摘要

随着全球对清洁能源的需求不断增长，分布式光伏发电逐渐成为电力系统的重要组成部分。本文深入探讨了分布式光伏规模化并网过程中面临的主要技术挑战，包括信息集成、逆变器控制、功率平衡、调度优化等核心技术，并结合磊蒙智能装备有限公司的实际项目，展示了光伏并网技术的实际应用效果。通过对这些技术的详细分析，本文旨在为未来分布式光伏规模化并网技术的发展提供理论基础和技术支持。

关键词：分布式光伏；规模化并网；信息集成；逆变器控制；调度优化；功率平衡

1、引言

光伏发电作为最具潜力的可再生能源之一，近年来得到了广泛的应用。分布式光伏发电由于其安装灵活、运行成本低、环境影响小等优势，已经成为许多国家电力供应体系的重要组成部分。然而，随着光伏发电规模的快速扩展，传统电网正面临巨大的挑战，包括电网稳定性、调度灵活性以及电能质量等方面的问题。

分布式光伏系统的并网运行在技术和管理上具有高度复杂性，尤其在大规模并网时，不仅要求光伏发电系统能够应对发电的间歇性和波动性，还要保证整个电网的稳定性和安全性。因此，深入探讨分布式光伏发电规模化并网的关键技术以及面临的挑战，对实现光伏发电在未来电力系统中的广泛应用具有重要意义。

2、分布式光伏发电的现状

近年来，分布式光伏发电系统在全球范围内得到了广泛应用。根据国际能源署的数据显示，光伏发电在全球的新增装机容量中占据了相当大的比例。尤其是在中国，分布式光伏的应用呈现爆发式增长。到2022年年底，中国的分布式光伏累计装机容量已达157.62GW，其中，分布式光伏电站的接入电压等级覆盖了从220V到35kV不等的范围。

在政策支持和市场激励下，我国分布式光伏发展伴随微电网、聚合商、虚拟电厂、多能源系统、综合能源服务等新理念、新技术呈多元化发展态势，如下表所示，这些模式的共同特点是将并网电压等级较低且偏向用户侧的分布式资源进行有效整合并参与系统运行和用户交易。分布式光伏规模化并网将进一步推动上述运行模式应用与发展，新的运行模式也将不断涌现，对电网的智能管控水平和接纳能力提出更为迫切的要求。

1. 规模化并网趋势：分布式光伏已逐步由过去的分散式并网转向规模化并网模式。这一转变在政策和市场的推动下加速，典型的应用包括整县光伏开发和“光伏+”综合利用模式。2021年，分布式光伏新增容量首次超过集中式光伏，且分布式光伏的装机容量占比持续增加，尤其在中低压配电网中占据主要比例。

2. 并网方式与运行模式多样化：分布式光伏的并网方式包括集中式、分散式和规模化并网三种模式。在规模化并网中，光伏的接入位置通常为用户侧，接入电压等级较低，具备较强的本地消纳特性。与此同时，分布式光伏的运行模式也逐渐多样化，包括微电网、虚拟电厂、综合能源服务等创新形式。

3.关键技术挑战

系统安全特性影响：随着高比例分布式光伏接入，传统电力系统的安全特性面临挑战，转动惯量和调频、调压能力下降，系统安全稳定性降低。

负荷波动：分布式光伏的发电波动性和随机性增加了系统的负荷管理难度，尤其在午间低谷时段和晚间高峰时段，容易出现电网不平衡现象。

电压调节与有源配电网：分布式光伏的规模化并网使得配电网逐渐转变为网格化、有源化的结构，电压调节和功率控制变得更加复杂。

4.技术改进需求：为了应对分布式光伏的规模化并网带来的挑战，电网调度和控制技术亟需升级。通过信息集成、监测预测、平衡调度、聚合控制等技术的引入，系统调度运行可以更灵活、高效。

5. 国外经验借鉴：一些国家已经积累了分布式光伏并网的先进经验。例如德国通过大力发展虚拟电厂和光伏储能技术，增强了电网的调控灵活性。澳大利亚则通过标准化的调控体系和虚拟电厂，成功应对了分布式光伏带来的电压波动和电网不稳定问题。

3、分布式光伏并网的关键技术

3.1 信息集成与实时监控

在分布式光伏系统的大规模并网过程中，实时信息的采集与传输是电网稳定运行的基础。信息集成系统的主要任务是将光伏发电系统的各类运行数据整合到电网调度中心，以便实现实时监控和调度优化。

信息集成通常包括以下几个层次：

现场设备层：通过智能传感器、智能电表等设备，采集光伏系统的电压、电流、功率等数据。

通信层：通过光纤、无线网络或其他通信方式，将现场采集的数据传输至控制中心。

控制层：在电网调度中心，通过数据集成平台，对光伏系统进行监控和调度，确保电力系统的安全稳定运行。

磊蒙智能装备有限公司的光伏项目采用了基于Modbus485通信协议和IEC60303-3-103标准的数据传输技术，实现了从现场设备到监控中心的高速数据传输和信息共享。这种系统架构的优势在于，能够实时监控光伏发电系统的运行状态，并根据电网负荷需求快速调整光伏系统的输出，确保电网稳定性。

3.2 逆变器控制技术

逆变器是分布式光伏系统的核心组件，其主要功能是将光伏组件产生的直流电转换为交流电，并确保电流、电压和频率与电网要求相匹配。逆变器不仅承担着电能转换的任务，还需要具备电流、电压的控制以及并网保护等功能。

逆变器控制技术的核心在于最大功率点追踪（MPPT），它能够确保光伏组件在不同光照条件下，始终输出最大功率。此外，逆变器还需要具备无功补偿功能，以帮助电网维持电压稳定。在高比例分布式光伏接入的情况下，逆变器的响应速度和控制精度至关重要。

3.3 功率平衡与调度

由于光伏发电的波动性和不确定性，如何保证发电与负荷之间的实时平衡成为电网运行的核心问题。传统的电力系统依赖于集中式发电机组的功率调度，能够通过灵活调度电厂来应对负荷的波动。然而，分布式光伏发电的接入使得这种调度模式变得更加复杂。一方面，分布式光伏发电系统的发电量高度依赖于气象条件，如光照强度、云层覆盖等，具有很强的随机性。另外，由于光伏发电的输出功率波动较大，电网在面对高比例光伏发电时，必须依赖更精确的预测和更灵活的调度机制。

功率平衡与调度的技术关键在于如何通过实时监控和预测算法，对光伏发电量和负荷进行精准的预测和动态调度。磊蒙智能装备有限公司的光伏并网项目中，采用了基于大数据分析的实时调度系统，能够根据电网负荷的变化，动态调整光伏系统的发电量，确保电力系统的功率平衡。

3.4 系统优化与负荷管理

系统优化是分布式光伏规模化并网的另一个关键技术环节。为了提高电力系统的运行效率，减少电能浪费，系统优化技术需要对光伏发电系统和用户负荷进行全方位的管理和优化。

系统优化的核心目标是通过智能化手段，实时调整光伏发电系统的运行状态，优化电力的分配和使用。在分布式光伏系统中，负荷管理是实现系统优化的关键之一。通过智能负荷管理系统，电网能够根据电力供需情况，动态调整用户的用电负荷，减少电网压力，提升电力系统的稳定性和经济性。

4、应用案例：磊蒙智能装备有限公司光伏并网项目

磊蒙智能装备有限公司作为国内智能制造领域的领先企业，近年来积极推动绿色能源的应用。为降低用电成本并减少对传统能源的依赖，磊蒙公司在厂区的屋顶安装了总容量为5.98MW的光伏发电系统，并通过的安科瑞Acrel-1000DP光伏监控系统对整个光伏发电系统进行智能化管理和实时监控。该项目通过采用全额上网模式，将光伏发电量全部并入电网，从而实现能源的高效利用，并为当地电网提供了额外的清洁电力支持。

4.1 项目背景

磊蒙智能装备有限公司光伏并网项目的实施背景是为了响应国家清洁能源战略，减少碳排放并降低用电成本。通过在厂区屋顶安装光伏发电系统，公司能够有效利用自然资源，同时实现能源自给和成本控制。该项目设计的目标不仅是满足公司内部的用电需求，还包括将多余的电力输送至公共电网，为区域能源结构优化做出贡献。

4.2 项目概述

该项目采用“全额上网"模式，利用原有的电源点作为光伏高压并网点并入电网端，并网点设置集电线路柜，站用变柜，SVG柜，PT柜，计量柜，并网出线柜。新增的光伏系统配置自动化系统，实时采集并网信息，信息上传至当地调控中心DMS系统。光伏发电逆变器电源电压，经室内升压变升压至10kV后,通过高压电缆接入新增的10kV光伏高压柜,并入原10kV市电高压柜。

光伏电站一次系统图

本项目modbus485和IEC60303-3-103相结合的方式对数据进行采集传输。现场设备层的四套并网逆变器、汇流箱、箱变测控装置分别利用modbus485将数据传输到光伏发电单监控装置，通过光纤将数据传输到网络通讯层的纵向加密装置，放置在二次舱的网络通信柜中的通讯管理机、公用测控及电能质量柜中的测控装置、电能质量装置、频率电压紧急控制柜的频率电压紧急控制装置利用网线连接到交换机，10kv就地分散保护装置主要布置在一次舱利用装置自身携带的网口全部连接到间隔层以太网交换机，再由以太网交换机传输到站控层交换机，由此完成数据从间隔层到站控层的传输。以下是该项目的一些关键技术亮点：

1.数据采集与传输：项目采用了基于Modbus485通信协议的多层次数据采集系统，通过智能传感器和智能电表对光伏发电的电压、电流、功率等数据进行实时采集，并通过光纤传输至Acrel光伏监控系统。这种数据采集和传输方案确保了数据传输的高效性和可靠性，能够为电网调度提供实时信息。

2.远程监控与控制：Acrel光伏监控系统通过可视化界面为用户提供了远程监控和控制功能。用户可以在监控中心对光伏系统进行全程监控，实时查看发电量、负荷情况、设备运行状态等信息。同时，系统支持远程操作，如启停逆变器、调整功率输出等，确保系统能够灵活应对不同的负荷需求。

3.智能化报警与保护：该项目设计了多重保护机制，以确保系统的安全稳定运行。当系统出现异常，如电压过高、过低或电流过载时，系统会自动触发报警机制，并通过监控平台向操作人员发出警告。同时，系统还能够自动切断光伏并网，防止故障对电网造成影响。

4.兼容性与扩展性：Acrel光伏监控系统具备高度的兼容性，能够支持多种品牌的逆变器、传感器和监控设备。这种设计为系统后续的扩展和升级提供了便利，使用户能够根据未来的需求灵活扩展系统容量或增加新的功能。配置五防工作站保证操作人员的人身的安全。防止在操作时电气误操作确保变电站的安全运行。包括防止误分、合断路器防止带负荷分、合隔离开关等确保了操作的安全性。项目还配备了光功率预测服务器，在数据的传输中加入防火墙确保数据的安全。

5.项目对时：本项目采用GPS与北斗两种卫星进行对时，保证了项目设备对时的准确性。对时装置分别利用以太网连接入站控层交换机，从而完成对站控层监控室装置与远动上传装置的对时，利用IRIG-B通过接线的方式对一次舱二次舱的保护装置进行对时，保证设备时间的一致。

6.操作员兼五防工作站：配备了一套变电站综合自动化系统软件（Acrel-1000DP光伏监控系统）在windows操作系统的环境下实现了对现场保护设备和仪表设备的数据监视与管理，可以实时监测分布式光伏发电系统的电压、电流、功率等参数，可以通过网络将数据传输到监控中心。

监控系统网络结构图

4.3 配置清单

4.4 现场应用图

5、 系统功能

5.1V电能质量监视

在电能质量监控图中，可以直接查看电能质量装置的运行状态、电流电压总有效值、电压波动、电压总畸变、正反向有功电能、有功、无功功率等电能质量信息。可以根据这些信息监测现场电能的质量，及时的做出应对方案。

电能质量监视界面图

5.2 网络拓扑图

系统支持实时监视接入系统的各设备的通信状态，能够完整的显示整个系统网络结构；可在线诊断设备通信状态，发生网络异常时能自动在界面上显示故障设备或元件及其故障部位。

站内设备系统网络拓扑图

5.3曲线查询

在曲线查询界面可以直接查看各电参量曲线，包括三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因数等曲线。

曲线查询界面图

6、未来展望与挑战

分布式光伏发电在全球能源结构中的重要性将持续增长，特别是在实现“碳达峰”和“碳中和”目标的背景下，光伏发电技术必将发挥更为关键的作用。尽管分布式光伏系统在降低碳排放、提高能源效率等方面具有巨大潜力，但其大规模应用依然面临诸多挑战。

首先，光伏发电的间歇性和波动性问题依然突出。随着更多分布式光伏系统的接入，电网必须处理大量的不确定性，这给电网调度和稳定性带来了新的技术挑战。其次，现有的电网基础设施在应对高比例光伏发电时可能存在限制，特别是在低电压配电网中，频繁的电压波动和电能质量问题需要通过进一步优化系统设计和调度算法来解决。

在技术层面，随着物联网、5G、人工智能等技术的快速发展，分布式光伏系统的管理和控制将变得更加智能和高效。未来，更多的电网调度将依赖于大数据分析和人工智能技术，实现更为精准的发电量预测和负荷管理。此外，虚拟电厂和微电网的应用也将进一步推动分布式光伏系统的灵活性和可靠性。

7、结论

分布式光伏发电系统的规模化并网是实现清洁能源目标的重要手段之一。然而，随着光伏发电规模的扩大，电网面临的技术挑战也越来越多，包括电网稳定性、功率平衡、信息集成和系统优化等方面的难题。本文详细分析了分布式光伏并网的关键技术，并结合磊蒙智能装备有限公司的实际项目，展示了这些技术的应用效果。

通过该案例可以看出，先进的逆变器控制、信息集成和智能调度系统对保证分布式光伏发电系统的高效运行起到了关键作用。未来，随着技术的不断发展，分布式光伏系统将在全球能源转型中发挥更加重要的作用。电力系统应不断优化调度和控制技术，以应对高比例光伏发电带来的新挑战，并实现更为安全、高效和稳定的电力供应。