论坛 | 加快乡村配电网现代化进程

来源：中国电力报 时间：2023-10-25 13:54

　　当前，低压配电网保护与自动化配置大多基于配电网潮流单向流动这一假设。当未来海量的分布式光伏并网时，将影响配电网的保护与自动化正常运行，严重时将导致配电网自动化投资失效，造成资产的浪费，亦可造成电网公司的可靠性指标下降，人畜触电的风险上升，对于电网的安全稳定运行造成极大的负面影响。

　　运行监控方面，电网公司大部分营销系统当前只有用电地址、客户信息等数据，不能直接关联公司资产，如10千伏线路、台区等。一些并网运行存在的重大问题和隐患无法充分地被监控，如变压器反向功率过载及铁芯饱和问题；按照现有的网损、三相不平衡的计算方法，大量的台区线损为负、三相不平衡计算结果为负，难以准确反映网络运行的健康度；大量的分布式光伏数据无法及时录入，实际光伏并网数量与系统录入数量差距巨大等等。

　　其次，大量的分布式光伏接入后，配电网逐步由“无源网”发展为“有源网”，潮流特性分布发生根本性改变，中低压配电网潮流局部甚至全部反向的情况越来越常见，部分10千伏线路甚至存在8个以上的电源点。在光伏出力大时，极有可能产生电压越限的问题，馈线末端造成过电压。当馈线末端过电压现象较为严重时，会导致用户的家用电器无法启动，甚至烧毁家用电器，致使用户投诉量增加。此外，当返送功率足够大时，还会导致变压器过载现象，相同的重/过载程度，反向重载会比正向重载更容易增加配电变压器的运行铁芯饱和，造成变压器烧损的风险。

　　同时，近几年新能源汽车占比持续走高，并且在政策的扶持下势必进一步增加，传统的交流配电网将面临大量电力电子器件与非线性负荷的接入，直流负荷占比将大幅增加，其运行经济性、稳定性将受到一定影响。电动汽车通常在夜间或非高峰时段进行充电，这意味着配电网在早晚可能会面临较为两极分化的直流负荷。同时，电动汽车充电时需要消耗大量电能，可能造成配电网的电压波动，通过增加储能设备、改善电网结构将有助于增加电压稳定性。

　　基于上述背景，目前乡镇传统交流台区主要存在光伏无序盲目并网、多元化源荷消纳困难、配电网风险难以辨识管控的问题。作为配电网未来发展趋势之一，交直流混合配电网对于解决以上问题有着出色的效果，相比于传统的辐射状交流配电网结构，交直流混合配电网在原有交流线路附近并行建设直流线路，或将一段原交流线路改造为直流线路，并通过能量路由器实现交流、直流侧信息流和电能流的高度融合，利用直流配电灵活、损耗低的特性提高台区对多元化源荷的消纳能力。直流母线与交流母线的存在同时满足了交流或者直流分布式发电与负荷的需求，减少了AC/DC或DC/AC变流环节，缩减了并网电力电子器件的使用，从而抑制了谐波。同时，通过能量路由器可以灵活地控制交流与直流间的功率流动，从而将原先交流配网末端大量返送的光伏功率通过直流线路送至台区首端或临近台区，实现了电能质量问题的治理。最后，研制出光伏台区中的配变低压侧的智能边缘装置和分布式光伏侧的智能光伏断路器，结合建立省域数字化光伏台区监控平台，通过数字化技术对台区的电量、功率、三相电流、谐波、频率等指标进行实时监控，实现电能质量、潮流流向以及拓扑异动的感知与故障定位，以保证继电保护设备的正确动作。

　　目前，在南方电网贵州电力科学院的指导协助下，贵州安顺紫云供电局与兴义供电局分别在当地开展了现代农村电网示范区与新型城镇化配电网示范区建设。这些示范区采用了交直流混合配电网改造方案，通过实现光、储、充、放在直流母线上的能源优化配置与调控，形成了多层次、数字化的“新型智能化城镇配电网+分布式光伏+电动汽车”的电力体系。在这个电力体系中，现代农村电网示范区主要关注农村地区的电力供应问题。通过采用交直流混合配电网改造方案，实现了对太阳能、风能等可再生能源的高效利用，并将电能储存起来以备不时之需。同时，该示范区还引入了电动汽车充电设施，为新能源汽车的发展提供了便利条件。而新型城镇化配电网示范区则更加注重城市地区的需求。通过在城市中建设分布式光伏电站和储能系统，实现了对城市用电需求的平衡和稳定供应。此外，该示范区还引入了智能电网技术，通过监测和控制电力系统的运行状态，实现了源网荷储的协调互动，为未来的需求侧响应服务提供了技术基础。

　　通过建设省域光伏台区数字化监控体系架构，示范区可实现：第一，台区指标综合分析。通过列表和数字孪生技术展示台区“站—线—变—户”拓扑关系，应用潮流指标、负荷指标、峰谷差指标、电压合格率指标、负载率指标、线损率指标评估台区健康程度，提供指标明细分析。第二，光伏看板分析。呈现了光伏设备信息、台区功率曲线、负载率等数据。可查看拓扑示意图，监控互济设备和光伏控制器状态，实时反馈光伏系统性能。提供综合信息，助力运维人员优化调整，实现光伏发电系统的高效管理和运行。第三，可开放容量分析。对电力系统潜在的可开放电力容量进行分析和计算，以评估系统剩余容量，为新负荷接入和电力市场交易提供科学依据。通过该分析，可以更好地实现电力资源的利用和管理。

　　综上所述，该示范区通过应用交直流混配改造与数字化监控体系，不仅提高了当地电力系统的稳定性和可靠性，也为当地居民提供了更加便捷和可靠的电力服务。同时，这些示范区的建设也为其他乡镇地区提供了可借鉴的经验和技术，推动了乡镇低压配电系统的现代化进程。（作者张璐 系中国农业大学副教授）

　　责任编辑：江蓬新

　　校对：许艳