偏遠地區(qū)典型供電模式研究

王濤，馬悅，閆立秋，唐艷波

（1.山東電力工程咨詢院有限公司，山東濟南 250013；2.青島供電公司，山東青島 266012）

1 偏遠地區(qū)供電現狀及特點

長期以來，在我國偏遠農村地區(qū)由于地理位置偏遠，電網建設落后，電能質量得不到保證，部分地區(qū)甚至還處于無電狀態(tài)，這嚴重影響了偏遠地區(qū)經濟社會的發(fā)展和當地居民的生活。近年來，我國偏遠地區(qū)電網建設取得了一定的發(fā)展，在“戶戶通電”工程的大力促進下，偏遠地區(qū)通電率得到大幅度的提高。偏遠地區(qū)變電總容量和電力線路總里程逐年攀升，但偏遠地區(qū)電網目前仍然存在以下幾個方面的問題[1-3]。

1）變電站布點不足，主網架結構薄弱。因自然環(huán)境惡劣、線路走廊開辟困難、交通不暢、籌融資能力有限等綜合原因，造成偏遠地區(qū)變電站及線路建設困難，變電站布點不足，且建設水平低，單電源主變比例較高，主變容載比不合理。

2）中低壓電網結構不合理。我國偏遠地區(qū)中壓配電網以單電源輻射供電為主，線路迂回、供電半徑超長、線路重載等不合理的現象普遍存在；配電變壓器位置偏離負荷中心、低壓線路供電半徑偏大、三相負荷不平衡等問題大量存在。

3）電網設備水平低。許多高耗能變壓器仍在運行、導線截面基本偏小、電網設備陳舊老化等現象嚴重，供電質量低，安全隱患大，線損高、管理難，破舊線路與新農村建設極不協(xié)調。

4）運行和管理水平低，人員素質有待進一步提高。電網自動化和信息化建設水平低，電網運行數據、設備臺賬等信息量少且實時性差，變電站和線路巡檢、故障診斷和排除、恢復供電等工作主要依靠人工完成，人員綜合素質不高，對供電能力和供電質量的提高造成了嚴重影響。

5）供電質量問題突出。由于電源點不足，線路迂回、供電半徑超長、線路重載等不合理的現象普遍存在，在我國偏遠地區(qū)普遍存在著電壓過低的問題。另外偏遠地區(qū)電網薄弱，運行維護管理困難或不到位，造成了供電可靠率不高，停電事故時有發(fā)生。

6）負荷小而分散且增長不均勻。我國偏遠地區(qū)用電負荷主要以居民生活用電為主，負荷小而分散且增長不均勻，但根據各地域環(huán)境不同又有自己的特點。

2 偏遠地區(qū)電網建設需求分析

在解決偏遠地區(qū)供電問題時，如果繼續(xù)在偏遠地區(qū)投入大量資金，按照中長期規(guī)劃進行常規(guī)的標準化設計的35 kV變電站、線路和臺區(qū)建設，將會面臨著選址難、造價高、施工周期長等困難，同時又由于偏遠地區(qū)負荷增長緩慢，負荷小、部分配置容量閑置等原因，造成電網建設投資回收期長，輸配電設備利用率低，造成了大量的資源浪費。另外，解決偏遠邊疆及孤立海島等特殊區(qū)域百十兆瓦負荷的用電，翻山越嶺甚至穿越海洋進行配電線路建設，其必要性和可行性不理想。

同時部分偏遠地區(qū)清潔能源豐富，如我國西北地區(qū)的部分偏遠地區(qū)和沿海部分島嶼的風力和太陽能資源豐富，可以發(fā)展風力發(fā)電和太陽能發(fā)電；西南和中部地區(qū)的部分偏遠地區(qū)的水資源豐富，可以適度發(fā)展小水電；還有部分偏遠地區(qū)的沼氣利用資源也相對豐富，可以適度發(fā)展沼氣發(fā)電；但由于地理位置偏遠，自然環(huán)境惡劣，交通不便等種種因素，偏遠地區(qū)的這些清潔能源都沒有得到很好的利用[4-6]。

面對偏遠地區(qū)迫切需要解決的供電困難和供電質量低問題，需要創(chuàng)新偏遠地區(qū)的電網建設模式，快速提高偏遠地區(qū)電網建設水平，提出能夠切實有效解決當前偏遠地區(qū)供電質量低和供電困難的電網建設方案和供電模式，為偏遠地區(qū)電網建設提供技術支撐，促進偏遠地區(qū)經濟社會的發(fā)展和人民生活水平的提高。

3 偏遠地區(qū)電網建設思路及應用技術

研究創(chuàng)新偏遠地區(qū)電網建設模式和供電模式，要針對偏遠地區(qū)經濟社會發(fā)展水平、負荷特性、資源狀況、居民生活習慣、地理環(huán)境等條件，因地制宜，為偏遠地區(qū)的電網快速發(fā)展提供技術支持，因此，要重點開展以下3個方面的研究和應用。

1）35 kV配電化技術研究與應用。35 kV配電化技術包括35/10 kV配電化變電站、35 kV配電化線路、35/0.4 kV直配臺區(qū)。35/10 kV配電化變電站是指以滿足偏遠農村社會經濟發(fā)展、過渡性或應對災害應急用電為目的，遵循小型化、低造價、少維護等技術原則，主變容量為3150 kV·A及以下、10 kV出線為2～3回設計的變電站。35 kV配電化線路就是35 kV線路采用12~15 m鋼筋混凝土電桿架設，選用瓷橫擔或復合橫擔等進行絕緣連接，與常規(guī)35 kV線路采用砼桿與鐵塔混合架設相比，具有輕型化、投資少、建設工期短等特點。35/0.4 kV直配臺區(qū)是指使35 kV線路深入負荷中心，采用35/0.4 kV配電變壓器供電的配電臺區(qū)，它的主要特點是簡化了傳統(tǒng)配電網供電方案的10 kV電壓級，減少了變電重復容量，降低線損，改善線路電壓質量，提高供電效率。

2）單三相混合配電技術。單三相混合配電方式（見圖1），是指一個區(qū)域內采用單相配電變壓器與三相變相混合進行供電的配電方式，或者說一個區(qū)域內單相配電方式與三相配電方式共存的配電方式。單相配電方式更容易使中壓線路深入負荷中心，可以降低線損，提高電壓質量。

圖1 單三相混合配電方式Fig.1 Single&three-phase hybrid power supply mode

3）分布式發(fā)電技術。分布式發(fā)電與傳統(tǒng)集中式發(fā)電的主要區(qū)別是其規(guī)模較小且靠近用戶，一般可以直接向其附近的負荷供電或根據需要向電網輸出電能，其中大多是可再生能源，如太陽能、風能、生物質能和地熱能等。

4 偏遠地區(qū)典型供電模式的分類

供電模式是指界定了電網結構、供電單元和電網裝備等供電系統(tǒng)主要組成要素的電網規(guī)劃設計方案，深度介于電網規(guī)劃與初步設計之間，屬于典型設計范疇。針對偏遠地區(qū)經濟社會發(fā)展水平、負荷特性、資源狀況、居民生活習慣、地理環(huán)境等條件，融合35 kV配電化技術、單三相混合配電技術、分布式發(fā)電技術及載波通信技術，可以制定如下4大類適用于偏遠地區(qū)的典型供電模式[7-12]。

4.1 偏遠地區(qū)A類供電模式

該類供電模式主要是以35 kV配電化線路為中壓輸電線路，以35/0.4 kV直配臺區(qū)為配電中心的供電方式，在單相負荷較為集中區(qū)域可以采用35/0.4 kV單相直配臺區(qū)供電，在有清潔能源可以利用的情況下，可以采用分布式電源作為補充（見圖2）。

圖2 偏遠地區(qū)A類供電模式Fig.2 Power supply mode A in rural areas

該方式適合于在距離電源點較遠狹長區(qū)域內，分布有多個團簇型負荷的情形，通常這些負荷相對較為集中（在低壓的供電半徑內）。

4.2 偏遠地區(qū)B類供電模式

該類供電模式主要是以35 kV配電化線路為中壓輸電線路，35/10 kV變電站為變配電中心的三相供電模式，在單相負荷較為集中區(qū)域應用單三相混合配電技術，在有清潔能源可以利用的情況下，可以采用分布式電源作為補充（見圖3）。

圖3 偏遠地區(qū)B類供電模式Fig.3 Power supply mode B in rural areas

該方式適合于距電源點較遠的片狀區(qū)域內有較為分散負荷的地區(qū)，其負荷一般呈輻射狀，負荷間距大且臺區(qū)相對較多的情形。

4.3 偏遠地區(qū)C類供電模式

該類供電模式采用35 kV配電化線路、35/0.4 kV直配供電方式和35 kV配電化變電站三相供電模式相混合，在單相負荷較為集中區(qū)域應用單三相混合配電技術，在有清潔能源可以利用的情況下，應用分布式發(fā)電技術（見圖4）。

圖4 偏遠地區(qū)C類供電模式Fig.4 Power supply mode C in rural areas

該方式適合于部分負荷在35 kV線路沿線供電區(qū)域，由35 kV線路經分段開關T接的或直接供電，線路末端負荷較為分散的方式，該方式適應性最為廣泛，整體具有較好的經濟性。

4.4 偏遠地區(qū)D類供電模式

該類供電模式利用清潔能源和當地其他資源，建立分布式發(fā)電系統(tǒng)為當地用戶供電（見圖5）。此類供電供電模式適用于短期內主網延伸存在較大困難，當地可利用能源豐富的無電地區(qū)?？紤]到用戶供電的持續(xù)性，需配置一定容量的儲能系統(tǒng)和柴油發(fā)電機，增加了分布式發(fā)電的成本。

圖5 偏遠地區(qū)D類供電模式Fig.5 Power supply mode D in rural areas

5 結語

在總結偏遠地區(qū)供電現狀和電網發(fā)展需求的基礎上，通過利用35 kV配電化技術、單三相混合配電技術、分布式發(fā)電技術等，提出了4種適合偏遠地區(qū)發(fā)展和供電需求的典型電網建設模式。這些模式能夠有效解決偏遠地區(qū)電網建設存在的需求和投入之間的矛盾，對偏遠地區(qū)電網發(fā)展提供參考。

[1] 唐永勝．配電網建設項目篩選優(yōu)化研究[J]．南方電網技術，2012，6（1）：94-96.TANG Yong-sheng.On project optimization of distribution network construction[J].South Power System Technology，2012，6（1）：94-96（in Chinese）.

[2] 宋曉輝，盛萬興，史常凱，等．新農村電氣化村典型供電模式[J]．電力系統(tǒng)自動化，2008，32（17）:104-107.SONG Xiao-hui，SHENG Wan-xing，SHI Chang-kai，et al.Typical power supply modes for new rural village electrification[J].Automation of Electric Power Systems，2008，32（17）:104-107（in Chinese）.

[3] 曹陽，盂晗輝，趙力，等．基于層次分析法的新農村低壓配電網綜合評估方法[J]．電網技術，2007，31（8）：68-72．CAO Yang，MENG Han-hui，ZHAO Li，et a1．A comprehensive evaluation method of new rurallow-voltage distribution networks based on analytic hierarchy process[J]．PowerSystemTechnology，2007，31（8）：68-72（inChinese）．

[4] 郭劍鋒，彭春華．含分布式發(fā)電的配電網規(guī)劃研究[J]．電力科學與工程，2009，25（8）：17-21 GUO Jian-feng，PENG Chun-hua．Study on distribution network planning inchuding distributed generation[J]．Power Science and Engineering，2009，25（8）：17-21（in Chinese）.

[5] 雷金勇，李戰(zhàn)鷹，盧澤漢，等．分布式發(fā)電技術及其對電力系統(tǒng)的影響研究綜述[J]．南方電網技術，2011，5（4）：46-50.LEI Jin-yong，LI Zhan-ying，LU Ze-han，et al.Review on the research of distributed generation technology and its impacts on electric power systems[J].South Power System Technology，2011，5（4）：46-50（in Chinese）.

[6] 卞海紅，萬秋蘭，徐青山.可再生能源微網發(fā)電系統(tǒng)的可行性研究[J].電力需求側管理，2008，10（5）：10-13.BIAN Hai-hong，WAN Qiu-lan，XU Qing-shan.Feasibility studyofrenewableenergymicro-networkgenerationsystem[J].Power Demand Side Management，2008，10（5）:10-13（in Chinese）.

[7] 何永貴，尹健．農網配電自動化系統(tǒng)的技術方案[J]．電力科學與工程，2008，24（3）：27-30.HE Yong-gui，YIN Jian．Technical proposal on distribution automation system in rural power network[J]．Power Science and Engineering，2008，24（3）：27-30（in Chinese）.

[8] 寇鳳海．分布式光伏電源對配電網網損的影響[J]．電網與清潔能源，2011，27（11）：62-68.KOU Feng-hai．Impacts of distributed photovoltaic power source on distribution network loss[J]．Power System and Clean Energy，2011，27（11）：62-68（in Chinese）.

[9] 林功平，奚國富，徐石民．農電系統(tǒng)縣級城市配電自動化模式[J]．電力系統(tǒng)自動化，2004，28（24）：75-78，87．LIN Gong-ping，XI Guo-fu，XU Shi-min．Distribution automation mode in country level of countryside power system[J]．Automation of Electric Power Systems，2004，28（24）：75-78，87（in Chinese）．

[10]劉健，崔建中，顧海勇．一組適合于農網的新穎饋線自動化方案[J]．電力系統(tǒng)自動化，2005，29（11）：82-86．LIU Jian，CUI Jian-zhong，GU Hai-yong．A novel feeder automation scheme for rural distribution systems[J]．Automation of Electric Power Systems，2005，29（11）：82-86（in Chinese）.

[11]胥兵，羅剛，甘兵，等.新一代數字電力線載波的幾個問題探討[J].電力系統(tǒng)通信，2003（9）：22-24，32.XU Bing，LUO Gang，GAN Bing，et al.The discussion about some problems on the new generation digitad power line carrier[J].Communication of Power System，2005（9）：22-24，32（in Chinese）.

[12]王守相，李曉靜，肖朝霞，等.含分布式電源的配電網供電恢復的多代理方法[J].電力系統(tǒng)自動化，2007，31（10）：61-65.WANG Shou-xiang，LI Xiao-jing，XIAO Zhao-xia，et al.Muti-agent approach for service restoration of distribution system containing distributed generations[J].Automation of ElectricPowerSystems，2007，31（10）：61-165（inChinese）.