巍巍烏蒙，高聳云霄。在中國少數(shù)民族特色村寨——貴州省六盤水盤州市羊場鄉(xiāng)納木村，一套源網(wǎng)荷儲有序互動的鄉(xiāng)村新型電力系統(tǒng)正如常運行。

貴州電網(wǎng)公司根據(jù)邊遠山區(qū)農村綠色化、低碳化轉型需求，因地制宜建設六盤水羊場鄉(xiāng)新型電力系統(tǒng)示范區(qū)(以下簡稱“羊場示范區(qū)”)。該示范區(qū)通過南方電網(wǎng)公司首批新型電力系統(tǒng)示范區(qū)驗收，探索出一套適用于山區(qū)分布式電源典型場景、高效低成本的新型電力系統(tǒng)建設方案。

抓住契機 發(fā)展屋頂分布式光伏

位于烏蒙山深處的羊場納木村，以喀斯特地貌為主，有豐富的太陽能資源，年平均日照時數(shù)超過1500小時。

近年來，這里建起屋頂分布式光伏，村民擁有了自家的綠色電站，村民在使用清潔電能的同時，還可將多余的電量并網(wǎng)售賣，發(fā)電收益歸居民所有。

然而，邊遠農村電網(wǎng)普遍存在配電線路網(wǎng)架結構薄弱、供電半徑長、供電區(qū)域廣等特點，再接入波動性較大的光伏電源，其消納并網(wǎng)給農村電網(wǎng)又加上了一重考驗。

屋外太陽光照很好，家里電器反而用不了……羊場納木村的村民岑天軍找來供電所師傅檢查，原來是家里電壓達到260伏，已經(jīng)超過額定電壓，引起過電壓保護動作，導致一些電器無法啟動。

“建筑屋頂大量分布式光伏接入普遍存在‘過電壓、三相不平衡、配變重過載和諧波’等問題，不僅困擾居民用電，也對電網(wǎng)安全運行帶來一定的影響。”作為該示范項目的主要牽頭人之一，貴州電網(wǎng)公司二級領軍專業(yè)技術專家蔡永翔介紹。要解決這一難題，發(fā)展分布式智能電網(wǎng)、構建新型電力系統(tǒng)是出路。

迎來轉機 創(chuàng)建新型電力系統(tǒng)示范

走進納木村的關莊新村臺區(qū)，靠近該臺區(qū)配電變壓器的上方裝有“一箱A2紙包裝盒”大小的鐵皮箱——這里集成了羊場示范區(qū)創(chuàng)新應用的低壓交直流裝備，實現(xiàn)交流電和直流電的靈活轉換。再配上它的“智能終端”搭子，電源上路后“不堵車”“不迷路”。

得益于儲能、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新技術的快速發(fā)展，這為解決羊場納木村光伏并網(wǎng)消納問題、提升供電質量帶來了轉機。

首先要解決薄弱的農村網(wǎng)架問題。通常來說，解決大量光伏接入后的供電可靠性問題，最普遍的思路是擴容和更換配變，但臺區(qū)依山而建，供電半徑長，即便換了變壓器，末端用戶還是會存在低電壓現(xiàn)象。

該團隊創(chuàng)新采用交直流混合的新型網(wǎng)架結構，在保留現(xiàn)有交流網(wǎng)架結構和用電形式不變的情況下，構建微型獨立的閉環(huán)電能量生態(tài)，對現(xiàn)有的配電主干網(wǎng)架形成有機補充，以緩解臺區(qū)低電壓、因光伏引起的過電壓和光伏消納問題。

“我們借鑒了城市配電網(wǎng)采用直流線路降低配電損耗的思路。以最小損耗為臺區(qū)末端低電壓用戶配直流電，為大量反送的光伏電直達首端的儲能，不經(jīng)中間用戶。”蔡永翔說。

“交直流混合柔性電網(wǎng)技術還可以解決農村電網(wǎng)普遍存在的低電壓問題，相較于傳統(tǒng)改造可降低50%—80%的改造成本。”貴州電網(wǎng)公司生產(chǎn)技術部有關負責人測算，以改造2.5公里的低電壓臺區(qū)為例，傳統(tǒng)改造大概要60萬元左右，而應用該技術改造臺區(qū)只需要9萬元左右，相當于成本降低了80%以上。“低壓交直流網(wǎng)架結構充分結合了貴州網(wǎng)架特點解決了現(xiàn)實問題，建議在偏遠農村區(qū)域試用推廣。”來考察的國家能源局專家組評價。

其次，為提升光伏發(fā)電的利用率和穩(wěn)定性，配備儲能必不可少。考慮到羊場示范區(qū)多以村民的生活用電為主的特點，研究團隊以改善整體電網(wǎng)運行環(huán)境為目的，采用電網(wǎng)側儲能的方式，配備200千瓦時的構網(wǎng)型儲能，精準調制中低壓連接點的并網(wǎng)功率參數(shù)，避免電能質量問題向上級傳播，實現(xiàn)光伏發(fā)電“高儲低用”、削峰填谷和靈活調節(jié)能力。“相比于微電網(wǎng)配儲投資來說，該種配儲模式是一次因地制宜、精準定制的探索，在滿足當?shù)靥嵘╇娍煽啃缘那疤嵯拢?jié)約了常規(guī)儲能的投資成本。”蔡永翔介紹。

在“新型交直流網(wǎng)架+構網(wǎng)型儲能裝置”的有序互濟下，如今，羊場村民用上了安全可靠的綠電，在村里除了農活之外，還發(fā)展起了紅米生態(tài)加工、農家樂等新業(yè)態(tài)。2023年，羊場示范區(qū)用電量87291千瓦時，光伏發(fā)電量38368千瓦時，消納率100%，羊場示范區(qū)年電壓合格率由過去的99.91%提升至100%，過電壓率從90%降至0，過電壓現(xiàn)象不再發(fā)生。這在羊場示范區(qū)建成前，不論是羊場的村民還是供電運維人員都是很難想象的。

把握良機 開發(fā)數(shù)字化監(jiān)控平臺

散落在各家屋頂?shù)姆植际焦夥缤魈试诟鱾€山谷和平原上的涓涓細流，微小卻持續(xù)地匯入縱橫交錯的大江大河般的電網(wǎng)。如何全局監(jiān)測分散的溪流分布情況和流量大小，以保證匯入江河平穩(wěn)有序？答案是走數(shù)字化、智能化之路。

“我們通過自主開發(fā)的省域分布式光伏監(jiān)控平臺，以及自主研制‘伏羲’芯片智能終端和智能光伏斷路器，建成了‘云平臺—智能終端—系列端設備’分層的數(shù)字化體系。”蔡永翔介紹，這其中，省域分布式光伏監(jiān)控平臺可對全省分布式光伏進行風險監(jiān)測、智能評估和并網(wǎng)規(guī)劃，這是南方電網(wǎng)范圍內建立的首個對省域分布式光伏進行全面監(jiān)控的平臺。

“基于貴州電網(wǎng)公司市場營銷部提供的全省分布式光伏備案數(shù)據(jù)，我們訓練了一套人工智能算法，可以識別標記存在分布式光伏負荷曲線特征的全省臺區(qū)。”蔡永翔向記者調取了羊場示范區(qū)的分布式光伏監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以看到近期連日陰雨天氣下，光伏反送電量254千瓦時，反送時間120分鐘。在關莊新村臺區(qū)10千伏停電作業(yè)前，通過該平臺能更全面掌握停電設備。對一些未備案的園區(qū)工廠光伏，依靠監(jiān)控平臺，可對這些閑時余量并網(wǎng)的光伏進行有效調配……有了可觀、可感、可測的省域監(jiān)控平臺，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，也為農村區(qū)域分布式光伏發(fā)展提供了有效的技術參考。

目前，羊場示范區(qū)采用的新型網(wǎng)架結構及裝備和分布式能源數(shù)字化技術已在貴州省盤州、紫云、望謨、六枝、湄潭、平塘等市縣推廣應用。