基于風(fēng)光儲(chǔ)一體化的新型農(nóng)村配電網(wǎng)研究

范文博 林興達(dá)

關(guān)鍵詞：風(fēng)光儲(chǔ)一體化;新型農(nóng)村配電網(wǎng);新能源發(fā)電

引言

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提升，使社會(huì)生產(chǎn)和生活所需的電量顯著增加，同時(shí)，對(duì)電能質(zhì)量提出了更高的要求。傳統(tǒng)的發(fā)電技術(shù)已不能滿足電能的實(shí)際需求，甚至?xí)l(fā)更嚴(yán)重的能源與環(huán)境問(wèn)題。對(duì)此，加速新能源發(fā)電技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，不僅能在一定程度上提升電能的供應(yīng)量，而且能有效減少能源消耗與環(huán)境污染問(wèn)題，促進(jìn)電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

一、新型農(nóng)村配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析

圖1為新型農(nóng)村配電網(wǎng)示意圖，擬將各個(gè)村莊的配電網(wǎng)構(gòu)建成基于風(fēng)光儲(chǔ)一體化的微電網(wǎng)，由綜合管理平臺(tái)系統(tǒng)統(tǒng)一控制，將風(fēng)光電源、交直流負(fù)荷、儲(chǔ)能系統(tǒng)、控制系統(tǒng)統(tǒng)一整合，構(gòu)建一個(gè)完全可控且具有一定獨(dú)立性的系統(tǒng)，同時(shí)接入大電網(wǎng)，組建適當(dāng)獨(dú)立且與大電網(wǎng)并行運(yùn)行的新型配電網(wǎng)。利用主動(dòng)并網(wǎng)技術(shù)、電力供需平衡高效互動(dòng)技術(shù)、智能微電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)等核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同新型農(nóng)村配電網(wǎng)之間相互連接，最終實(shí)現(xiàn)全國(guó)乃至全球的能量互聯(lián)互通。光伏電源和風(fēng)力電源具有隨機(jī)性與不連續(xù)性，不僅需要保持穩(wěn)定的功率輸出，還需要保持穩(wěn)定的電壓輸出。光伏電源為直流電源，風(fēng)力電源為交流電源，為了統(tǒng)一調(diào)度管理，減少交流—直流或直流—交流的變換環(huán)節(jié)，光伏電源與風(fēng)力電源同時(shí)接入直流母線，儲(chǔ)能裝置采用雙向直流—直流電路接入直流母線，直流母線與交流母線之間采用逆變器連接。

二、農(nóng)村配電網(wǎng)總體現(xiàn)狀

區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱，建設(shè)與改造的關(guān)系得到妥善處理，新農(nóng)村配電網(wǎng)建設(shè)模式可以推廣，以避免重復(fù)和低水平改造。

三、發(fā)展太陽(yáng)能儲(chǔ)能的重要意義

（1）推進(jìn)能源向低碳化和清潔性方向轉(zhuǎn)型。太陽(yáng)能獨(dú)特的清潔性、太陽(yáng)能發(fā)電過(guò)程中的低碳化都是減少發(fā)電對(duì)于環(huán)境污染的重要措施，而將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成為電能后再儲(chǔ)存起來(lái)更是增加了對(duì)于清潔性能源的使用率。（2）提升光伏發(fā)電和輸電的效率。儲(chǔ)能模式已經(jīng)成為了未來(lái)可再生能源發(fā)展領(lǐng)域中不可獲取的研究方向。（3）增加能源領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。作為未來(lái)能源行業(yè)的一部分，儲(chǔ)能最終是需要?jiǎng)?chuàng)造價(jià)值的。

四、儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用

太陽(yáng)能是大自然的主要能源之一，它非常清潔和容易獲得。然而，由于地球運(yùn)動(dòng)造成了晝夜交替和季節(jié)變化等自然現(xiàn)象，大大限制了太陽(yáng)能的使用時(shí)間，因此，迫切需要世界各國(guó)超越太陽(yáng)能的時(shí)間限制，保持穩(wěn)定和持續(xù)的能源收集和供應(yīng)現(xiàn)階段光伏儲(chǔ)能技術(shù)主要有四種類型，即電池儲(chǔ)能、超級(jí)電容器儲(chǔ)能、慣性飛輪儲(chǔ)能和超導(dǎo)儲(chǔ)能。其中，電池被廣泛用作高功率和高質(zhì)量區(qū)域的一種可靠的模塊化節(jié)能技術(shù)。最常見的電池是鋰離子電池、液體電池、鉛酸電池等。超級(jí)電容器是由特殊材料制成的多孔介質(zhì)，比普通電容器的電常數(shù)高，因此具有更大的容量和更強(qiáng)的耐壓性，同時(shí)保持普通電容器的快速能量釋放特性。相關(guān)研究表明，將超級(jí)電容器與電池相結(jié)合有助于增加安裝時(shí)間和減少內(nèi)部損耗，從而有助于提高電力系統(tǒng)的可靠性和成本效益。此外，慣性飛輪儲(chǔ)能技術(shù)和超導(dǎo)儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性優(yōu)化方面發(fā)揮著重要作用。

五、光伏發(fā)電技術(shù)

在自然現(xiàn)象中，太陽(yáng)輻射是持續(xù)進(jìn)行的，每秒太陽(yáng)輻射的能量相當(dāng)于500萬(wàn)噸標(biāo)煤所產(chǎn)生的能量，可見太陽(yáng)輻射所蘊(yùn)藏的能量相當(dāng)巨大。如果能充分合理利用這部分能量，必然會(huì)取得可觀的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。光伏發(fā)電技術(shù)的原理主要是光電效應(yīng)。光伏發(fā)電系統(tǒng)中主要包括蓄電池、電池控制器、光伏電池組、直交流逆變器等。對(duì)于太陽(yáng)能電池組來(lái)說(shuō)，其種類類型相對(duì)較多。其中比較常見的有晶硅電池，這種電池又可以分為單晶電池和多晶電池。而對(duì)于硅基薄膜光伏電池來(lái)說(shuō)，這種電池不僅工作效率較低，而且在使用過(guò)程中存在嚴(yán)重的環(huán)境污染和威脅人類身體健康等問(wèn)題。因此，這種類型的電池使用并不常見。聚光光伏電池是現(xiàn)階段工作效率最高的一種電池類型，但是這種電池的應(yīng)用需要配備散熱器和聚光系統(tǒng)等設(shè)備，這些設(shè)備的投入成本相對(duì)較高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于聚光光伏電池發(fā)電所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益。因此，對(duì)于聚光光伏電池的推廣應(yīng)用，還需要經(jīng)過(guò)一定的試驗(yàn)改進(jìn)，以確保經(jīng)濟(jì)性能滿足實(shí)際需求。

六、風(fēng)能發(fā)電

這種發(fā)電方式需要在常年風(fēng)力強(qiáng)大的地區(qū)展開，同時(shí)，由于每日的風(fēng)向無(wú)法通過(guò)人力來(lái)控制。所以，要在安裝風(fēng)力發(fā)電裝置時(shí)，在開闊位置上選擇好設(shè)備的安裝位置及角度，角度的不同會(huì)影響風(fēng)力對(duì)設(shè)備的推動(dòng)能力。而如果設(shè)備工作區(qū)域存在遮擋物，也會(huì)影響風(fēng)能的轉(zhuǎn)化效果。所以，應(yīng)當(dāng)確保東南西北四個(gè)方位都有對(duì)應(yīng)的風(fēng)力裝置，這樣不論風(fēng)向如何變化，都可以保證當(dāng)天的風(fēng)力充足，從而順利將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)完成發(fā)電工作。實(shí)際上，風(fēng)力發(fā)電的成本比較高，尤其是發(fā)電裝置的運(yùn)維管理工作流程復(fù)雜，工作難度大。同時(shí)，風(fēng)力發(fā)電方式的占地面積較大，設(shè)備運(yùn)作時(shí)還會(huì)產(chǎn)生較大的噪音。所以，供電公司通常需要將發(fā)電廠建設(shè)在郊區(qū)，建設(shè)在遠(yuǎn)離人煙的地方。另外，應(yīng)科學(xué)控制好風(fēng)力設(shè)備的運(yùn)作速度，定期做好設(shè)備的清潔、維修、保養(yǎng)等基礎(chǔ)工作，保障風(fēng)力發(fā)電工作的順利開展。

七、新型農(nóng)村配電網(wǎng)綜合管理平臺(tái)

新型農(nóng)村配電網(wǎng)的控制系統(tǒng)實(shí)行數(shù)字化和智能化建設(shè)，采用一體化的設(shè)計(jì)原則，在統(tǒng)一的通信平臺(tái)上，配置一體化的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)新型農(nóng)村配電網(wǎng)的所有設(shè)備的監(jiān)測(cè)與控制，達(dá)到智能調(diào)度的目的。根據(jù)目前的光伏電源、風(fēng)力電源、儲(chǔ)能裝置、并網(wǎng)逆變器等設(shè)備的控制方式，采用統(tǒng)一的通信規(guī)約在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)智能控制。線上可視化運(yùn)維功能是綜合平臺(tái)管理系統(tǒng)的一個(gè)重要功能。利用多維度報(bào)表統(tǒng)計(jì)、可視化管理，運(yùn)維人員便可在遠(yuǎn)端全面掌握設(shè)備運(yùn)行情況。除此之外，該系統(tǒng)提供專業(yè)APP服務(wù)，管理人員或是基層運(yùn)檢人員，隨時(shí)隨地利用APP快速瀏覽相應(yīng)關(guān)鍵指標(biāo)，如若發(fā)生異常情況，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出告警信息，密切密切配合相關(guān)單位進(jìn)行巡檢及故障排查。數(shù)據(jù)是智能化管理工作的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)管理存在采集困難、丟包、無(wú)法實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)續(xù)傳等問(wèn)題。為避免該類問(wèn)題的出現(xiàn)，利用多功能光伏電源通信網(wǎng)關(guān)、風(fēng)力電源通信網(wǎng)關(guān)、儲(chǔ)能系統(tǒng)通信網(wǎng)關(guān)、電力通信機(jī)、工業(yè)交換機(jī)等解析多種通信協(xié)議，增設(shè)斷線緩存功能，解決數(shù)據(jù)傳輸、丟失難題，優(yōu)化管理實(shí)現(xiàn)效益最大化。

結(jié)束語(yǔ)

在建設(shè)新農(nóng)村配電網(wǎng)時(shí)，需要根據(jù)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點(diǎn)分析確定配電網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)順序，以滿足客戶需求，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程和近網(wǎng)結(jié)合，稍早規(guī)劃 提高農(nóng)村配電網(wǎng)設(shè)備的技術(shù)水平和運(yùn)行管理水平，將農(nóng)村配電網(wǎng)改造成智能、高效、可靠、綠色的電網(wǎng)。

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