論壇 | 加快鄉村配電網現代化進程
來源：中國電力報 時間：2023-10-25 13:54
當前，低壓配電網保護與自動化配置大多基于配電網潮流單向流動這一假設。當未來海量的分布式光伏并網時，將影響配電網的保護與自動化正常運行，嚴重時將導致配電網自動化投資失效，造成資產的浪費，亦可造成電網公司的可靠性指標下降，人畜觸電的風險上升，對于電網的安全穩定運行造成極大的負面影響。
運行監控方面，電網公司大部分營銷系統當前只有用電地址、客戶信息等數據，不能直接關聯公司資產，如10千伏線路、臺區等。一些并網運行存在的重大問題和隱患無法充分地被監控，如變壓器反向功率過載及鐵芯飽和問題；按照現有的網損、三相不平衡的計算方法，大量的臺區線損為負、三相不平衡計算結果為負，難以準確反映網絡運行的健康度；大量的分布式光伏數據無法及時錄入，實際光伏并網數量與系統錄入數量差距巨大等等。
其次，大量的分布式光伏接入后，配電網逐步由“無源網”發展為“有源網”，潮流特性分布發生根本性改變，中低壓配電網潮流局部甚至全部反向的情況越來越常見，部分10千伏線路甚至存在8個以上的電源點。在光伏出力大時，極有可能產生電壓越限的問題，饋線末端造成過電壓。當饋線末端過電壓現象較為嚴重時，會導致用戶的家用電器無法啟動，甚至燒毀家用電器，致使用戶投訴量增加。此外，當返送功率足夠大時，還會導致變壓器過載現象，相同的重/過載程度，反向重載會比正向重載更容易增加配電變壓器的運行鐵芯飽和，造成變壓器燒損的風險。
同時，近幾年新能源汽車占比持續走高，并且在政策的扶持下勢必進一步增加，傳統的交流配電網將面臨大量電力電子器件與非線性負荷的接入，直流負荷占比將大幅增加，其運行經濟性、穩定性將受到一定影響。電動汽車通常在夜間或非高峰時段進行充電，這意味著配電網在早晚可能會面臨較為兩極分化的直流負荷。同時，電動汽車充電時需要消耗大量電能，可能造成配電網的電壓波動，通過增加儲能設備、改善電網結構將有助于增加電壓穩定性。
基于上述背景，目前鄉鎮傳統交流臺區主要存在光伏無序盲目并網、多元化源荷消納困難、配電網風險難以辨識管控的問題。作為配電網未來發展趨勢之一，交直流混合配電網對于解決以上問題有著出色的效果，相比于傳統的輻射狀交流配電網結構，交直流混合配電網在原有交流線路附近并行建設直流線路，或將一段原交流線路改造為直流線路，并通過能量路由器實現交流、直流側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區對多元化源荷的消納能力。直流母線與交流母線的存在同時滿足了交流或者直流分布式發電與負荷的需求，減少了AC/DC或DC/AC變流環節，縮減了并網電力電子器件的使用，從而抑制了諧波。同時，通過能量路由器可以靈活地控制交流與直流間的功率流動，從而將原先交流配網末端大量返送的光伏功率通過直流線路送至臺區首端或臨近臺區，實現了電能質量問題的治理。最后，研制出光伏臺區中的配變低壓側的智能邊緣裝置和分布式光伏側的智能光伏斷路器，結合建立省域數字化光伏臺區監控平臺，通過數字化技術對臺區的電量、功率、三相電流、諧波、頻率等指標進行實時監控，實現電能質量、潮流流向以及拓撲異動的感知與故障定位，以保證繼電保護設備的正確動作。
目前，在南方電網貴州電力科學院的指導協助下，貴州安順紫云供電局與興義供電局分別在當地開展了現代農村電網示范區與新型城鎮化配電網示范區建設。這些示范區采用了交直流混合配電網改造方案，通過實現光、儲、充、放在直流母線上的能源優化配置與調控，形成了多層次、數字化的“新型智能化城鎮配電網+分布式光伏+電動汽車”的電力體系。在這個電力體系中，現代農村電網示范區主要關注農村地區的電力供應問題。通過采用交直流混合配電網改造方案，實現了對太陽能、風能等可再生能源的高效利用，并將電能儲存起來以備不時之需。同時，該示范區還引入了電動汽車充電設施，為新能源汽車的發展提供了便利條件。而新型城鎮化配電網示范區則更加注重城市地區的需求。通過在城市中建設分布式光伏電站和儲能系統，實現了對城市用電需求的平衡和穩定供應。此外，該示范區還引入了智能電網技術，通過監測和控制電力系統的運行狀態，實現了源網荷儲的協調互動，為未來的需求側響應服務提供了技術基礎。
通過建設省域光伏臺區數字化監控體系架構，示范區可實現：第一，臺區指標綜合分析。通過列表和數字孿生技術展示臺區“站—線—變—戶”拓撲關系，應用潮流指標、負荷指標、峰谷差指標、電壓合格率指標、負載率指標、線損率指標評估臺區健康程度，提供指標明細分析。第二，光伏看板分析。呈現了光伏設備信息、臺區功率曲線、負載率等數據。可查看拓撲示意圖，監控互濟設備和光伏控制器狀態，實時反饋光伏系統性能。提供綜合信息，助力運維人員優化調整，實現光伏發電系統的高效管理和運行。第三，可開放容量分析。對電力系統潛在的可開放電力容量進行分析和計算，以評估系統剩余容量，為新負荷接入和電力市場交易提供科學依據。通過該分析，可以更好地實現電力資源的利用和管理。
綜上所述，該示范區通過應用交直流混配改造與數字化監控體系，不僅提高了當地電力系統的穩定性和可靠性，也為當地居民提供了更加便捷和可靠的電力服務。同時，這些示范區的建設也為其他鄉鎮地區提供了可借鑒的經驗和技術，推動了鄉鎮低壓配電系統的現代化進程。（作者張璐 系中國農業大學副教授）
責任編輯：江蓬新
校對：許艷
