因地制宜 科學打造羊場鄉(xiāng)“柔性配網(wǎng)示范區(qū)”

■ 本刊編輯部 耿立宏 馮義華

南方電網(wǎng)公司戰(zhàn)略規(guī)劃部 黃震宇

貴州電網(wǎng)有限責任公司戰(zhàn)略規(guī)劃部 賀紅艷

貴州省盤州市羊場鄉(xiāng)納木村是國家美麗鄉(xiāng)村、省級文明示范村、中國少數(shù)民族特色村寨，居住著布依族、白族、苗族、彝族、漢族等多個民族，少數(shù)民族占全村人口的2/3，全村共有3 520 人，有10 個自然村寨，轄16 個村民組。羊場鄉(xiāng)全年綠色資源豐富，擁有近千個分布式電源，包括扶貧光伏、小水電等。目前納木村關(guān)莊新村臺區(qū)（315 千伏·安）用電居民81 戶，用戶光伏發(fā)電量216 千瓦·時；橋孔2號臺區(qū)（50 千伏·安）用電居民25 戶，用戶光伏發(fā)電量30 千瓦·時；光伏車棚的光伏板57 塊，其光伏發(fā)電量30千瓦時。據(jù)介紹，由于農(nóng)村地區(qū)負荷具有“季節(jié)性+遷移性”特征，電網(wǎng)投資和設(shè)備利用率間難以平衡；豐富的屋頂資源吸引分布式光伏大量接入電網(wǎng)，但清潔能源消納需求與薄弱網(wǎng)架結(jié)構(gòu)間難以平衡；農(nóng)村電能替代爆發(fā)式增長，依靠電能助力產(chǎn)業(yè)升級轉(zhuǎn)型需求旺盛，但電網(wǎng)供電可靠性提升和投資受限難以平衡。針對以上問題，在南方電網(wǎng)貴州電網(wǎng)公司的統(tǒng)一部署和精心指導下，貴州電網(wǎng)公司六盤水供電局與電科院于2022 年啟動六盤水羊場鄉(xiāng)納木村分布式智能電網(wǎng)示范區(qū)項目建設(shè)，2022 年投入800 萬元、2023年投入500 萬元，累計總投入1 300 萬元。

據(jù)介紹，貴州電網(wǎng)公司采取“柔性互聯(lián)交直流混聯(lián)微網(wǎng)建設(shè)”的建設(shè)思路，通過南方電網(wǎng)4 項重點科技項目和貴州省1 項科技支撐計劃項目，助力“分布式智能電網(wǎng)”在盤州羊場鄉(xiāng)落地示范，并將盤州羊場鄉(xiāng)確認為南方電網(wǎng)“柔性配網(wǎng)示范區(qū)”，將試點運用交直流共桿架設(shè)、臺區(qū)互濟、“分布式光伏+儲能新技術(shù)”，以及確立含高比例光伏配電網(wǎng)自動化技術(shù)，重點解決電能質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)損耗、故障隔離、分布式臺區(qū)管控等問題，大幅提升低壓配網(wǎng)的靈活可控能力、潮流交互能力和農(nóng)村電網(wǎng)的電壓合格率，最終建成柔性交直流互聯(lián)鄉(xiāng)村智能微電網(wǎng)。

科學論證 破解難題 建設(shè)“柔性配網(wǎng)示范區(qū)”

貴州電網(wǎng)公司三級領(lǐng)軍專業(yè)技術(shù)專家蔡永翔博士介紹，通過多次深入貴州省盤州市羊場鄉(xiāng)開展實地調(diào)研。在與當?shù)卮迕裼H切交流溝通中，得知了數(shù)千戶農(nóng)村屋頂光伏用戶的用電情況以及存在的并網(wǎng)問題:（1）電壓越限問題突出。在光伏大出力時，極有可能產(chǎn)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(xiàn)象較為嚴重時，會導致用戶的家用電器無法啟動，從而導致用戶用電體驗降低，甚至燒毀家用電器，甚至可能導致用戶頻繁投訴。（2）變壓器過載燒損。當返送功率足夠大時，還會導致變壓器過載現(xiàn)象，相同的重過載程度，但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，造成變壓器燒損的問題。（3）三相不平衡問題突出。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研，屋頂光伏平均容量3～5千瓦占絕大多數(shù)，采用單相并網(wǎng)，并網(wǎng)位置和容量隨機性較大，加之光伏的間歇性、隨機性和波動性，三相不平衡問題極為突出。如，盤州羊場鄉(xiāng)示范區(qū)光伏臺區(qū)平均三相不平衡率為396.6%，三相不平衡率較為嚴重的的光伏臺區(qū)有12 個。

針對存在的問題和難點，貴州電網(wǎng)公司認真貫徹中央“發(fā)展分布式智能電網(wǎng)”的思路，通過科學論證和工程實踐，堅持科技創(chuàng)新服務(wù)生產(chǎn)實際，在建設(shè)過程中先后采取交直流網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、配電臺區(qū)主動支撐、分布式能源數(shù)字化技術(shù)，構(gòu)建起了綠色可靠供用電體系。

交直流網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

據(jù)介紹，在保留現(xiàn)有交流網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和用電形式不變的情況下，將直流網(wǎng)絡(luò)嵌入現(xiàn)有交流臺區(qū)的首末兩端，實現(xiàn)交流直流的同通道架設(shè)，實現(xiàn)不新增低壓配電通道的情況下，對現(xiàn)有交流通道進行擴容，首尾兩端的換流裝置可以同步參與交、直流電網(wǎng)潮流的優(yōu)化與調(diào)節(jié)，實現(xiàn)電壓控制、三相不平衡調(diào)節(jié)及網(wǎng)損優(yōu)化的功能。此外，將兩交流臺區(qū)通過交直流裝置進行互聯(lián)，實現(xiàn)臺區(qū)的功率互濟，平衡不同臺區(qū)的變壓器負載率，進而優(yōu)化臺區(qū)運行條件，提高設(shè)備的利用率。以上兩種交直流網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的直流線路部分支持分布式光伏與充電樁的直接直流并網(wǎng)。

交直流網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對于提高非化石能源的消費比重有較大優(yōu)勢。交直流網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)利于將有功無功的調(diào)節(jié)責任從用戶轉(zhuǎn)移到電網(wǎng)公司，增強電網(wǎng)對于交、直流潮流的調(diào)節(jié)控制能力，具備對交流電網(wǎng)的電能質(zhì)量治理功能（如高低電壓控制、三相不平衡調(diào)節(jié)以及無功補償?shù)龋唤恢绷鬈浉綦x狀態(tài)避免光伏問題從直流轉(zhuǎn)移到交流，不影響現(xiàn)有用戶用電。由于不需要新架設(shè)新通道，對臺區(qū)改造的成本大大降低，通常情況下改造成本較傳統(tǒng)交流改造可降低50%～80%。

配電臺區(qū)主動支撐

羊場鄉(xiāng)納木村屋頂光伏全貌

主動支撐旨在利用構(gòu)網(wǎng)裝置和少量儲能來解決分布式清潔能源的消納和臺區(qū)復電問題。受地理條件、基礎(chǔ)設(shè)施和地質(zhì)災(zāi)害的影響，傳統(tǒng)山區(qū)電網(wǎng)可靠性問題突出，基層工作人員復電壓力極大，新建一個微電網(wǎng)投資較大。為了解決這些問題，貴州電網(wǎng)探索研制構(gòu)網(wǎng)型儲能換流器（PCS），將分布式光伏這一消納負擔轉(zhuǎn)換為調(diào)節(jié)資源。通過充分利用構(gòu)網(wǎng)型PCS 的功率、電壓平衡能力，實現(xiàn)基于分布式光伏返送電能和儲能充放電的臺區(qū)主動支撐，同時具備削峰填谷以及靈活調(diào)節(jié)能力，明顯降低微電網(wǎng)的建設(shè)成本，緩解10 千伏電網(wǎng)的復電壓力和投資壓力。

分布式能源數(shù)字化技術(shù)

分布式能源數(shù)字化技術(shù)旨在構(gòu)建一套以數(shù)字為尺的綠色低碳價值體系，形成“數(shù)字-能量-碳排放”的立體價值標簽，引導清潔能源有序并網(wǎng)，形成能源低碳流，促進低碳節(jié)能與收益、效率形成強相關(guān)。包括:（1）構(gòu)建省域分布式光伏監(jiān)控平臺，支撐對全省分布式光伏的風險監(jiān)測、智能評估和并網(wǎng)規(guī)劃。（2）研制基于全國產(chǎn)“伏羲”芯片新能源測控終端和智能光伏斷路器，支撐臺區(qū)新能源并網(wǎng)信息同步、邊緣計算、本地控制、拓撲識別、潮流分析及智能保護等功能。（3）構(gòu)建“云平臺—智能測控終端—系列端設(shè)備”分層數(shù)字化體系，實現(xiàn)省域分布式光伏監(jiān)控平臺支持分布式光伏臺區(qū)風險監(jiān)測、智能評估和并網(wǎng)規(guī)劃；新能源測控終端和智能光伏斷路器，實現(xiàn)信息同步、邊緣計算、本地控制等功能；通過協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，實現(xiàn)對分布式清潔能源的通信和柔性調(diào)節(jié)。

“云平臺—測控終端—系列端設(shè)備”系列分布式能源數(shù)字化技術(shù)，實現(xiàn)了對全省分布式光伏的風險監(jiān)測、智能評估和并網(wǎng)規(guī)劃；新能源測控終端、智能光伏斷路器和協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，實現(xiàn)了對分布式新能源臺區(qū)的“可觀、可測、可控、可調(diào)”。

積極探索 推動農(nóng)村電網(wǎng)數(shù)字化智能化

中國南方電網(wǎng)柔性配網(wǎng)示范區(qū)展示板

據(jù)介紹，為了解決農(nóng)村電網(wǎng)分布式光伏消納難題，在蔡永翔建議下，2021 年在南方電網(wǎng)貴州電網(wǎng)公司組建了專業(yè)的研究團隊，開展了獨立自主的創(chuàng)新研究。通過大量現(xiàn)場調(diào)研實測，蔡永翔在實驗室搭建了與現(xiàn)場1:1 的數(shù)字物理仿真平臺，對光伏系統(tǒng)和配電網(wǎng)運行特性的相互影響進行了深入模擬和分析。同時，還前往多個生產(chǎn)制造廠家調(diào)研，了解國內(nèi)外光伏并網(wǎng)設(shè)備和技術(shù)，自主構(gòu)建新型配電網(wǎng)數(shù)學模型和算法，設(shè)計光伏智能斷路器、新能源智能網(wǎng)關(guān)等裝備，在充分了解有關(guān)部門中長期發(fā)展規(guī)劃基礎(chǔ)上，通過采納基層一線供電局意見，使技術(shù)方案既符合現(xiàn)實需求，又具有前瞻性和可持續(xù)性。

蔡永翔作為主要技術(shù)負責人全力支撐盤州市羊場分布式智能電網(wǎng)以及貴州電網(wǎng)新型電力系統(tǒng)示范區(qū)的建設(shè)工作。羊場鄉(xiāng)分布式智能電網(wǎng)同步作為南方電網(wǎng)近零碳示范區(qū)、南方電網(wǎng)柔性配網(wǎng)示范區(qū)等試點。貴州電網(wǎng)利用大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等先進技術(shù)，實現(xiàn)了農(nóng)村電網(wǎng)的智慧監(jiān)測、智慧調(diào)度、智慧運維和智慧服務(wù)，極大提高了農(nóng)村電網(wǎng)的供電可靠性。通過省域分布式光伏監(jiān)控平臺，實時監(jiān)測和分析全省的光伏系統(tǒng)、配電網(wǎng)的運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)和處理了各種異常現(xiàn)象和故障，避免了光伏切機和供電中斷等情況。通過采用低壓交直流裝備、光伏智能斷路器以及新能源智能網(wǎng)關(guān)等裝備，對農(nóng)村配電網(wǎng)進行了智能化改造和優(yōu)化，使得電壓波動幅度明顯下降、電壓合格率明顯上升、線損降低、功率因數(shù)提高。通過構(gòu)建綜合能源系統(tǒng)，將多種能源形式深度融合，實現(xiàn)了農(nóng)村能源的高效利用和清潔發(fā)展，提高了光伏新能源并網(wǎng)比例。

據(jù)了解，貴州電網(wǎng)通過省域分布式光伏監(jiān)控平臺，形成了“系列端設(shè)備—新能源網(wǎng)關(guān)—系統(tǒng)主站”體系化分布式新能源數(shù)字化技術(shù)，有效提高了配電網(wǎng)分布式光伏消納能力和安全穩(wěn)定運行水平，為我國農(nóng)村區(qū)域分布式光伏發(fā)展提供了有效的技術(shù)參考。

提升群眾用電幸福感 贏得百姓廣泛認可

2022 年底，南方電網(wǎng)柔性配網(wǎng)示范工程正式投入使用。項目采用臺區(qū)柔性互聯(lián)、“分布式光伏+儲能”等數(shù)字化和智能化技術(shù)，促進源網(wǎng)荷儲充的便捷并網(wǎng)，實現(xiàn)了六盤水羊場分布式智能電網(wǎng)示范區(qū)“可觀、可測、可控、可調(diào)”，推動了綠色低碳發(fā)展。目前納木村年電壓合格率由99.91%提升至99.99%，用戶平均停電時間減少50%以上，光伏消納能力提升30%以上，過電壓率從90%降至4%以下，且過電壓程度降低30%以上，滿足大規(guī)模分布式新能源接入和鄉(xiāng)村生產(chǎn)生活電氣化需求。項目實施保障了納木村村民安全可靠用電，極大提升了農(nóng)民群眾用電的幸福感、獲得感，贏得了老百姓的廣泛認可。該示范區(qū)是南方電網(wǎng)范圍內(nèi)以“兩化協(xié)同”促“兩型建設(shè)”在農(nóng)村能源綠色化低碳化轉(zhuǎn)型方面的典型案例。目前該示范區(qū)正在努力打造成為中央企業(yè)助力鄉(xiāng)村“五大振興”優(yōu)秀示范案例，對鞏固拓展脫貧攻堅成果、促進鄉(xiāng)村振興具有重要意義。

采訪中我們了解到，納木村安裝了光伏發(fā)電板的366 戶村民，每年都能得到200 多元補貼。光線充足的時候，每天最多約能發(fā)10 千瓦·時，除了自用，剩下的電能上網(wǎng)。每發(fā)1 千瓦·時可獲得0.37 元的可再生能源補貼。如果用戶自己使用這1 千瓦·時，可為用戶節(jié)省0.46 元；如果用戶沒有使用這1 千瓦·時，上網(wǎng)后可獲得0.31 元購電電費。通過自發(fā)自用余量上網(wǎng)的方式，納木村村民享受到了農(nóng)村電網(wǎng)提級改造、農(nóng)村清潔能源建設(shè)帶來的實實在在的紅利。