第七届电力工业节能减排学术研讨会论文集 153 分布式光伏电站的数据采集研究 许颖文，陆成 (泰州供电公司，江苏泰州225300) 摘要：近年来，并网太阳能光伏电站得到了迅速发展。由于现有电网主干部分大多成形，分布式光 伏电站接入较为普遍。大量的光伏电源接入电网后，将对配电网的电能质量产生一定的影响，因此需 要采集光伏电站的遥测、遥信数据。本文介绍了光伏电站的核心设备逆变器，并对分布式光伏电站的 数据采集进行了研究，重点讨论了各分布式光伏电站的逆变器利用ModbusTCP/IP规约将数据传送到 子站，再由子站将数据转发调度的方案。 关键词：光伏电站；分布式；逆变器；数据采集；Modbus 网智能化规划总报告》中，提出实现我国电网从 0引言 传统电网向高效、经济、清洁、互动的现代电网 随着并网光伏电站的迅速发展，如何将数据 的升级和跨越，积极促进清洁能源发展的目标。 采集到调度端成为一个研究课题。按照《国家电网 特别指出公司要深人开展风电、光伏发电监控及 公司光伏电站接入电网技术规定》(试行)中的相 并网控制等关键技术研究。在国家相关政策的鼓 关规定：对于大型或中型光伏电站，电能质量数 励下，接人公用电网（输电网或配电网）运行的光 据应能够远程传送到电网企业，保证电网企业对 伏电站，现在成为建设热点。 电能质量的监控。对于小型光伏电站，电能质量 1.2并网光伏系统介绍 数据应具备一年及以上的存储能力，必要时供电 光伏系统按与电力系统的关系，一般可分为 网企业调用。 离网光伏系统和并网光伏系统。离网光伏系统不 但是接人大量的分布式光伏电源将对配电网 与电力系统的电网相连，作为一种移动式电源， 的电能质量造成影响，调度人员需要实时监控光 主要用于给边远无电地区供电。光伏并网系统与 伏电站的相关信息，进行研究分析，以维护电网 电力系统的电网连接，作为电力系统中的一部分， 稳定运行。 可为电力系统提供有功和无功电能。现在，世界 光伏发电系统的主流应用方式是光伏并网发电方 1光伏并网发电技术的发展 式，即光伏系统通过并网逆变器与当地电网连 1.1太阳能及其光伏产业 接，通过电网将光伏系统所发的电能进行再分配。 太阳能光伏发电是太阳能利用的一种重要形 综合考虑不同电压等级电网的输配电容量、 式，是采用太阳电池将光能转换为电能的发电方 电能质量等技术要求，根据光伏电站接人电网的 式。由于不受能源资源、原材料和应用环境的限 电压等级，可分为小型、中型或大型光伏电站。 制，太阳能光伏发电具有广阔的发展前景，是各 小型光伏电站一接入电压等级为0.4kV低 国最着力发展的可再生能源技术之。欧洲联合 压电网的光伏电站。 研究中心对光伏发电的未来发展作出如下的预 中型光伏电站一接人电压等级为10~35kV 测：2020年太阳能发电的发电量将占世界总能源 电网的光伏电站。 需求的1%，2050年占20%，2100年则将超过50%。 大型光伏电站一接入电压等级为66kV及以 中国政府重视可再生能源的发展，2007年8 上电网的光伏电站。 月31日，国家发改委正式发布我国《可再生能源 一般而言，小于等于1MW的光伏发电厂多 中长期发展规划》，明确了到2020年我国光伏并 接人0.4kV配电网，大于1MW小于等于10MW 网发电的市场份额将达到1200MW。在《国家电 的光伏发电厂多接入10kV或35kV配电网，大 第七届电力工业节能减排学术研讨会论文集 154 于10MW小于等于50MW的光伏发电厂多接人 1.电缆借口 110kV输电网络，大于50MW的光伏发电厂将 2.PE母线 3.变压器 接于220kV或以上输电网络。 4.年 电缆夹柱 在城市中的光伏并网发电系统的并网点一般 5.交流主开关 6.辅助电压接口 在电网的配电侧（低压400V)，也称作分布式光伏 7.直流开关 8.光伏发电机接地 发电系统，其特点如下： （可选） 9.逆变器 (1)并网点在配电侧。 10.自动断路器 (2)电流是双向的，可以从配电网取电，也 11.数据度曲 12.控制器 可以向配电网送电。 13.通讯模块 14.供电设备 (3)大部分光伏电量直接被负载消耗，自发 15.绝缘监控设备(可 自用。 选） 16.钥匙操作控制电 (4)大部分安装在建筑物上，安装功率受建 压开关 17.辅助电压桥 筑物面积和并网点容量的限制，从1kW到数百 18.直流过压保护器 19.断路器 千瓦不等。 2光伏并网逆变器控制策略 图1PVmaster450逆变器内部结构 2.2 光伏并网逆变器的分类 逆变器交流侧按指令输出所需电压矢量，以此进 逆变器是光伏电站内将直流电变换成交流电 行逆变器并网电流控制。 的设备，是并网型光伏系统能量转换与控制的核 上述方法通过控制并网逆变器交流侧电压来 心。最大功率跟踪控制器、逆变器和控制器均属 间接控制输出电流矢量，因而称为间接电流控 于逆变器的一部分。 制。由于其存在明显不足，一般采用直接电流控 根据有无隔离变压器，光伏并网逆变器可分 制方案。 为隔离型和非隔离型。 直接电流控制方案依据系统动态数学模型，构 在隔离型逆变器并网系统中，变压器将电能 造了电流闭环控制系统，不仅提高了系统的动态 转化成磁能，再将磁能转化成电能，这一过程将 响应速度和输出电流的波形品质，同时也降低了 导致能量损耗。为了提高光伏并网系统的效率， 其对参数变化的敏感程度，提高了系统的鲁棒性。 可以采用无变压器的非隔离型光伏并网逆变器。 总之，根据矢量定向和控制变量的不同，并 2.2光伏并网逆变器的结构 网逆变器的控制策略可以归纳为如下4类： 图1为德国路斯特绿能公司的PVmaster450 (1)基于电压定向的矢量控制； 逆变器的内部结构。 (2)基于电压定向的直接功率控制； 通讯模块上有一个RJ45接口，可以将收集 (3)基于虚拟磁链定向的矢量控制； 到的每个太阳能电池组件的性能信息传输到连接 (4)基于虚拟磁链定向的直接功率控制。 的网络上，用户可以通过其特定的接口程序来查 3 分布式光伏电站数据采集 看连接的太阳能发电系统的性能。 该RJ45接口也支持Modbus规约，可以实现 3.1 并网光伏电站接入要求 数据远程传输。 按照相关规定，大中型光伏电站应配置远 2.3光伏并网逆变器控制策略介绍 动、数据网接入等设备将光伏电站内有关远动信 并网逆变器并网控制的基本原理可概括为： 息传送至县调/地调，并可转发至省调。光伏电站 首先根据并网控制给定的有功、无功功率指令以 接入110kV公用电网时，远动信息传输应具备 及电网电压失量，计算出所需的输出电流关量 主、备通道，主通道采用数据网方式，备用通道可 I*；再计算出并网逆变器交流侧输出的电压矢量 采用另一路数据网或点对点方式。大中型光伏电 U*，最后通过SPWM控制或SVPWM控制使并网 站数据采集方式如图2所示。 第七届电力工业节能减排学术研讨会论文集 155 3.3建立子站采集分布式光伏电站数据 当大量的分布式光伏电站接入电网时，可以 总控 采用建立子站系统集中采集各个分布式光伏电站 粘内交换机 数据。在光伏电站分布中心区域选中一个变电 站，在变电站内配置具备数据采集功能的子站， 通过光纤网络接收各分布式光伏电站的逆变器送 1 ★ 来的协议报文，并且转换为标准IEC104规约转 太阳电池方屏大有电话书件 A刚电池方 发地/县调，这样就顺利实现了不带总控单元的 图2大中型光伏光伏电站数据采集 小型光伏电站信号的采集，如图3所示。 正常运行情况下，光伏电站向电网调度机构 提供的信号至少应包括： (1)光伏电站并网状态、辐照度； 数账采集子站 (2)光伏电站有功和无功输出、发电量、功 率因数; 路由器 (3)并网点的电压和频率、注入电力系统的 电流； (4)变压器分接头档位、主断路器开关状态 等。 大阳电池方泽 太阳电池方 3.2 分布式光伏电站常用采集方案 图3分布式光伏光伏电站数据采集 我国并网光伏电站的建设尚处于试验示范阶 段，由于对分布式光伏电站没有提出明确方案， 上述方案仅需要从光伏电站建设通道线路到 造成分布式光伏电站数据上送调度中心主站没有 相邻的变电站，且不需要购买总控、数据网和二 明确规定。目前分布式光伏电站数据采集通常有 次安防设备，减少光伏电站的重复投资。调度自 三种方式： 动化系统前置机也仅需要和采集子站通信，而不 (1)分布式光伏电站数据不上送调度，保存 需要和大量的光伏电站规约转换装置通信，减轻 与逆变器的内存中。每月计量中心人员到配电房 了工作量，提高了系统安全性、稳定性。 抄录上网电表数据。这种方式减少了小型光伏电 4ModbusTCP/IP协议的研究和应用 站的建设成本，当光伏电站数量较少时对电网影 响不大，但是一旦光伏电站得到大规模的发展后 在建立的采集分布式光伏电站数据的子站系 则无法监控其的发电数据、电能质量，且人员维 统中，需要采用ModbusTCP/IP协议来远程采集 护成本较大。 各分布式光伏电站逆变器的信息。 (2)按照大中型光伏电站的要求配置远动、数 4.1ModbusTCP/IP协议介绍 据网接人等设备将光伏电站内有关远动信息传送 MODBUS协议是应用于电子控制器上的一 至县调/地调。这样调度可以收到所有光伏电站的 种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控 数据。但是由于每个分布式光伏电站都需要增加 制器经由网络(例如以太网)和其它设备之间可以 总控、二次安防护和路由器设备，并且要建设通 通信。它已经成为一种通用工业标准。有了它， 道线路连接至调度中心，大大增加了光伏电站的 不同厂商生产的控制设备可以连成工业