摘要

隨著全球對清潔能源的需求不斷增長，分布式光伏發電逐漸成為電力系統的重要組成部分。本文深入探討了分布式光伏規模化并網過程中面臨的主要技術挑戰，包括信息集成、逆變器控制、功率平衡、調度優化等核心技術，并結合磊蒙智能裝備有限公司的實際項目，展示了光伏并網技術的實際應用效果。通過對這些技術的詳細分析，本文旨在為未來分布式光伏規模化并網技術的發展提供理論基礎和技術支持。

關鍵詞：分布式光伏；規模化并網；信息集成；逆變器控制；調度優化；功率平衡

1、引言

光伏發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用。分布式光伏發電由于其安裝靈活、運行成本低、環境影響小等優勢，已經成為許多國家電力供應體系的重要組成部分。然而，隨著光伏發電規模的快速擴展，傳統電網正面臨巨大的挑戰，包括電網穩定性、調度靈活性以及電能質量等方面的問題。

分布式光伏系統的并網運行在技術和管理上具有高度復雜性，尤其在大規模并網時，不僅要求光伏發電系統能夠應對發電的間歇性和波動性，還要保證整個電網的穩定性和安全性。因此，深入探討分布式光伏發電規模化并網的關鍵技術以及面臨的挑戰，對實現光伏發電在未來電力系統中的廣泛應用具有重要意義。

2、分布式光伏發電的現狀

近年來，分布式光伏發電系統在全球范圍內得到了廣泛應用。根據國際能源署的數據顯示，光伏發電在全球的新增裝機容量中占據了相當大的比例。尤其是在中國，分布式光伏的應用呈現爆發式增長。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，我國分布式光伏發展伴隨微電網、聚合商、虛擬電廠、多能源系統、綜合能源服務等新理念、新技術呈多元化發展態勢，如下表所示，這些模式的共同特點是將并網電壓等級較低且偏向用戶側的分布式資源進行有效整合并參與系統運行和用戶交易。分布式光伏規模化并網將進一步推動上述運行模式應用與發展，新的運行模式也將不斷涌現，對電網的智能管控水平和接納能力提出更為迫切的要求。

1. 規模化并網趨勢：分布式光伏已逐步由過去的分散式并網轉向規模化并網模式。這一轉變在政策和市場的推動下加速，典型的應用包括整縣光伏開發和“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增加，尤其在中低壓配電網中占據主要比例。

2. 并網方式與運行模式多樣化：分布式光伏的并網方式包括集中式、分散式和規模化并網三種模式。在規模化并網中，光伏的接入位置通常為用戶側，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、虛擬電廠、綜合能源服務等創新形式。

3.關鍵技術挑戰

系統安全特性影響：隨著高比例分布式光伏接入，傳統電力系統的安全特性面臨挑戰，轉動慣量和調頻、調壓能力下降，系統安全穩定性降低。

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

電壓調節與有源配電網：分布式光伏的規模化并網使得配電網逐漸轉變為網格化、有源化的結構，電壓調節和功率控制變得更加復雜。

4.技術改進需求：為了應對分布式光伏的規模化并網帶來的挑戰，電網調度和控制技術亟需升級。通過信息集成、監測預測、平衡調度、聚合控制等技術的引入，系統調度運行可以更靈活、高效。

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

3、分布式光伏并網的關鍵技術

3.1 信息集成與實時監控

在分布式光伏系統的大規模并網過程中，實時信息的采集與傳輸是電網穩定運行的基礎。信息集成系統的主要任務是將光伏發電系統的各類運行數據整合到電網調度中心，以便實現實時監控和調度優化。

信息集成通常包括以下幾個層次：

現場設備層：通過智能傳感器、智能電表等設備，采集光伏系統的電壓、電流、功率等數據。

通信層：通過光纖、無線網絡或其他通信方式，將現場采集的數據傳輸至控制中心。

控制層：在電網調度中心，通過數據集成平臺，對光伏系統進行監控和調度，確保電力系統的安全穩定運行。

磊蒙智能裝備有限公司的光伏項目采用了基于Modbus485通信協議和IEC60303-3-103標準的數據傳輸技術，實現了從現場設備到監控中心的高速數據傳輸和信息共享。這種系統架構的優勢在于，能夠實時監控光伏發電系統的運行狀態，并根據電網負荷需求快速調整光伏系統的輸出，確保電網穩定性。

3.2 逆變器控制技術

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

逆變器控制技術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，以幫助電網維持電壓穩定。在高比例分布式光伏接入的情況下，逆變器的響應速度和控制精度至關重要。

3.3 功率平衡與調度

由于光伏發電的波動性和不確定性，如何保證發電與負荷之間的實時平衡成為電網運行的核心問題。傳統的電力系統依賴于集中式發電機組的功率調度，能夠通過靈活調度電廠來應對負荷的波動。然而，分布式光伏發電的接入使得這種調度模式變得更加復雜。一方面，分布式光伏發電系統的發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，由于光伏發電的輸出功率波動較大，電網在面對高比例光伏發電時，必須依賴更精確的預測和更靈活的調度機制。

功率平衡與調度的技術關鍵在于如何通過實時監控和預測算法，對光伏發電量和負荷進行精準的預測和動態調度。磊蒙智能裝備有限公司的光伏并網項目中，采用了基于大數據分析的實時調度系統，能夠根據電網負荷的變化，動態調整光伏系統的發電量，確保電力系統的功率平衡。

3.4 系統優化與負荷管理

系統優化是分布式光伏規模化并網的另一個關鍵技術環節。為了提高電力系統的運行效率，減少電能浪費，系統優化技術需要對光伏發電系統和用戶負荷進行全方位的管理和優化。

系統優化的核心目標是通過智能化手段，實時調整光伏發電系統的運行狀態，優化電力的分配和使用。在分布式光伏系統中，負荷管理是實現系統優化的關鍵之一。通過智能負荷管理系統，電網能夠根據電力供需情況，動態調整用戶的用電負荷，減少電網壓力，提升電力系統的穩定性和經濟性。

4、應用案例：磊蒙智能裝備有限公司光伏并網項目

磊蒙智能裝備有限公司作為國內智能制造領域的領先企業，近年來積極推動綠色能源的應用。為降低用電成本并減少對傳統能源的依賴，磊蒙公司在廠區的屋頂安裝了總容量為5.98MW的光伏發電系統，并通過的安科瑞Acrel-1000DP光伏監控系統對整個光伏發電系統進行智能化管理和實時監控。該項目通過采用全額上網模式，將光伏發電量全部并入電網，從而實現能源的高效利用，并為當地電網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項目的實施背景是為了響應國家清潔能源戰略，減少碳排放并降低用電成本。通過在廠區屋頂安裝光伏發電系統，公司能夠有效利用自然資源，同時實現能源自給和成本控制。該項目設計的目標不僅是滿足公司內部的用電需求，還包括將多余的電力輸送至公共電網，為區域能源結構優化做出貢獻。

4.2 項目概述

該項目采用“全額上網"模式，利用原有的電源點作為光伏高壓并網點并入電網端，并網點設置集電線路柜，站用變柜，SVG柜，PT柜，計量柜，并網出線柜。新增的光伏系統配置自動化系統，實時采集并網信息，信息上傳至當地調控中心DMS系統。光伏發電逆變器電源電壓，經室內升壓變升壓至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。

光伏電站一次系統圖

本項目modbus485和IEC60303-3-103相結合的方式對數據進行采集傳輸。現場設備層的四套并網逆變器、匯流箱、箱變測控裝置分別利用modbus485將數據傳輸到光伏發電單監控裝置，通過光纖將數據傳輸到網絡通訊層的縱向加密裝置，放置在二次艙的網絡通信柜中的通訊管理機、公用測控及電能質量柜中的測控裝置、電能質量裝置、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口全部連接到間隔層以太網交換機，再由以太網交換機傳輸到站控層交換機，由此完成數據從間隔層到站控層的傳輸。以下是該項目的一些關鍵技術亮點：

1.數據采集與傳輸：項目采用了基于Modbus485通信協議的多層次數據采集系統，通過智能傳感器和智能電表對光伏發電的電壓、電流、功率等數據進行實時采集，并通過光纖傳輸至Acrel光伏監控系統。這種數據采集和傳輸方案確保了數據傳輸的高效性和可靠性，能夠為電網調度提供實時信息。

2.遠程監控與控制：Acrel光伏監控系統通過可視化界面為用戶提供了遠程監控和控制功能。用戶可以在監控中心對光伏系統進行全程監控，實時查看發電量、負荷情況、設備運行狀態等信息。同時，系統支持遠程操作，如啟停逆變器、調整功率輸出等，確保系統能夠靈活應對不同的負荷需求。

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

4.兼容性與擴展性：Acrel光伏監控系統具備高度的兼容性，能夠支持多種品牌的逆變器、傳感器和監控設備。這種設計為系統后續的擴展和升級提供了便利，使用戶能夠根據未來的需求靈活擴展系統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、合隔離開關等確保了操作的安全性。項目還配備了光功率預測服務器，在數據的傳輸中加入防火墻確保數據的安全。

5.項目對時：本項目采用GPS與北斗兩種衛星進行對時，保證了項目設備對時的準確性。對時裝置分別利用以太網連接入站控層交換機，從而完成對站控層監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軟件（Acrel-1000DP光伏監控系統）在windows操作系統的環境下實現了對現場保護設備和儀表設備的數據監視與管理，可以實時監測分布式光伏發電系統的電壓、電流、功率等參數，可以通過網絡將數據傳輸到監控中心。

監控系統網絡結構圖

4.3 配置清單

4.4 現場應用圖

5、 系統功能

5.1V電能質量監視

在電能質量監控圖中，可以直接查看電能質量裝置的運行狀態、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、無功功率等電能質量信息。可以根據這些信息監測現場電能的質量，及時的做出應對方案。

電能質量監視界面圖

5.2 網絡拓撲圖

系統支持實時監視接入系統的各設備的通信狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構；可在線診斷設備通信狀態，發生網絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

站內設備系統網絡拓撲圖

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、功率因數等曲線。

曲線查詢界面圖

6、未來展望與挑戰

分布式光伏發電在全球能源結構中的重要性將持續增長，特別是在實現“碳達峰”和“碳中和”目標的背景下，光伏發電技術必將發揮更為關鍵的作用。盡管分布式光伏系統在降低碳排放、提高能源效率等方面具有巨大潛力，但其大規模應用依然面臨諸多挑戰。

首先，光伏發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的接入，電網必須處理大量的不確定性，這給電網調度和穩定性帶來了新的技術挑戰。其次，現有的電網基礎設施在應對高比例光伏發電時可能存在限制，特別是在低電壓配電網中，頻繁的電壓波動和電能質量問題需要通過進一步優化系統設計和調度算法來解決。

在技術層面，隨著物聯網、5G、人工智能等技術的快速發展，分布式光伏系統的管理和控制將變得更加智能和高效。未來，更多的電網調度將依賴于大數據分析和人工智能技術，實現更為精準的發電量預測和負荷管理。此外，虛擬電廠和微電網的應用也將進一步推動分布式光伏系統的靈活性和可靠性。

7、結論

分布式光伏發電系統的規模化并網是實現清潔能源目標的重要手段之一。然而，隨著光伏發電規模的擴大，電網面臨的技術挑戰也越來越多，包括電網穩定性、功率平衡、信息集成和系統優化等方面的難題。本文詳細分析了分布式光伏并網的關鍵技術，并結合磊蒙智能裝備有限公司的實際項目，展示了這些技術的應用效果。

通過該案例可以看出，先進的逆變器控制、信息集成和智能調度系統對保證分布式光伏發電系統的高效運行起到了關鍵作用。未來，隨著技術的不斷發展，分布式光伏系統將在全球能源轉型中發揮更加重要的作用。電力系統應不斷優化調度和控制技術，以應對高比例光伏發電帶來的新挑戰，并實現更為安全、高效和穩定的電力供應。