CN106487093B - 面向配电网侧分布式光伏集成运行控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向配电网侧分布式光伏集成运行控制系统，包括控制层、接入层和终端层，各层之间通过通信网络连接；终端层包括分布式光伏控制器和各种配电终端；接入层包括并网接口设备和数据采集装置；控制层包括各种业务系统；分布式光伏控制器将发电数据上传至并网接口设备，数据采集装置采集各配电终端的相关数据信息，并网接口设备再将发电数据上传至控制层，数据采集装置再将各配电终端相关数据上传至控制层；控制层的各业务系统通过通信网络获取到发电数据以及配电终端的相关数据对分布式光伏发电系统进行集成控制以及运行状态进行监测，本发明为分布式光伏发电的友好接入电网提供了支撑，提高我国配电网接纳分布式光伏发电系统的能力。
Description
技术领域
本发明属于电网技术领域，尤其涉及一种面向配电网侧分布式光伏集成运行控制系统。
背景技术
目前，中东部分布式发展密集地区的分布式光伏片区已初具规模，部分地区已构成电网与光伏电站多源共网供电形势，新兴工业园区分布式光伏发电容量近年来逐年增加。但是，已经与电网并网的分布式发电均处于各自独立管理状态，配电网与分布式电源系统之间尚未进行有效地信息交互，分布式光伏发电本身的保护未与电网侧进行协同处理，使故障处理变得复杂,不利于配电网统筹管理和故障快速隔离。此外，还有部分分布式光伏发电仍处于自发自用阶段，尚未纳入电网的统一管理，迫切的需要掌握面向电网侧的分布式光伏集成运行控制技术,实现分布式光伏与电网的双向信息协同控制。
分布式光伏发电技术的发展意味着大量分布式电源将接入到配电系统,因此会对配电系统提出新的要求,尤其是在与配电网的协调运行控制方面，一方面，分布式光伏接入到配电系统中以后,配电网的潮流方向会发生明显改变,导致配电网的运行特性发生显著变化,这将导致传统的配电网控制策略、保护原理和配合整定方案不再适用。另一方面，目前配电网与分布式光伏在日常管理及事故处理时缺乏信息交互与协同，给分布式光伏和配电网的运维检修都带来困难，延迟了故障处置时间，影响了供电可靠性指标，甚至对配电网的安全生产带来不利影响。同时，受分布式光伏接入点的随机性及容量的不断提升，其对配电网运行的影响还处于不断变化之中。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种面向配电网的分布式光伏集成运行控制系统，立足配电网与分布式光伏的协同控制需要，该系统对大规模接入的分布式光伏进行有效监测，实现区域分布式光伏发电系统的集成运行控制、源网之间的信息交互与协调保护，实现含分布式光伏的配电网协同优化运行，为分布式光伏发电的友好接入电网提供技术支撑，提高我国配电网接纳分布式光伏发电系统的能力。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种面向配电网侧分布式光伏集成运行控制系统，包括控制层、接入层和终端层，各层之间通过通信网络连接；终端层包括分布式光伏控制器和各种配电终端；接入层包括并网接口设备和数据采集装置；控制层包括各种业务系统；分布式光伏控制器将发电数据上传至并网接口设备，数据采集装置采集各配电终端的相关数据信息，并网接口设备再将发电数据上传至控制层，数据采集装置再将各配电终端相关数据上传至控制层；控制层的各业务系统通过通信网络获取到发电数据以及配电终端的相关数据对分布式光伏发电系统进行集成控制以及运行状态进行监测。
进一步的，控制层各业务系统还能络通过通信网络实现配电网与分布式光伏发电系统之间的信息交互，并且通过从接入层获取到的数据分析实现对分布式光伏发电系统和配电网的协调保护。
进一步的，所述通信网络根据不同层之间的连接采取不同的连接方式，终端层的设备与接入层采用RS485电缆、光纤、GPRS网络连接；接入层与控制层采用光纤、以太网或GPRS网络连接。
进一步的，分布式光伏控制器通过RS485电缆、光纤、GPRS网络将发电数据上传至接入层的并网接口设备，各配电终端通过RS485电缆或GPRS网络将相关数据传输到数据采集装置。
进一步的，所述控制层包括用电采集系统、营销管理系统、生产管理系统、调度管理系统以及分布式电源管理系统。
进一步的，所述各种配电终端包括馈电终端以及配变终端。
一种面向配电网侧分布式光伏集成运行控制系统控制方法，其特征在于，包括：
分布式光伏发电运行监测与集成控制，具体如下：
1）监测分布式光伏发电系统运行状态，并将所有分布式光伏发电运行信息通过并网接口设备上传至电网；
2）电网调度系统根据控制需要通过并网接口设备向分布式光伏发电系统下达有功/无功控制指令；
3）并网接口设备根据电网调度指令，结合分布式光伏发电系统的功率预测值以及电网对于功率变化率的限制得到分布式光伏发电系统的功率设定值，将电网调度设定功率分配给各分布式光伏控制器；
4）由控制器调节各自发电功率到预设值以满足分布式光伏发电对于电网调度值的准确跟踪；
5）最后判断有功/无功控制是否结束，若未结束，则延时返回重新分配方案。
配电网与分布式光伏发电系统之间的信息交互，具体如下：
1）各分布式光伏发电系统通过RS485、光纤或GPRS网络将运行状态、并网点开关状态、并网点电压与频率、电能质量、上网电量、故障信息等信息上传至并网接口设备；
2）并网接口设备通过以太网或GPRS通信网络将采集到的所有分布式光伏发电信息上传至电网调度、营销、运检等管理系统中；
3）电网根据获取到的分布式光伏发电系统的数据信息，并结合电网各业务管理系统对分布式光伏运行控制需求，下发调度控制指令，进入到1)中所述的运行监测与集成控制流程。
配电网与分布式光伏发电系统之间的协调保护，具体如下：
1）配电网馈线终端实时检测本区域线路开关流过的电气量信息和并网接口设备的位置信息；并判断区域线路是否发生扰动，若无扰动发生，则返回继续检测；
2）若发生扰动，则检测判断流过该并网接口设备的线路短路电流是否越限，若未越限，返回继续检测；
3）若检测到短路电流越限，则需要检测判断短路功率方向，若功率方向为负，则判断是否与本区域上游功率方向一致，若不一致，则确定故障发生区域，若一致，则是非故障区域，返回继续检测；
4）若检测到功率方向为正，则判断是否与本区域下游功率方向一致，若不一致，则确定故障发生区域，若一致，则是非故障区域，返回继续检测；
5）确定故障发生区域后，并网接口设备接收到配电网馈线终端控制信息，立即跳闸，断开线路中的分布式光伏发电系统，隔离故障区域。
本发明的有益效果是：本发明能够根据接入的多点分布式光伏发电数据，实现区域内分布式光伏与配电网的信息联动与协同保护控制，充分保障大量分布式光伏接入及安全稳定运行，提升配电网供电可靠性及服务信息化水平。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明面向配电网侧分布式光伏集成运行控制系统的系统结构图；
图2为本发明中运行监测与集成控制流程图；
图3为本发明中配电网与分布式光伏发电系统之间的源网信息交互图；
图4为本发明中配电网与分布式光伏发电系统之间的协调保护流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明面向配电网侧分布式光伏集成运行控制系统能够实时采集各个分布式光伏发电并网点接入数据，并基于并网接口设备将配电网调度、营销、运检等业务系统的指令信息与分布式光伏运行控制信息进行双向联动，既能够开展二者之间合理有效的保护配合；又可以根据配电网调度控制需要对多个分布式光伏进行统一的有功、无功控制。
如图1-图4所示，一种面向配电网侧分布式光伏集成运行控制系统，分为三层，分别为控制层、接入层和终端层，各层之间通过通信网络连接。
a、终端层
终端层包含各分布式光伏控制器，以及各配电终端，如馈线终端FTU、配变终端TTU等。终端设备通过通信网络与接入层相连：各分布式光伏控制器通过RS485、光纤、GPRS网络将发电数据上传至接入层的并网接口设备，数据采集装置通过RS485/GPRS采集各配电终端的相关数据信息。
b、接入层
接入层包含并网接口设备、数据采集装置等各种并网设备。通过接入层的设备采集终端层各设备信息，并将数据信息上传至控制层，为各业务系统对分布式光伏发电系统的协同控制提供数据支撑。接入层设备通过光纤、以太网或GPRS通信网络与控制层系统相连。
b、控制层
控制层覆盖营销管理、用电采集、生产管理、调度管理、 分布式电源管理等各业务系统。各业务系统通过通信网络获取分布式光伏发电系统发电数据、配电终端控制数据，实现对区域内分布式光伏发电系统的运行监测与集成控制；通过内部通信网络实现配电网与分布式光伏发电系统之间的信息交互；通过上传的相关数据分析实现对分布式光伏发电系统和配电网的协调保护。
针对规模化接入电网的分布式光伏运行控制，面向配电网侧分布式光伏集成运行控制系统通过采集各分布式光伏发电系统控制器和配电终端的相关数据，经接入层的并网接口设备和数据采集装置，上传至配电自动化系统各业务系统中，供各业务系统对分布式光伏进行运行管理，实现对分布式光伏发电系统的运行监测与集成控制、源网信息交互与协调保护。具体内容如下：
A、分布式光伏发电运行监测与集成控制
分布式光伏运行监测与集成控制主要针对配电网对分布式光伏发电系统有功功率控制和无功支撑需求，基于并网接口设备提出分布式光伏的有功控制与无功分配流程：
（1）监测分布式光伏发电系统运行状态，并将所有分布式光伏发电运行信息通过并网接口设备上传至电网；
（2）电网调度系统根据控制需要通过并网接口设备向分布式光伏发电系统下达有功/无功控制指令；
（3）并网接口设备根据电网调度指令，结合分布式光伏发电系统的功率预测值以及电网对于功率变化率的限制得到分布式光伏发电系统的功率设定值，将电网调度设定功率分配给各分布式光伏控制器；
（4）由控制器调节各自发电功率到预设值以满足分布式光伏发电对于电网调度值的准确跟踪；
（5）最后判断有功/无功控制是否结束，若未结束，则延时返回重新分配方案。
B、配电网与分布式光伏发电系统之间的信息交互，具体如下：
（1）各分布式光伏发电系统通过RS485、光纤或GPRS网络将运行状态、并网点开关状态、并网点电压与频率、电能质量、上网电量、故障信息等信息上传至并网接口设备；
（2）并网接口设备通过以太网或GPRS通信网络将采集到的所有分布式光伏发电信息上传至电网调度、营销、运检等管理系统中；
（3）电网根据获取到的分布式光伏发电系统的数据信息，并结合电网各业务管理系统对分布式光伏运行控制需求，下发调度控制指令，进入到以上所述的运行监测与集成控制流程。
C、配电网与分布式光伏发电系统之间的协调保护
当含分布式光伏发电系统的配电网线路某一区域发生故障时，面向配电网侧分布式光伏集成运行控制系统将根据分布式光伏发电系统处安装的并网接口设备和配电网馈线终端采集的信息，隔离故障区域，协调保护线路安全，具体流程如下：
（1）配电网馈线终端实时检测本区域线路开关流过的电气量信息和并网接口设备的位置信息；并判断区域线路是否发生扰动，若无扰动发生，则返回继续检测；
（2）若发生扰动，则检测判断流过该并网接口设备的线路短路电流是否越限，若未越限，返回继续检测；
（3）若检测到短路电流越限，则需要检测判断短路功率方向，若功率方向为负，则判断是否与本区域上游功率方向一致，若不一致，则确定故障发生区域，若一致，则是非故障区域，返回继续检测；
（4）若检测到功率方向为正，则判断是否与本区域下游功率方向一致，若不一致，则确定故障发生区域，若一致，则是非故障区域，返回继续检测；
（5）确定故障发生区域后，并网接口设备接收到配电网馈线终端控制信息，立即跳闸，断开线路中的分布式光伏发电系统，隔离故障区域。
本发明从配电网侧对区域分布式光伏协同控制需求出发，开发了一种具备分布式光伏发电监测与集成控制、源网信息交互、协调保护控制等功能的面向配电网侧的分布式光伏集成运行控制系统，该系统能够根据接入的多点分布式光伏发电数据，实现区域内分布式光伏与配电网的信息联动与协同保护控制，充分保障大量分布式光伏接入及安全稳定运行，提升配电网供电可靠性及服务信息化水平。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种面向配电网侧分布式光伏集成运行控制系统控制方法，其特征在于，包括：
1）分布式光伏发电运行监测与集成控制；
2）配电网与分布式光伏发电系统之间的信息交互；
3）配电网与分布式光伏发电系统之间的协调保护，具体为：
3a）配电网馈线终端实时检测本区域线路开关流过的电气量信息和并网接口设备的位置信息；并判断区域线路是否发生扰动，若无扰动发生，则返回继续检测；
3b）若发生扰动，则检测判断流过该并网接口设备的线路短路电流是否越限，若未越限，返回继续检测；
3c）若检测到短路电流越限，则需要检测判断短路功率方向，若功率方向为负，则判断是否与本区域上游功率方向一致，若不一致，则确定故障发生区域，若一致，则是非故障区域，返回继续检测；
3d）若检测到功率方向为正，则判断是否与本区域下游功率方向一致，若不一致，则确定故障发生区域，若一致，则是非故障区域，返回继续检测；
3e）确定故障发生区域后，并网接口设备接收到配电网馈线终端控制信息，立即跳闸，断开线路中的分布式光伏发电系统，隔离故障区域。
2.根据权利要求1所述一种面向配电网侧分布式光伏集成运行控制系统控制方法，其特征在于,所述1）分布式光伏发电运行监测与集成控制具体为：
1a）监测分布式光伏发电系统运行状态，并将所有分布式光伏发电运行信息通过并网接口设备上传至电网调度系统；
1b）电网调度系统根据控制需要通过并网接口设备向分布式光伏发电系统下达电网调度指令；
1c）并网接口设备根据电网调度指令，结合分布式光伏发电系统的功率预测值以及电网对于功率变化率的限制得到分布式光伏发电系统的电网调度设定功率，将电网调度设定功率分配给各分布式光伏控制器；
1d）由分布式光伏控制器调节各自发电功率到电网调度设定功率以满足分布式光伏发电对于电网调度设定功率的准确跟踪；
1e）最后判断有功/无功控制是否结束，若未结束，则延时返回重新分配方案。
3.根据权利要求1所述一种面向配电网侧分布式光伏集成运行控制系统控制方法，其特征在于,所述2）配电网与分布式光伏发电系统之间的信息交互具体为：
2a）各分布式光伏发电系统通过RS485、光纤或GPRS网络将运行状态、并网点开关状态、并网点电压与频率、电能质量、上网电量、故障信息上传至并网接口设备；
2b）并网接口设备通过以太网或GPRS通信网络将采集到的所有分布式光伏发电信息上传至电网调度系统、营销管理系统、运检管理系统中；
2c）电网调度系统根据获取到的分布式光伏发电系统的数据信息，并结合电网各业务管理系统对分布式光伏运行控制需求，下发调度控制指令，进入到1)中所述的运行监测与集成控制流程。
4.根据权利要求1所述一种面向配电网侧分布式光伏集成运行控制系统控制方法，其特征在于，所述分布式光伏集成运行控制系统包括：控制层、接入层和终端层，各层之间通过通信网络连接；终端层包括分布式光伏控制器和各种配电终端；接入层包括并网接口设备和数据采集装置；控制层包括各种业务系统；分布式光伏控制器将发电数据上传至并网接口设备，数据采集装置采集各配电终端的相关数据信息，并网接口设备再将发电数据上传至控制层，数据采集装置再将各配电终端相关数据上传至控制层；控制层的各业务系统通过通信网络获取到发电数据以及配电终端的相关数据对分布式光伏发电系统进行集成控制以及运行状态进行监测。
5.根据权利要求4所述一种面向配电网侧分布式光伏集成运行控制系统控制方法，其特征在于，控制层各业务系统还能通过通信网络实现配电网与分布式光伏发电系统之间的信息交互，并且通过从接入层获取到的数据分析实现对分布式光伏发电系统和配电网的协调保护。
6.根据权利要求4所述一种面向配电网侧分布式光伏集成运行控制系统控制方法，其特征在于，所述通信网络根据不同层之间的连接采取不同的连接方式，终端层的设备与接入层采用RS485电缆、光纤或GPRS网络连接；接入层与控制层采用光纤、以太网或GPRS网络连接。
7.根据权利要求4所述一种面向配电网侧分布式光伏集成运行控制系统控制方法，其特征在于，分布式光伏控制器通过RS485电缆、光纤或GPRS网络将发电数据上传至接入层的并网接口设备，各配电终端通过RS485电缆或GPRS网络将相关数据传输到数据采集装置。
8.根据权利要求4所述一种面向配电网侧分布式光伏集成运行控制系统控制方法，其特征在于，所述控制层包括用电采集系统、营销管理系统、生产管理系统、电网调度系统以及分布式电源管理系统。
9.根据权利要求4所述一种面向配电网侧分布式光伏集成运行控制系统控制方法，其特征在于，所述各种配电终端包括馈电终端以及配变终端。
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