定性、調(diào)度靈活性以及電能質(zhì)量等方面的問題。

分布式光伏系統(tǒng)的并網(wǎng)運行在技術(shù)和管理上具有高度復(fù)雜性，尤其在大規(guī)模并網(wǎng)時，不僅要求光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠應(yīng)對發(fā)電的間歇性和波動性，還要保證整個電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性。因此，深入探討分布式光伏發(fā)電規(guī)?；⒕W(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)以及面臨的挑戰(zhàn)，對實現(xiàn)光伏發(fā)電在未來電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用具有重要意義。

2、分布式光伏發(fā)電的現(xiàn)狀

近年來，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在全球范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。根據(jù)國際能源署的數(shù)據(jù)顯示，光伏發(fā)電在全球的新增裝機容量中占據(jù)了相當大的比例。尤其是在中國，分布式光伏的應(yīng)用呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。到2022年年底，中國的分布式光伏累計裝機容量已達157.62GW，其中，分布式光伏電站的接入電壓等級覆蓋了從220V到35kV不等的范圍。

在政策支持和市場激勵下，我國分布式光伏發(fā)展伴隨微電網(wǎng)、聚合商、虛擬電廠、多能源系統(tǒng)、綜合能源服務(wù)等新理念、新技術(shù)呈多元化發(fā)展態(tài)勢，如下表所示，這些模式的共同特點是將并網(wǎng)電壓等級較低且偏向用戶側(cè)的分布式資源進行有效整合并參與系統(tǒng)運行和用戶交易。分布式光伏規(guī)模化并網(wǎng)將進一步推動上述運行模式應(yīng)用與發(fā)展，新的運行模式也將不斷涌現(xiàn)，對電網(wǎng)的智能管控水平和接納能力提出更為迫切的要求。

1. 規(guī)模化并網(wǎng)趨勢：分布式光伏已逐步由過去的分散式并網(wǎng)轉(zhuǎn)向規(guī)?；⒕W(wǎng)模式。這一轉(zhuǎn)變在政策和市場的推動下加速，典型的應(yīng)用包括整縣光伏開發(fā)和“光伏+”綜合利用模式。2021年，分布式光伏新增容量首次超過集中式光伏，且分布式光伏的裝機容量占比持續(xù)增加，尤其在中低壓配電網(wǎng)中占據(jù)主要比例。

2. 并網(wǎng)方式與運行模式多樣化：分布式光伏的并網(wǎng)方式包括集中式、分散式和規(guī)?；⒕W(wǎng)三種模式。在規(guī)?；⒕W(wǎng)中，光伏的接入位置通常為用戶側(cè)，接入電壓等級較低，具備較強的本地消納特性。與此同時，分布式光伏的運行模式也逐漸多樣化，包括微電網(wǎng)、虛擬電廠、綜合能源服務(wù)等創(chuàng)新形式。

3.關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)

系統(tǒng)安全特性影響：隨著高比例分布式光伏接入，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的安全特性面臨挑戰(zhàn)，轉(zhuǎn)動慣量和調(diào)頻、調(diào)壓能力下降，系統(tǒng)安全穩(wěn)定性降低。

負荷波動：分布式光伏的發(fā)電波動性和隨機性增加了系統(tǒng)的負荷管理難度，尤其在午間低谷時段和晚間高峰時段，容易出現(xiàn)電網(wǎng)不平衡現(xiàn)象。

電壓調(diào)節(jié)與有源配電網(wǎng)：分布式光伏的規(guī)模化并網(wǎng)使得配電網(wǎng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)格化、有源化的結(jié)構(gòu)，電壓調(diào)節(jié)和功率控制變得更加復(fù)雜。

4.技術(shù)改進需求：為了應(yīng)對分布式光伏的規(guī)?；⒕W(wǎng)帶來的挑戰(zhàn)，電網(wǎng)調(diào)度和控制技術(shù)亟需升級。通過信息集成、監(jiān)測預(yù)測、平衡調(diào)度、聚合控制等技術(shù)的引入，系統(tǒng)調(diào)度運行可以更靈活、高效。

5. 國外經(jīng)驗借鑒：一些國家已經(jīng)積累了分布式光伏并網(wǎng)的先進經(jīng)驗。例如德國通過大力發(fā)展虛擬電廠和光伏儲能技術(shù)，增強了電網(wǎng)的調(diào)控靈活性。澳大利亞則通過標準化的調(diào)控體系和虛擬電廠，成功應(yīng)對了分布式光伏帶來的電壓波動和電網(wǎng)不穩(wěn)定問題。

3、分布式光伏并網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 信息集成與實時監(jiān)控

在分布式光伏系統(tǒng)的大規(guī)模并網(wǎng)過程中，實時信息的采集與傳輸是電網(wǎng)穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。信息集成系統(tǒng)的主要任務(wù)是將光伏發(fā)電系統(tǒng)的各類運行數(shù)據(jù)整合到電網(wǎng)調(diào)度中心，以便實現(xiàn)實時監(jiān)控和調(diào)度優(yōu)化。

信息集成通常包括以下幾個層次：

現(xiàn)場設(shè)備層：通過智能傳感器、智能電表等設(shè)備，采集光伏系統(tǒng)的電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)。

通信層：通過光纖、無線網(wǎng)絡(luò)或其他通信方式，將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)傳輸至控制中心。

控制層：在電網(wǎng)調(diào)度中心，通過數(shù)據(jù)集成平臺，對光伏系統(tǒng)進行監(jiān)控和調(diào)度，確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

磊蒙智能裝備有限公司的光伏項目采用了基于Modbus485通信協(xié)議和IEC60303-3-103標準的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，實現(xiàn)了從現(xiàn)場設(shè)備到監(jiān)控中心的高速數(shù)據(jù)傳輸和信息共享。這種系統(tǒng)架構(gòu)的優(yōu)勢在于，能夠?qū)崟r監(jiān)控光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并根據(jù)電網(wǎng)負荷需求快速調(diào)整光伏系統(tǒng)的輸出，確保電網(wǎng)穩(wěn)定性。

3.2 逆變器控制技術(shù)

逆變器是分布式光伏系統(tǒng)的核心組件，其主要功能是將光伏組件產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并確保電流、電壓和頻率與電網(wǎng)要求相匹配。逆變器不僅承擔著電能轉(zhuǎn)換的任務(wù)，還需要具備電流、電壓的控制以及并網(wǎng)保護等功能。

逆變器控制技術(shù)的核心在于最大功率點追蹤（MPPT），它能夠確保光伏組件在不同光照條件下，始終輸出最大功率。此外，逆變器還需要具備無功補償功能，以幫助電網(wǎng)維持電壓穩(wěn)定。在高比例分布式光伏接入的情況下，逆變器的響應(yīng)速度和控制精度至關(guān)重要。

3.3 功率平衡與調(diào)度

由于光伏發(fā)電的波動性和不確定性，如何保證發(fā)電與負荷之間的實時平衡成為電網(wǎng)運行的核心問題。傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)依賴于集中式發(fā)電機組的功率調(diào)度，能夠通過靈活調(diào)度電廠來應(yīng)對負荷的波動。然而，分布式光伏發(fā)電的接入使得這種調(diào)度模式變得更加復(fù)雜。一方面，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量高度依賴于氣象條件，如光照強度、云層覆蓋等，具有很強的隨機性。另外，由于光伏發(fā)電的輸出功率波動較大，電網(wǎng)在面對高比例光伏發(fā)電時，必須依賴更精確的預(yù)測和更靈活的調(diào)度機制。

功率平衡與調(diào)度的技術(shù)關(guān)鍵在于如何通過實時監(jiān)控和預(yù)測算法，對光伏發(fā)電量和負荷進行精準的預(yù)測和動態(tài)調(diào)度。磊蒙智能裝備有限公司的光伏并網(wǎng)項目中，采用了基于大數(shù)據(jù)分析的實時調(diào)度系統(tǒng)，能夠根據(jù)電網(wǎng)負荷的變化，動態(tài)調(diào)整光伏系統(tǒng)的發(fā)電量，確保電力系統(tǒng)的功率平衡。

3.4 系統(tǒng)優(yōu)化與負荷管理

系統(tǒng)優(yōu)化是分布式光伏規(guī)?；⒕W(wǎng)的另一個關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。為了提高電力系統(tǒng)的運行效率，減少電能浪費，系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)需要對光伏發(fā)電系統(tǒng)和用戶負荷進行全方位的管理和優(yōu)化。

系統(tǒng)優(yōu)化的核心目標是通過智能化手段，實時調(diào)整光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行狀態(tài)，優(yōu)化電力的分配和使用。在分布式光伏系統(tǒng)中，負荷管理是實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化的關(guān)鍵之一。通過智能負荷管理系統(tǒng)，電網(wǎng)能夠根據(jù)電力供需情況，動態(tài)調(diào)整用戶的用電負荷，減少電網(wǎng)壓力，提升電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。

4、應(yīng)用案例：磊蒙智能裝備有限公司光伏并網(wǎng)項目

磊蒙智能裝備有限公司作為國內(nèi)智能制造領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)，近年來積極推動綠色能源的應(yīng)用。為降低用電成本并減少對傳統(tǒng)能源的依賴，磊蒙公司在廠區(qū)的屋頂安裝了總?cè)萘繛?.98MW的光伏發(fā)電系統(tǒng)，并通過的安科瑞Acrel-1000DP光伏監(jiān)控系統(tǒng)對整個光伏發(fā)電系統(tǒng)進行智能化管理和實時監(jiān)控。該項目通過采用全額上網(wǎng)模式，將光伏發(fā)電量全部并入電網(wǎng)，從而實現(xiàn)能源的高效利用，并為當?shù)仉娋W(wǎng)提供了額外的清潔電力支持。

4.1 項目背景

磊蒙智能裝備有限公司光伏并網(wǎng)項目的實施背景是為了響應(yīng)國家清潔能源戰(zhàn)略，減少碳排放并降低用電成本。通過在廠區(qū)屋頂安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)，公司能夠有效利用自然資源，同時實現(xiàn)能源自給和成本控制。該項目設(shè)計的目標不僅是滿足公司內(nèi)部的用電需求，還包括將多余的電力輸送至公共電網(wǎng)，為區(qū)域能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化做出貢獻。

4.2 項目概述

該項目采用“全額上網(wǎng)"模式，利用原有的電源點作為光伏高壓并網(wǎng)點并入電網(wǎng)端，并網(wǎng)點設(shè)置集電線路柜，站用變柜，SVG柜，PT柜，計量柜，并網(wǎng)出線柜。新增的光伏系統(tǒng)配置自動化系統(tǒng)，實時采集并網(wǎng)信息，信息上傳至當?shù)卣{(diào)控中心DMS系統(tǒng)。光伏發(fā)電逆變器電源電壓，經(jīng)室內(nèi)升壓變升壓至10kV后,通過高壓電纜接入新增的10kV光伏高壓柜,并入原10kV市電高壓柜。

光伏電站一次系統(tǒng)圖

本項目modbus485和IEC60303-3-103相結(jié)合的方式對數(shù)據(jù)進行采集傳輸?，F(xiàn)場設(shè)備層的四套并網(wǎng)逆變器、匯流箱、箱變測控裝置分別利用modbus485將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦夥l(fā)電單監(jiān)控裝置，通過光纖將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)通訊層的縱向加密裝置，放置在二次艙的網(wǎng)絡(luò)通信柜中的通訊管理機、公用測控及電能質(zhì)量柜中的測控裝置、電能質(zhì)量裝置、頻率電壓緊急控制柜的頻率電壓緊急控制裝置利用網(wǎng)線連接到交換機，10kv就地分散保護裝置主要布置在一次艙利用裝置自身攜帶的網(wǎng)口全部連接到間隔層以太網(wǎng)交換機，再由以太網(wǎng)交換機傳輸?shù)秸究貙咏粨Q機，由此完成數(shù)據(jù)從間隔層到站控層的傳輸。以下是該項目的一些關(guān)鍵技術(shù)亮點：

1.數(shù)據(jù)采集與傳輸：項目采用了基于Modbus485通信協(xié)議的多層次數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過智能傳感器和智能電表對光伏發(fā)電的電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)進行實時采集，并通過光纖傳輸至Acrel光伏監(jiān)控系統(tǒng)。這種數(shù)據(jù)采集和傳輸方案確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝院涂煽啃?，能夠為電網(wǎng)調(diào)度提供實時信息。

2.遠程監(jiān)控與控制：Acrel光伏監(jiān)控系統(tǒng)通過可視化界面為用戶提供了遠程監(jiān)控和控制功能。用戶可以在監(jiān)控中心對光伏系統(tǒng)進行全程監(jiān)控，實時查看發(fā)電量、負荷情況、設(shè)備運行狀態(tài)等信息。同時，系統(tǒng)支持遠程操作，如啟停逆變器、調(diào)整功率輸出等，確保系統(tǒng)能夠靈活應(yīng)對不同的負荷需求。

3.智能化報警與保護：該項目設(shè)計了多重保護機制，以確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。當系統(tǒng)出現(xiàn)異常，如電壓過高、過低或電流過載時，系統(tǒng)會自動觸發(fā)報警機制，并通過監(jiān)控平臺向操作人員發(fā)出警告。同時，系統(tǒng)還能夠自動切斷光伏并網(wǎng)，防止故障對電網(wǎng)造成影響。

4.兼容性與擴展性：Acrel光伏監(jiān)控系統(tǒng)具備高度的兼容性，能夠支持多種品牌的逆變器、傳感器和監(jiān)控設(shè)備。這種設(shè)計為系統(tǒng)后續(xù)的擴展和升級提供了便利，使用戶能夠根據(jù)未來的需求靈活擴展系統(tǒng)容量或增加新的功能。配置五防工作站保證操作人員的人身的安全。防止在操作時電氣誤操作確保變電站的安全運行。包括防止誤分、合斷路器防止帶負荷分、合隔離開關(guān)等確保了操作的安全性。項目還配備了光功率預(yù)測服務(wù)器，在數(shù)據(jù)的傳輸中加入防火墻確保數(shù)據(jù)的安全。

5.項目對時：本項目采用GPS與北斗兩種衛(wèi)星進行對時，保證了項目設(shè)備對時的準確性。對時裝置分別利用以太網(wǎng)連接入站控層交換機，從而完成對站控層監(jiān)控室裝置與遠動上傳裝置的對時，利用IRIG-B通過接線的方式對一次艙二次艙的保護裝置進行對時，保證設(shè)備時間的一致。

6.操作員兼五防工作站：配備了一套變電站綜合自動化系統(tǒng)軟件（Acrel-1000DP光伏監(jiān)控系統(tǒng)）在windows操作系統(tǒng)的環(huán)境下實現(xiàn)了對現(xiàn)場保護設(shè)備和儀表設(shè)備的數(shù)據(jù)監(jiān)視與管理，可以實時監(jiān)測分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的電壓、電流、功率等參數(shù)，可以通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。

監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

4.3 配置清單

4.4 現(xiàn)場應(yīng)用圖

5、 系統(tǒng)功能

5.1V電能質(zhì)量監(jiān)視

在電能質(zhì)量監(jiān)控圖中，可以直接查看電能質(zhì)量裝置的運行狀態(tài)、電流電壓總有效值、電壓波動、電壓總畸變、正反向有功電能、有功、無功功率等電能質(zhì)量信息?？梢愿鶕?jù)這些信息監(jiān)測現(xiàn)場電能的質(zhì)量，及時的做出應(yīng)對方案。

電能質(zhì)量監(jiān)視界面圖

5.2 網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線診斷設(shè)備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時能自動在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。

站內(nèi)設(shè)備系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

5.3曲線查詢

在曲線查詢界面可以直接查看各電參量曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等曲線。

曲線查詢界面圖

6、未來展望與挑戰(zhàn)

分布式光伏發(fā)電在全球能源結(jié)構(gòu)中的重要性將持續(xù)增長，特別是在實現(xiàn)“碳達峰”和“碳中和”目標的背景下，光伏發(fā)電技術(shù)必將發(fā)揮更為關(guān)鍵的作用。盡管分布式光伏系統(tǒng)在降低碳排放、提高能源效率等方面具有巨大潛力，但其大規(guī)模應(yīng)用依然面臨諸多挑戰(zhàn)。

首先，光伏發(fā)電的間歇性和波動性問題依然突出。隨著更多分布式光伏系統(tǒng)的接入，電網(wǎng)必須處理大量的不確定性，這給電網(wǎng)調(diào)度和穩(wěn)定性帶來了新的技術(shù)挑戰(zhàn)。其次，現(xiàn)有的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施在應(yīng)對高比例光伏發(fā)電時可能存在限制，特別是在低電壓配電網(wǎng)中，頻繁的電壓波動和電能質(zhì)量問題需要通過進一步優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)度算法來解決。

在技術(shù)層面，隨著物聯(lián)網(wǎng)、5G、人工智能等技術(shù)的快速發(fā)展，分布式光伏系統(tǒng)的管理和控制將變得更加智能和高效。未來，更多的電網(wǎng)調(diào)度將依賴于大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)，實現(xiàn)更為精準的發(fā)電量預(yù)測和負荷管理。此外，虛擬電廠和微電網(wǎng)的應(yīng)用也將進一步推動分布式光伏系統(tǒng)的靈活性和可靠性。

7、結(jié)論

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的規(guī)?；⒕W(wǎng)是實現(xiàn)清潔能源目標的重要手段之一。然而，隨著光伏發(fā)電規(guī)模的擴大，電網(wǎng)面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)也越來越多，包括電網(wǎng)穩(wěn)定性、功率平衡、信息集成和系統(tǒng)優(yōu)化等方面的難題。本文詳細分析了分布式光伏并網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，并結(jié)合磊蒙智能裝備有限公司的實際項目，展示了這些技術(shù)的應(yīng)用效果。

通過該案例可以看出，先進的逆變器控制、信息集成和智能調(diào)度系統(tǒng)對保證分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的高效運行起到了關(guān)鍵作用。未來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，分布式光伏系統(tǒng)將在全球能源轉(zhuǎn)型中發(fā)揮更加重要的作用。電力系統(tǒng)應(yīng)不斷優(yōu)化調(diào)度和控制技術(shù)，以應(yīng)對高比例光伏發(fā)電帶來的新挑戰(zhàn)，并實現(xiàn)更為安全、高效和穩(wěn)定的電力供應(yīng)。