論壇 | 加快鄉(xiāng)村配電網(wǎng)現(xiàn)代化進(jìn)程
來(lái)源：中國(guó)電力報(bào) 時(shí)間：2023-10-25 13:54
當(dāng)前，低壓配電網(wǎng)保護(hù)與自動(dòng)化配置大多基于配電網(wǎng)潮流單向流動(dòng)這一假設(shè)。當(dāng)未來(lái)海量的分布式光伏并網(wǎng)時(shí)，將影響配電網(wǎng)的保護(hù)與自動(dòng)化正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致配電網(wǎng)自動(dòng)化投資失效，造成資產(chǎn)的浪費(fèi)，亦可造成電網(wǎng)公司的可靠性指標(biāo)下降，人畜觸電的風(fēng)險(xiǎn)上升，對(duì)于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成極大的負(fù)面影響。
運(yùn)行監(jiān)控方面，電網(wǎng)公司大部分營(yíng)銷系統(tǒng)當(dāng)前只有用電地址、客戶信息等數(shù)據(jù)，不能直接關(guān)聯(lián)公司資產(chǎn)，如10千伏線路、臺(tái)區(qū)等。一些并網(wǎng)運(yùn)行存在的重大問(wèn)題和隱患無(wú)法充分地被監(jiān)控，如變壓器反向功率過(guò)載及鐵芯飽和問(wèn)題；按照現(xiàn)有的網(wǎng)損、三相不平衡的計(jì)算方法，大量的臺(tái)區(qū)線損為負(fù)、三相不平衡計(jì)算結(jié)果為負(fù)，難以準(zhǔn)確反映網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的健康度；大量的分布式光伏數(shù)據(jù)無(wú)法及時(shí)錄入，實(shí)際光伏并網(wǎng)數(shù)量與系統(tǒng)錄入數(shù)量差距巨大等等。
其次，大量的分布式光伏接入后，配電網(wǎng)逐步由“無(wú)源網(wǎng)”發(fā)展為“有源網(wǎng)”，潮流特性分布發(fā)生根本性改變，中低壓配電網(wǎng)潮流局部甚至全部反向的情況越來(lái)越常見，部分10千伏線路甚至存在8個(gè)以上的電源點(diǎn)。在光伏出力大時(shí)，極有可能產(chǎn)生電壓越限的問(wèn)題，饋線末端造成過(guò)電壓。當(dāng)饋線末端過(guò)電壓現(xiàn)象較為嚴(yán)重時(shí)，會(huì)導(dǎo)致用戶的家用電器無(wú)法啟動(dòng)，甚至燒毀家用電器，致使用戶投訴量增加。此外，當(dāng)返送功率足夠大時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致變壓器過(guò)載現(xiàn)象，相同的重/過(guò)載程度，反向重載會(huì)比正向重載更容易增加配電變壓器的運(yùn)行鐵芯飽和，造成變壓器燒損的風(fēng)險(xiǎn)。
同時(shí)，近幾年新能源汽車占比持續(xù)走高，并且在政策的扶持下勢(shì)必進(jìn)一步增加，傳統(tǒng)的交流配電網(wǎng)將面臨大量電力電子器件與非線性負(fù)荷的接入，直流負(fù)荷占比將大幅增加，其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性將受到一定影響。電動(dòng)汽車通常在夜間或非高峰時(shí)段進(jìn)行充電，這意味著配電網(wǎng)在早晚可能會(huì)面臨較為兩極分化的直流負(fù)荷。同時(shí)，電動(dòng)汽車充電時(shí)需要消耗大量電能，可能造成配電網(wǎng)的電壓波動(dòng)，通過(guò)增加儲(chǔ)能設(shè)備、改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)將有助于增加電壓穩(wěn)定性。
基于上述背景，目前鄉(xiāng)鎮(zhèn)傳統(tǒng)交流臺(tái)區(qū)主要存在光伏無(wú)序盲目并網(wǎng)、多元化源荷消納困難、配電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)難以辨識(shí)管控的問(wèn)題。作為配電網(wǎng)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)之一，交直流混合配電網(wǎng)對(duì)于解決以上問(wèn)題有著出色的效果，相比于傳統(tǒng)的輻射狀交流配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，交直流混合配電網(wǎng)在原有交流線路附近并行建設(shè)直流線路，或?qū)⒁欢卧涣骶€路改造為直流線路，并通過(guò)能量路由器實(shí)現(xiàn)交流、直流側(cè)信息流和電能流的高度融合，利用直流配電靈活、損耗低的特性提高臺(tái)區(qū)對(duì)多元化源荷的消納能力。直流母線與交流母線的存在同時(shí)滿足了交流或者直流分布式發(fā)電與負(fù)荷的需求，減少了AC/DC或DC/AC變流環(huán)節(jié)，縮減了并網(wǎng)電力電子器件的使用，從而抑制了諧波。同時(shí)，通過(guò)能量路由器可以靈活地控制交流與直流間的功率流動(dòng)，從而將原先交流配網(wǎng)末端大量返送的光伏功率通過(guò)直流線路送至臺(tái)區(qū)首端或臨近臺(tái)區(qū)，實(shí)現(xiàn)了電能質(zhì)量問(wèn)題的治理。最后，研制出光伏臺(tái)區(qū)中的配變低壓側(cè)的智能邊緣裝置和分布式光伏側(cè)的智能光伏斷路器，結(jié)合建立省域數(shù)字化光伏臺(tái)區(qū)監(jiān)控平臺(tái)，通過(guò)數(shù)字化技術(shù)對(duì)臺(tái)區(qū)的電量、功率、三相電流、諧波、頻率等指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量、潮流流向以及拓?fù)洚悇?dòng)的感知與故障定位，以保證繼電保護(hù)設(shè)備的正確動(dòng)作。
目前，在南方電網(wǎng)貴州電力科學(xué)院的指導(dǎo)協(xié)助下，貴州安順紫云供電局與興義供電局分別在當(dāng)?shù)亻_展了現(xiàn)代農(nóng)村電網(wǎng)示范區(qū)與新型城鎮(zhèn)化配電網(wǎng)示范區(qū)建設(shè)。這些示范區(qū)采用了交直流混合配電網(wǎng)改造方案，通過(guò)實(shí)現(xiàn)光、儲(chǔ)、充、放在直流母線上的能源優(yōu)化配置與調(diào)控，形成了多層次、數(shù)字化的“新型智能化城鎮(zhèn)配電網(wǎng)+分布式光伏+電動(dòng)汽車”的電力體系。在這個(gè)電力體系中，現(xiàn)代農(nóng)村電網(wǎng)示范區(qū)主要關(guān)注農(nóng)村地區(qū)的電力供應(yīng)問(wèn)題。通過(guò)采用交直流混合配電網(wǎng)改造方案，實(shí)現(xiàn)了對(duì)太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源的高效利用，并將電能儲(chǔ)存起來(lái)以備不時(shí)之需。同時(shí)，該示范區(qū)還引入了電動(dòng)汽車充電設(shè)施，為新能源汽車的發(fā)展提供了便利條件。而新型城鎮(zhèn)化配電網(wǎng)示范區(qū)則更加注重城市地區(qū)的需求。通過(guò)在城市中建設(shè)分布式光伏電站和儲(chǔ)能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)城市用電需求的平衡和穩(wěn)定供應(yīng)。此外，該示范區(qū)還引入了智能電網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)監(jiān)測(cè)和控制電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了源網(wǎng)荷儲(chǔ)的協(xié)調(diào)互動(dòng)，為未來(lái)的需求側(cè)響應(yīng)服務(wù)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
通過(guò)建設(shè)省域光伏臺(tái)區(qū)數(shù)字化監(jiān)控體系架構(gòu)，示范區(qū)可實(shí)現(xiàn)：第一，臺(tái)區(qū)指標(biāo)綜合分析。通過(guò)列表和數(shù)字孿生技術(shù)展示臺(tái)區(qū)“站—線—變—戶”拓?fù)潢P(guān)系，應(yīng)用潮流指標(biāo)、負(fù)荷指標(biāo)、峰谷差指標(biāo)、電壓合格率指標(biāo)、負(fù)載率指標(biāo)、線損率指標(biāo)評(píng)估臺(tái)區(qū)健康程度，提供指標(biāo)明細(xì)分析。第二，光伏看板分析。呈現(xiàn)了光伏設(shè)備信息、臺(tái)區(qū)功率曲線、負(fù)載率等數(shù)據(jù)?？刹榭赐?fù)涫疽鈭D，監(jiān)控互濟(jì)設(shè)備和光伏控制器狀態(tài)，實(shí)時(shí)反饋光伏系統(tǒng)性能。提供綜合信息，助力運(yùn)維人員優(yōu)化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)的高效管理和運(yùn)行。第三，可開放容量分析。對(duì)電力系統(tǒng)潛在的可開放電力容量進(jìn)行分析和計(jì)算，以評(píng)估系統(tǒng)剩余容量，為新負(fù)荷接入和電力市場(chǎng)交易提供科學(xué)依據(jù)。通過(guò)該分析，可以更好地實(shí)現(xiàn)電力資源的利用和管理。
綜上所述，該示范區(qū)通過(guò)應(yīng)用交直流混配改造與數(shù)字化監(jiān)控體系，不僅提高了當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，也為當(dāng)?shù)鼐用裉峁┝烁颖憬莺涂煽康碾娏Ψ?wù)。同時(shí)，這些示范區(qū)的建設(shè)也為其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，推動(dòng)了鄉(xiāng)鎮(zhèn)低壓配電系統(tǒng)的現(xiàn)代化進(jìn)程。（作者張璐 系中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)副教授）
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校對(duì)：許艷
