鄉(xiāng)村電網(wǎng)兩網(wǎng)融合規(guī)劃與實(shí)施策略研究

徐 昱, 葉剛進(jìn), 尹建兵, 楊 翾, 李 飛

(1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司,浙江 杭州 310012; 2.國(guó)網(wǎng)杭州供電公司,浙江 杭州 310000)

“兩網(wǎng)”即堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)和泛在電力物聯(lián)網(wǎng),兩網(wǎng)融合主要是指智能電網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展,通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的智能化。目前鄉(xiāng)村電網(wǎng)一般使用TN-C-S系統(tǒng)和TT系統(tǒng),其中,TN-C-S系統(tǒng)主要是從變壓器中性點(diǎn)引出4根線,進(jìn)戶引1相線1中性線,如果把工作零線在電源側(cè)重復(fù)接地,則為TN-C-S系統(tǒng)。TT系統(tǒng)需要安裝漏電保護(hù)斷路器,否則當(dāng)線路漏電時(shí),由于產(chǎn)生的接地電阻比較大,可能會(huì)引起開關(guān)動(dòng)作,使電氣設(shè)備的外殼長(zhǎng)期帶電。作為電網(wǎng)市場(chǎng)快速發(fā)展的階段,結(jié)合電力市場(chǎng)體制結(jié)構(gòu)的改革情況,鄉(xiāng)村電網(wǎng)兩網(wǎng)融合規(guī)劃是電力行業(yè)未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)[1]。根據(jù)電力物聯(lián)網(wǎng)為電力行業(yè)帶來(lái)的信息集成能力及高效率通信能力,對(duì)鄉(xiāng)村電網(wǎng)的兩網(wǎng)融合規(guī)劃進(jìn)行多個(gè)層面的建設(shè),將堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)兩者進(jìn)行深度融合,可有效地提升鄉(xiāng)村電網(wǎng)的供電能力、電網(wǎng)使用的安全性及可靠性,提高相關(guān)電網(wǎng)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,促進(jìn)電網(wǎng)市場(chǎng)穩(wěn)定、快速發(fā)展。

1 鄉(xiāng)村電網(wǎng)兩網(wǎng)融合規(guī)劃

結(jié)合鄉(xiāng)村電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通信現(xiàn)狀、鄉(xiāng)村電網(wǎng)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)、電網(wǎng)特征化分析、鄉(xiāng)村能源供需機(jī)制及結(jié)構(gòu)、分布式能源設(shè)施分布現(xiàn)狀,對(duì)鄉(xiāng)村電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀進(jìn)行整理及評(píng)估,明確其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì),進(jìn)行兩網(wǎng)融合規(guī)劃設(shè)計(jì)[2]。具體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 鄉(xiāng)村電網(wǎng)兩網(wǎng)融合規(guī)劃設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

首先,結(jié)合智能化鄉(xiāng)村電網(wǎng)現(xiàn)狀、電力負(fù)荷預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及電力物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀,分析配電網(wǎng)存在的問(wèn)題。根據(jù)當(dāng)下可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施情況,進(jìn)行智能電網(wǎng)、供電客戶及相關(guān)電力物聯(lián)網(wǎng)的需求分析,明確鄉(xiāng)村電網(wǎng)兩網(wǎng)融合的未來(lái)發(fā)展方向[3]。其次,分析電網(wǎng)在規(guī)劃中的供電能力、故障反應(yīng)速度、信息數(shù)據(jù)采集能力和監(jiān)控管理能力等,在規(guī)劃鄉(xiāng)村電網(wǎng)系統(tǒng)的同時(shí),完成對(duì)再生資源系統(tǒng)的規(guī)劃。只有實(shí)現(xiàn)上述兩方面內(nèi)容的規(guī)劃,才能完成鄉(xiāng)村電網(wǎng)兩網(wǎng)融合的有效規(guī)劃,實(shí)現(xiàn)總體規(guī)劃設(shè)計(jì)。

本次研究在某區(qū)進(jìn)行了鄉(xiāng)村電網(wǎng)兩網(wǎng)融合規(guī)劃,根據(jù)規(guī)劃區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平,對(duì)該區(qū)的不同區(qū)域進(jìn)行了相應(yīng)等級(jí)的劃分處理,并分析了鄉(xiāng)村電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和電網(wǎng)設(shè)備情況,以及該地區(qū)的電網(wǎng)現(xiàn)狀和資源發(fā)展趨勢(shì)。在展開鄉(xiāng)村電網(wǎng)兩網(wǎng)融合規(guī)劃處理后,該區(qū)域的配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)得到了完善,電能損耗明顯降低。這說(shuō)明鄉(xiāng)村電網(wǎng)兩網(wǎng)融合規(guī)劃能夠促進(jìn)再生資源的循環(huán)利用,為鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展提供保障。

2 鄉(xiāng)村電網(wǎng)兩網(wǎng)融合實(shí)施策略

針對(duì)鄉(xiāng)村電網(wǎng)兩網(wǎng)融合的多方面需求及挑戰(zhàn),結(jié)合鄉(xiāng)村的實(shí)際情況及當(dāng)?shù)卣男枨?分別從供電能力提升、供電安全性和可靠性提升、故障響應(yīng)速度提升、信息采集能力提升、實(shí)時(shí)監(jiān)控能力提升,以及智能化、集成化與自動(dòng)化提升等幾個(gè)方面明確了鄉(xiāng)村“兩網(wǎng)融合”具體發(fā)展策略。

2.1 完善配電網(wǎng)網(wǎng)架

首先,加強(qiáng)規(guī)劃鄉(xiāng)村的高壓電源建設(shè),適時(shí)進(jìn)行高壓變電站的布點(diǎn)與升級(jí)改造。建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)高壓網(wǎng)架,改變高壓電源布點(diǎn)不足、電源單一、可靠性較差的現(xiàn)狀。多方面優(yōu)化10 kV配電網(wǎng)網(wǎng)架,通過(guò)新建10 kV線路和開關(guān)站、優(yōu)化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、消滅單輻射線路等方式,形成標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)架聯(lián)絡(luò)結(jié)構(gòu)方式[4-6]。實(shí)施分流工程,有效消除重載線路。對(duì)于鄉(xiāng)村電網(wǎng)建設(shè)中的重要用戶,實(shí)施高低壓雙電源供電。

其次,根據(jù)規(guī)劃鄉(xiāng)村的發(fā)展類型進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化調(diào)整,因地制宜合理布置配變位置,通過(guò)配變?cè)鋈?解決重載配變的問(wèn)題,縮短供電半徑,提高電壓質(zhì)量。對(duì)部分老舊線路進(jìn)行全方位的治理與整改,以“線桿融景、變臺(tái)為景”為目標(biāo),合理規(guī)劃電力桿線走向及配電設(shè)施位置[7]。打造“設(shè)備精良、指標(biāo)精益、管理規(guī)范、服務(wù)優(yōu)質(zhì)、環(huán)境精美”的鄉(xiāng)村示范區(qū)。

最后,結(jié)合電網(wǎng)改造,提升鄉(xiāng)村電網(wǎng)設(shè)備水平。以遠(yuǎn)景年網(wǎng)架為實(shí)施目標(biāo)、設(shè)備選型適度超前為實(shí)施原則,盡量采用先進(jìn)的智能化設(shè)備,全面實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)網(wǎng)架的智能化。開關(guān)站采用光纖通道,實(shí)現(xiàn)“三遙”功能,網(wǎng)架上開關(guān)采用智能開關(guān),利用無(wú)線通信方式,實(shí)現(xiàn)“二遙”功能[8-9]。推進(jìn)鄉(xiāng)村用戶充電設(shè)施的建設(shè),結(jié)合電網(wǎng)改造工程的實(shí)施,提前做好充電樁電源、電能表箱等配套設(shè)施的建設(shè)。

2.2 建設(shè)清潔化供電能源

結(jié)合配電網(wǎng)網(wǎng)架,進(jìn)行綠色清潔供電能源的建設(shè)。首先,全面推動(dòng)太陽(yáng)能發(fā)電站建設(shè),通過(guò)家用分布式光伏發(fā)電、集中式光伏發(fā)電等太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施,降低當(dāng)?shù)赜脩魧?duì)大電網(wǎng)的依賴,減小電網(wǎng)的供電壓力。其次,推動(dòng)鄉(xiāng)村水利能源建設(shè),合理建設(shè)不同電壓等級(jí)、裝機(jī)容量的水電站,減小對(duì)化石能源的依賴和使用,減小環(huán)境污染,建設(shè)綠色環(huán)保能源生態(tài)。最后,推進(jìn)鄉(xiāng)村綜合能源體系發(fā)展,建設(shè)以沼氣和天然氣為燃料的冷熱電三聯(lián)供微電網(wǎng)系統(tǒng),提升天然氣沼氣能源效率,減小污染排放,為鄉(xiāng)村兩網(wǎng)融合策略的實(shí)施提供良好保障。

2.3 建設(shè)應(yīng)急電源

基于清潔化供電能源建設(shè),進(jìn)行應(yīng)急電源的構(gòu)建,為鄉(xiāng)村兩網(wǎng)融合提供24 h不間斷供電。一方面應(yīng)構(gòu)建儲(chǔ)能提升機(jī)制,通過(guò)新建太陽(yáng)能發(fā)電配套儲(chǔ)能設(shè)備,提高光伏發(fā)電效率,存儲(chǔ)過(guò)剩光伏電能。同時(shí)為重要用戶提供應(yīng)急供電,保證鄉(xiāng)村電網(wǎng)癱瘓時(shí)的不間斷持續(xù)供電。另一方面,建立移動(dòng)儲(chǔ)能設(shè)備,靈活配置于各個(gè)需求用戶點(diǎn),為沒(méi)有建立儲(chǔ)能系統(tǒng)條件的重要用戶提供供電保障。

2.4 建設(shè)智能化配套電網(wǎng)設(shè)備

由于鄉(xiāng)村電網(wǎng)接地故障的頻繁發(fā)生,準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)接地故障自動(dòng)檢測(cè),并及時(shí)準(zhǔn)確地切除發(fā)生單相接地故障的線路,在鄉(xiāng)村電網(wǎng)中尤為重要,因此應(yīng)在電網(wǎng)開關(guān)側(cè)和感知端加裝智能設(shè)備對(duì)兩網(wǎng)融合電路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及感知。在建設(shè)故障檢測(cè)的基礎(chǔ)上,應(yīng)實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)設(shè)備的主動(dòng)運(yùn)行維護(hù)(以下簡(jiǎn)稱“運(yùn)維”),設(shè)備主動(dòng)運(yùn)維流程如圖2所示。

圖2 故障檢測(cè)設(shè)備主動(dòng)運(yùn)維流程

依托智能配變終端在鄉(xiāng)村的全面覆蓋,在分支箱、線路末端部署低壓傳感器,采集低壓運(yùn)行信息、異常狀態(tài)信息。結(jié)合配電自動(dòng)化主站升級(jí),實(shí)現(xiàn)低壓數(shù)據(jù)展現(xiàn)與異常告警、停電信息主動(dòng)推送、配電設(shè)備狀態(tài)精準(zhǔn)預(yù)測(cè)、低壓拓?fù)渥詣?dòng)識(shí)別、低壓故障自動(dòng)判別、低壓線損精細(xì)化管控等,全力營(yíng)造配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)之間的有效融合,提高中低壓配電網(wǎng)故障綜合判別能力,提升故障搶修效率和客戶服務(wù)水平?；谂渥兘K端結(jié)合低壓剩余電流動(dòng)作保護(hù)器的接入、低壓故障指示器、用戶在線監(jiān)測(cè)裝置以及低壓拓?fù)鋭?dòng)態(tài)識(shí)別獲取的低壓拓?fù)湫畔?實(shí)現(xiàn)兩網(wǎng)融合電路低壓故障的定位。

2.5 使用綜合治理方法

根據(jù)智能電網(wǎng)設(shè)備和鄉(xiāng)村電網(wǎng)實(shí)時(shí)負(fù)荷情況,在臺(tái)區(qū)內(nèi)差異化配置低壓換相開關(guān)、無(wú)功補(bǔ)償電容器、有源濾波、靜止無(wú)功發(fā)生器等設(shè)備,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換相負(fù)荷調(diào)節(jié)、無(wú)功自動(dòng)調(diào)節(jié)、監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量狀況、治理裝置運(yùn)行狀況、電能質(zhì)量治理裝置的治理效果評(píng)估等。

依托智能配電終端的邊端協(xié)調(diào)控制功能,實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量的就地治理,解決三相不平衡、低電壓、諧波污染等問(wèn)題。臺(tái)區(qū)邊端兩側(cè)的基本配置要求如表1所示。

由表1可知,臺(tái)區(qū)邊、端側(cè)基本配置,采用自動(dòng)換相負(fù)荷調(diào)節(jié)的方式,安裝智能換相開關(guān),對(duì)臺(tái)區(qū)三相不平衡問(wèn)題進(jìn)行有效治理,降低臺(tái)區(qū)線損;通過(guò)檢測(cè)配變低壓側(cè)電壓、無(wú)功功率、功率因數(shù)等變量,控制靜止無(wú)功發(fā)生器或電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償;通過(guò)檢測(cè)配變低壓側(cè)電壓、無(wú)功功率、功率因數(shù)等變量,控制靜止無(wú)功發(fā)生器進(jìn)行三相不平衡治理。

表1 臺(tái)區(qū)邊、端側(cè)基本配置要求

3 結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)鄉(xiāng)村電網(wǎng)兩網(wǎng)融合規(guī)劃與實(shí)施策略進(jìn)行了研究,采用多種方式完善了電網(wǎng)融合的實(shí)施策略。在未來(lái)的發(fā)展中,將持續(xù)對(duì)兩網(wǎng)融合計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化,建設(shè)相對(duì)完善的鄉(xiāng)村電網(wǎng)設(shè)備,有效提升鄉(xiāng)村居民的生活質(zhì)量。