關(guān)于鄉(xiāng)村振興與新型電力基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)探索

■ 國(guó)網(wǎng)山東省電力公司青島市即墨區(qū)供電公司 王新波

《中共中央關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議》中提出“統(tǒng)籌推進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”“提升新能源消納和存儲(chǔ)能力”，將新型電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)作為“現(xiàn)代化基礎(chǔ)設(shè)施體系”中融合基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重點(diǎn)要素之一。新型電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是以第五代移動(dòng)通信、能源互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)中心為基礎(chǔ)，智能物聯(lián)理念為驅(qū)動(dòng)，面向新能源發(fā)展需要的基礎(chǔ)設(shè)施體系，是推動(dòng)能源革命、實(shí)現(xiàn)電力行業(yè)向數(shù)字化、智能化方向升級(jí)的重要途徑。

即墨區(qū)供電公司積極探索實(shí)踐，在助力汪河水南村建設(shè)過(guò)程中，緊緊圍繞建設(shè)智慧能源系統(tǒng)的目標(biāo)，優(yōu)先提升農(nóng)村供電能力、安全性等農(nóng)網(wǎng)發(fā)展的老大難，重點(diǎn)開(kāi)展農(nóng)村新型電力基礎(chǔ)設(shè)施的改造升級(jí)，探索提升農(nóng)村電網(wǎng)柔性水平，探索5G時(shí)代新型電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方案，利用5G技術(shù)將計(jì)量和調(diào)控有機(jī)結(jié)合，對(duì)臺(tái)區(qū)內(nèi)的光伏發(fā)電、儲(chǔ)能設(shè)施、充電樁及其他可控負(fù)荷等分布式資源進(jìn)行整合，通過(guò)光、儲(chǔ)、充、荷的協(xié)同優(yōu)化控制，形成電網(wǎng)友好型的清潔能源消納模式，實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)內(nèi)供給側(cè)能源互補(bǔ)和需求側(cè)靈活互動(dòng)，以解決高比例光伏接入給電網(wǎng)新能源消納帶來(lái)的較大壓力和配電網(wǎng)安全運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。

村莊電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成果

即墨區(qū)供電公司對(duì)該村兩個(gè)臺(tái)區(qū)進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)精品臺(tái)區(qū)建設(shè)，改造10 kV架空線路路徑長(zhǎng)度0.41 km；120線徑架空絕緣導(dǎo)線1.18 km，70線徑架空絕緣導(dǎo)線3.49 km； 0.4 kV電纜線路0.41 km；下戶線3.7 km，路燈線2.7 km；組立水泥電桿29基；新建S13-400 kVA成套變壓器2臺(tái)，JP柜2面。改造升級(jí)后，該村變壓器總?cè)萘坑?00 kVA增加到800 kVA，戶均容量提升至4 kVA；電能表箱更換為“智能物聯(lián)表＋模組化”表箱，無(wú)償施工更換表后線；新增光伏客戶8戶；增加2機(jī)4槍充電樁、400 V低壓柔性直流用電系統(tǒng)和50 kWh儲(chǔ)能裝置等。

同時(shí)，為了解決現(xiàn)有客戶側(cè)感知能力薄弱、數(shù)據(jù)價(jià)值轉(zhuǎn)化不高、臺(tái)區(qū)信息化水平不足等痛點(diǎn)問(wèn)題，即墨區(qū)供電公司以ECU型智能終端作為臺(tái)區(qū)采集控制核心，將臺(tái)區(qū)劃分為配變、分支、表箱和客戶4級(jí)拓?fù)洌瑧?yīng)用模組化計(jì)量箱、智能物聯(lián)電能表、智能物聯(lián)鎖具、量測(cè)開(kāi)關(guān)和智能藍(lán)牙微斷等智能設(shè)備，建立標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的公共信息模型，進(jìn)一步提升電網(wǎng)、設(shè)備、客戶物聯(lián)感知能力，實(shí)現(xiàn)電能高頻采集、臺(tái)區(qū)拓?fù)渥詣?dòng)識(shí)別、線損分段分相計(jì)算、停電范圍實(shí)時(shí)上報(bào)、客戶用能智能感知等可視化管理和深化應(yīng)用，將臺(tái)區(qū)線損牢牢控制在2.6%以內(nèi)。

臺(tái)區(qū)升級(jí)改造后，該村新增加空調(diào)67臺(tái)，電暖炕24個(gè)，其他電磁爐、微波爐等小家電數(shù)量更多，直接新增負(fù)荷260 kW以上，2021年該村月均用電量在15000 kWh左右，2022年月均用電量在22000 kWh，增長(zhǎng)三分之一。尤其是2021年秋冬煤價(jià)上漲時(shí)期，村民采用電暖炕等電采暖設(shè)備大幅增加，電力改造升級(jí)有效地支撐了村民的用電需求。

低壓臺(tái)區(qū)柔性互濟(jì)建設(shè)方案

受限于地理位置、線路走廊容量不足和農(nóng)村負(fù)荷季節(jié)性波動(dòng)等問(wèn)題，汪河水南村以前經(jīng)常出現(xiàn)重、過(guò)載和末端電壓不穩(wěn)定的問(wèn)題。為提高供電能力，在汪河水南村建設(shè)了400 V低壓柔性直流用電系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了兩個(gè)調(diào)節(jié)方案。

臺(tái)區(qū)間柔性互濟(jì)方案

汪河水南村采用“生態(tài)農(nóng)業(yè)+鄉(xiāng)村旅游”的鄉(xiāng)村振興發(fā)展模式，主要用電負(fù)荷為居民取暖制冷用電、周邊種植采集用電和觀光旅游用電，具有典型的季節(jié)性用電特征。#1臺(tái)區(qū)主供居民生活和全電民宿，負(fù)荷高峰集中在晚上，白天將面臨光伏消納能力不足的問(wèn)題；#2臺(tái)區(qū)主供周邊種植及山上觀光、農(nóng)家樂(lè)、電氣化大棚等，負(fù)荷高峰集中在白天，可能存在短時(shí)高負(fù)載問(wèn)題?；?jì)方案為在汪河水南村#1臺(tái)區(qū)和#2臺(tái)區(qū)間搭建具有100 kW調(diào)控能力的低壓柔性直流系統(tǒng)，部署低壓柔性直流配電換流閥，通過(guò)柔性直流系統(tǒng)對(duì)兩臺(tái)區(qū)之間的功率精準(zhǔn)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)區(qū)動(dòng)態(tài)增容，提高用電可靠性。

通過(guò)±375 V直流輸電連接，實(shí)現(xiàn)能量交換；通過(guò)485線（后續(xù)使用直流載波）實(shí)現(xiàn)信息交互和能量調(diào)度。主站通過(guò)融合終端及載波，與互濟(jì)設(shè)備通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的可觀可測(cè)可控，并實(shí)現(xiàn)整個(gè)直流互聯(lián)系統(tǒng)內(nèi)的能量管理。柔性互濟(jì)設(shè)備接收主站調(diào)度，實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)互濟(jì)、光伏消納、轉(zhuǎn)供電、電能質(zhì)量?jī)?yōu)化等功能，通過(guò)485或直流載波，實(shí)現(xiàn)對(duì)臺(tái)區(qū)內(nèi)光伏、儲(chǔ)能、充電樁的用電調(diào)節(jié)。

通過(guò)低壓配電臺(tái)區(qū)柔性直流互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)末端正常運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)增容，在故障或容量不足時(shí)負(fù)荷轉(zhuǎn)移，提升了汪水河南村#1、#2臺(tái)變供電可靠性，實(shí)現(xiàn)“蜂巢”間的互動(dòng)。

臺(tái)區(qū)內(nèi)柔性調(diào)節(jié)

蓮花山周邊山勢(shì)起伏、地形復(fù)雜，山上農(nóng)場(chǎng)、種植養(yǎng)殖客戶供電半徑較長(zhǎng)，存在負(fù)荷高峰時(shí)段電壓低的情況。取水灌溉、生產(chǎn)用電等設(shè)備無(wú)法正常功率運(yùn)轉(zhuǎn)，傳統(tǒng)的解決方案為附近新增變壓器，該方案施工難度大，客戶分散，成本高，工期長(zhǎng)，無(wú)法滿足建設(shè)需求。柔性調(diào)節(jié)方案在#2臺(tái)區(qū)變壓器低壓出線側(cè)和線路末端安裝具備逆變和變壓功能的直流調(diào)壓裝置，可以根據(jù)供電電壓需求實(shí)現(xiàn)負(fù)載側(cè)自適應(yīng)柔性調(diào)制，在長(zhǎng)距離傳輸情況下，能夠穩(wěn)定輸出220 V和380 V電源，提升末端客戶的電能質(zhì)量，保障鄉(xiāng)村振興產(chǎn)業(yè)的可靠供電。

該方案適用于臺(tái)區(qū)末端用電負(fù)荷大或者光伏出力多導(dǎo)致末端電壓波動(dòng)明顯臺(tái)區(qū)。 臺(tái)區(qū)側(cè)安裝整流設(shè)備，將三相交流電轉(zhuǎn)換為750 V直流，使用直流配電替代原單相交流供電，在線路末端將直流電變換為交流電，給末端用戶供電。通過(guò)三相輸入提高電源供電能力，通過(guò)直流配電降低線路損耗，從而整體顯著提高末端用戶用電質(zhì)量。利用原有的電力走廊，無(wú)需或少許線路改造即可解決末端高、低壓?jiǎn)栴}。

以客戶“某某園林”為例，該戶距離村莊2#臺(tái)區(qū)直線距離約865 m，在其附近新增一個(gè)臺(tái)區(qū)，大約需要架設(shè)高壓線桿18支，架空線路2500 m，電纜約50 m，配套變壓器和臺(tái)架箱等，總計(jì)設(shè)備需投資31.6萬(wàn)元。此外，還需要考慮占路占地的民事協(xié)調(diào)費(fèi)用，和長(zhǎng)達(dá)20天的建設(shè)周期。而一套直流調(diào)壓裝置成本約3.2萬(wàn)元。通過(guò)控制裝置的逆變和變壓功能，即使傳輸距離在1000 m左右，依然能穩(wěn)定輸出380 V左右電源。該方案在解決少量、分散客戶低電壓?jiǎn)栴}上，相較于傳統(tǒng)新增變壓器更為經(jīng)濟(jì)，同時(shí)為未來(lái)電網(wǎng)向智慧化方向過(guò)渡提供了設(shè)施基礎(chǔ)。

鄉(xiāng)村智慧電網(wǎng)建設(shè)的探索與展望

為積極響應(yīng)發(fā)改委《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》中提出的“促進(jìn)存儲(chǔ)消納，高比例利用可再生能源，提升可再生能源存儲(chǔ)能力，促進(jìn)可再生能源就地就近消納?！痹谕艉铀洗逭蟽蓚€(gè)臺(tái)區(qū)內(nèi)的接入資源（包含分布式光伏8個(gè)、儲(chǔ)能設(shè)備1個(gè)、充電樁2個(gè)、臺(tái)區(qū)變壓器兩個(gè)典型負(fù)荷用戶2個(gè)），探索建設(shè)新能源臺(tái)區(qū)示范，實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)內(nèi)分布式光伏發(fā)電、儲(chǔ)能和可控負(fù)荷的集中控制，轄區(qū)內(nèi)光伏發(fā)電全額消納。

探索中對(duì)臺(tái)區(qū)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行收集總結(jié)，對(duì)臺(tái)區(qū)內(nèi)典型日光伏、負(fù)荷進(jìn)行對(duì)比分析：在冬季供暖季，上午負(fù)荷波動(dòng)小，8:30—14:00存在無(wú)法消納情況，最高富裕達(dá)10 kW；在秋季，因?yàn)闊o(wú)制冷，負(fù)荷整體下降，最高富裕達(dá)29 kW。對(duì)臺(tái)區(qū)資源情況進(jìn)行分析，臺(tái)區(qū)內(nèi)可調(diào)資源容量達(dá)469 kW，可以滿足消納的調(diào)節(jié)需求。

未來(lái)可在現(xiàn)有電網(wǎng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，以電動(dòng)汽車(chē)充放電、分布式光伏發(fā)電、儲(chǔ)能系統(tǒng)、可調(diào)負(fù)荷為主體建立虛擬電廠綜合模型，來(lái)實(shí)現(xiàn)轄區(qū)內(nèi)新能源發(fā)電全額消納，實(shí)現(xiàn)基于虛擬同步機(jī)柔性控制的臺(tái)區(qū)并網(wǎng)點(diǎn)動(dòng)態(tài)功率因數(shù)提升、諧波補(bǔ)償、電壓和穩(wěn)定支撐等功能。并通過(guò)示范工程應(yīng)用，形成可復(fù)制可推廣的含關(guān)鍵技術(shù)、裝置、設(shè)計(jì)方案的新能源臺(tái)區(qū)技術(shù)體系。

在實(shí)踐中，即墨區(qū)供電公司全面落實(shí)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略要求，在現(xiàn)有電網(wǎng)建設(shè)條件下深入探索構(gòu)建農(nóng)村清潔低碳、安全高效的綠色新型能源體系，以提升農(nóng)網(wǎng)柔性水平、整合分布式可控資源為方向，嘗試探索建設(shè)鄉(xiāng)村能源站、打造基礎(chǔ)低壓能源互聯(lián)網(wǎng)精品臺(tái)區(qū)，提升農(nóng)村配電網(wǎng)對(duì)光伏發(fā)電與多元化負(fù)荷的消納承載能力，推動(dòng)農(nóng)村清潔生產(chǎn)。