云南昆明、贵州盘州分布式光伏与农村智能配电网调研报告.docx

云南昆明、贵州盘州分布式光伏与农村智能配电网调研报告调研背景随着整县光伏等一系列政策的推进，分布式电源主战场走向农村。农村地区资源潜力巨大，根据国网能源院预测，2025年农村分布式光伏技术可开发潜力为10亿千瓦左右，主要场景集中在农村住宅屋顶、滩涂、鱼塘、农业大棚、水库等；农村分散式风电技术可开发潜力达2.5亿千瓦，主要场景集中在林地、园地和牧草地。“十四五”可再生能源发展规划提出的千家万户沐光行动和千乡万村驭风行动：即建成100O个左右光伏示范村；推动100个左右的县、100OO个左右的行政村乡村风电开发。2023年前三季度，全国光伏新增装机1.3亿千瓦，全国光伏发电装机容量达到5.2亿千瓦时，比2022年底的3.9亿千瓦时增长30%o分布式光伏发展更为迅速，新增装机6700万千瓦，比2022年底的1.5亿千瓦增长44%。分布式光伏的快速发展，为国家乡村振兴战略的全面实施提供了清洁绿色的农村能源供应的同时，也促进了农民富裕和生态治理。但是，大量分布式光伏位于负荷较小、空间资源丰富的农村地区，分布式光伏出力与用电负荷的不平衡布局、光伏发电的反调峰特性，导致农村电网出现消纳困难、设备过载、电能质量等一系列问题。据统计，2023年17月，河南累计反向重过载配变3.2万台，已出现因反向重过载导致配变烧毁现象。据测算，河北98个县中有54个县已无分布式光伏可接入空间。为了解南方电网在应对分布式光伏发展、农村能源转型,以及新型农村电网建设方面的先进经验，2023年11月底，中国电机工程学会农村电气化专业委员会组织专家，对云南昆明、贵州盘州等地的分布式光伏、新型农网发展情况进行了深入调研，总结了其面临问题、亮点做法，并提出了一些思考，供农村电网、农村能源研究和管理人员参考。农村分布式光伏发展的影响与对策：以宜良为例本次选取昆明市光伏资源丰富、分布式光伏发展迅速的宜良县，调研分布式光伏发展现状问题与解决对策。宜良县基本情况宜良县隶属云南省昆明市，是云南省太阳能资源较丰富的地区之一，全县2022年售电量10.4亿千瓦时。现有220千伏变电站2座，110千伏变电站6座，35千伏变电站10座。10千伏公用线路98条，中压配变3729台。宜良县已投产分布式光伏228个，总容量9.1兆瓦。其中，居民家庭分布式光伏191个，合计容量4.5兆瓦；其他分布式光伏37个，合计容量4.6兆瓦。居民家庭分布式光伏月发电量约35.0万千瓦时，上网约33.5万千瓦时，自发自用1.5万千瓦时，自发自用比例仅4.3%；其他分布式光伏月发电量约36.2万千瓦时，上网19.6万千瓦时，消纳16.5万千瓦时，自发自用比例约45.6%。到2025年，宜良按照“宜建尽建”、合理配置原则，规划建设分布式光伏项目四期，总装机容量201.6兆瓦。值得注意的是，宜良在整县光伏推进时，采用统建统营模式，全县由1家（也可多家）运营商进行统一开发，以租赁、分成等方式，与行政办公、工商业企业、居民共同开发屋顶光伏资源。电网面临问题一是电网承受能力面临重大考验。宜良配网基础相对薄弱，目前中压过载线路占比2.1%,重载线路占比8.4%；公用重载配变占比3.5%,过载配变占比1.6%,三相不平衡台区占比9.8%o低压线路老化、线径“卡脖子”台区占比17.1%。随着高比例分布式光伏“井喷式”增长，出现反向重过载、三相不平衡情况，对县域台区配变及网架承载能力将造成极大压力。二是就地平衡不足，电压抬升明显。宜良目前接入公变的197个光伏安装点，其中100余台公变电压不同程度受光伏上网影响，电压明显抬升的公变有50余台（多为农村台区）。电压明显抬升的公变共接入低压用户100OO多户，户表最高电压均超过240伏，其中250伏以上的用户占比约72虬三是电能质量问题较多，电网设备难以兼容。随着电能替代设备的增多，配电网可能在不同时段面临过载、过电压、三相不平衡、低电压等问题，不同的问题需要不同的治理控制策略与运行方式，而当前配网治理手段及装置多针对某一类型问题设计，难以兼容实现低电压治理、过载治理、三相不平衡、分布式光伏上网造成电网波动等问题治理。四是新能源随机性强，电网规划难度加大。电网规划是在负荷预测、电源规划之后进行，而目前宜良分布式电源的位置、容量及负荷大多还不确定，导致接入分布式光伏突破了传统的方式，无法准确考量分布式电源在停发、满发两种极端状态下对区域负荷的影响程度，给电网系统的负荷预测和规划带来许多未知因素。五是设备标准不一，运维管理难度加大。配网设备种类多，光伏、储能厂家众多，多类型通信方式混合并存，单独对各产品进行定制化的数据采集和调控算法软件开发必将增加时间以及硬件成本，分布式光储设备难以进行人工巡查，面板、电池、逆变器等设备状态难以实时分析查看，设备运维难度大。典型台区情况以典型的线务站公变和地马村1号公变为例。线务站公变：变压器容量315千伏安，低压用户104户,接入工商业屋顶光伏113.4千瓦。月度发电量约1.25万千瓦时，上网电量约0.91万千瓦时。年发电量约15万千瓦时左右，年自用电量约4.08万千瓦时左右，自用比例约27.2%o线务站公变光伏接入后，台区78%以上的低压用户最高电压超240伏，最高达248伏，仅22%的低压用户平均电压在235.4伏以下。台区最大三相平均负载率96%,平均三相负荷不平衡率81%o地马村1号公变：变压器容量315千伏安，低压用户341Z3,接入3家居民光伏，合计装机92.4千瓦。月度发电量0.16万千瓦时，2023年累计上网电量1.8万千瓦时，自用电量约0.8万千瓦时，自用比例约44%。年发电量最大主要集中45月。地马村公变光伏接入后，首端最高电压达250伏。最大三相平均负载率40%,平均三相负荷不平衡率62%o主要对策为应对分布式光伏接入对电网的影响，宜良供电局目前初步形成以下对策：一是加强电网监测和管控。10千伏线路层面，通过配自开关实现了线路运行数据（电流、电压、有功等数据）的实时监测、实现可观、可控。低压台区层面，通过配置配变监测终端，实现了对电流、电压等数据进行监测和转发，通过电压监测系统、计量系统对配变台区负荷、三相平衡度、线路设备运行情况等实时监测。二是分布式光储系统边缘自治控制。在骆家营2号公变采用“配变监测终端+分布式储能系统”方式，管理平台云边协同，实时监测台区配变线路运行状况。该做法提升了就地就近消纳能力，还解决了配变、低压支线反向重过载和用户过电压问题，同时提升了单台配变分布式光伏接入容量，具有一定的借鉴意义。农村智能配电网探索实践：以贵州盘州分布式智能配电网为例高比例分布式光伏下的盘州农村电网问题随着农村电网中分布式光伏装机比重增加，在调研中发现，盘州电网部分地区的电压越限、变压器过载、三相不平衡等问题较为突出。一是电压越限问题。在光伏大出力时，极有可能产生电压越限问题，馈线末端造成过电压。当馈线末端过电压现象较为严重时，会导致用户家用电器无法启动，从而导致用户用电体验降低，甚至烧毁家用电器，可能导致用户频繁投诉。二是变压器过载烧损。当分布式光伏反送功率足够大时,会导致变压器重载、过载现象，甚至造成变压器烧损。相同的重/过载程度，但反向重载会比正向重载更容易增加配电变压器的运行铁芯饱和。三是三相不平衡问题。以盘州羊场乡为例，区域屋顶光伏平均容量35千瓦，采用单相并网，并网位置和容量随机性较大，加之光伏的间歇性、随机性和波动性，三相不平衡问题极为突出。盘州羊场乡三相不平衡率较为严重的光伏台区有12个，平均三相不平衡率为397%。基于以上问题，贵州电网选取六盘水市盘州羊场乡纳木村，开展乡村分布式智能电网示范区建设。羊场乡乡村分布式智能电网示范区示范区概况。贵州省盘州市羊场乡纳木村是国家美丽乡村、省级文明示范村、中国少数民族特色村寨，全村共有3520人。目前，纳木村关庄新村台区（315千伏安）用电居民81户，用户光伏装机216千瓦；桥孔2号台区（50千伏安）用电居民25户，用户光伏装机30千瓦；光伏车棚的光伏板57块，其光伏装机30千瓦。分布式光伏高比例接入下，示范区电网存在以下问题：一是由于农村地区负荷具有“季节性+迁移性”特征，电网投资和设备利用率间难以平衡；二是丰富的屋顶资源吸引分布式光伏大量接入电网，但清洁能源消纳需求与薄弱网架结构间难以平衡；三是农村依靠电能助力产业升级转型需求旺盛,电能替代爆发式增长，但电网供电可靠性提升和投资受限难以平衡。示范工程建设情况。贵州电网公司六盘水供电局、贵州电网公司电科院于2022年启动盘州市羊场乡村分布式智能电网示范区项目建设。（1）总体架构示范区的建设包括新型网络结构及装置、数字能源。新型网络结构及装置方面，采用交直流混合的网架结构，潮流灵活可控、网络柔性互联，形成一系列交直流电网结构和主动支撑装备，在中低压侧形成结构清晰，局部坚韧、快速恢复的智能体，对现有的配电主干网架形成有机补充。数字能源方面，构建省域分布式能源主站，实现分散资源的主动聚合，满足分布式资源接入后的“可观、可测、可控、可调”，为整县光伏开发商、综合能源服务商等提供辅助服务。（2）新型网络结构及装置多台区间柔性互济：在纳木村关庄新村台区（315千伏安）和桥孔2号台区（50千伏安），分别安装柔性互济装置（2X100千伏安），台区间通过±375伏直流线相连。通过低压配电台区交直流互联，实现低压配电台区正常运行时的动态增容、变压器负载率平衡；同时提升分布式电源接纳能力，实现光伏发电的跨台区的就地消纳。台区内交直流一体化配电网：在纳木村关庄新村台区（315千伏安）首端、末端分别安装交直流一体化装置（2XloO千伏安，双向变流器），装置间通过±375伏直流线相连。交直流一体化配电网可有效解决台区因供电距离长、末端负荷大等引起的末端低电压问题，以及光伏接入引起的末端高电压问题，也可解决原有线路容量不足问题。同时，由于设备采用直流输电，用户侧三相不平衡问题得到同步解决。低压直流配电网：将光伏车棚内的30千瓦时光伏板和60千瓦模块化充电桩，直接通过DC-DC装置并入台区互济的±375伏直流网络。光伏车棚接入互济直流母线，分布式光伏发电配合充电桩可实现光伏的本地消纳。本地无法消纳时,可通过互济系统，实现关庄新村公变与桥孔2号变两个台区的共同消纳，提升电网消纳能力和灵活性。构网型储能变流器：在纳木村关庄新村台区低压侧，配置一套200千瓦时储能装置，同时储能变流器可切换至构网型运行策略。一方面，该套装置可实现低压母线的并网功率平抑，避免电能质量问题向上级传播，具备一定的削峰填谷能力；另一方面，自行构网缓解10千伏线路的复电压力，提高供电可靠性。光伏智能断路器：在纳木村关庄新村台区低压400伏分支安装分支断路器，在用户侧安装用户断路器。光伏智能断路器为分布式智能电网的神经末梢，从广度上提升物联网络的感知能力、调控能力。光伏智能断路器除实现基础的光伏保护、事件预警、测量计量功能外，同时其分层分布的部署架构为分布式新能源台区实现线损计算、回路阻抗分析、低压故障判断、电能质量监控等功能的实现提供技术支撑。(3)数字能源能源协议转换装置：在光伏板和充电桩处安装能源协议转换转置，通过对不同设备协议的测试，给出与之相匹配的协议，最终实现对光伏和充电桩的可观、可测、可调。该装置可协同调节区域内风光储设备，避免直接干预末端用户新能源设备，提高电网接纳间歇式新能源能力。新能源网关：分布式新能源物联网的自治核心，采用“硬件平台化、功能软件化、结构模块化、软硬件解耦”的思路研制，一方面对物联网平台上送台区侧各智能设备的遥信、遥测、电度、电能质量等信息和分布式电源的运行状态，另一方面接收平台下发的智能策略命令，经就地边缘计算分析后下发给智能光伏断路器、台区柔性互济设备等。建设成效以台区内交直流一体化配电网为例，改造前关庄新村电压合格率仅32%,大部分时段电压处于越上限状态甚至超过额定电压的1.l倍，台区整体电压问题严重；改造后电压合格率达到86.3%,供电质量得到大幅提升。技术推广至麻地公变台区，改造前长期存在末端低电压，用电高峰末端电压170伏；改造后电压稳定在198220伏。同时，该技术可利用现有电力走廊进行同杆架设，大大节省了电网建设改造投资。思考与建议一是农村分布式光伏发展是推动乡村振兴、共同富裕的抓手，应予以高度重视。农村地区屋顶资源丰富，是光伏发展的重要载体。农村屋顶光伏建设在推动农村能源低碳转型的同时，可为农户提供连续20年以上产生稳定的发电收益或租金收益，有助于带动农户致富，让农户切实分享能源转型、低碳发展的时代红利。调研中发现，盘州市羊场乡屋顶光伏建设不仅让农户赚到租金，还可以免费使用光伏电；昆明宜良县很多居民每年靠光伏收益可达万余元，投资收益远高于理财和养老保险。建议各地政府高度重视农村分布式光伏发展，稳定市场秩序，切实将光伏产业发展为保民生、促共富的重要手段。同时，政府应大力支持、引导农村大力开发特色产业，提高负荷水平，加大分布式光伏就近、就地消纳能力。二是分布式光伏无序发展给农村电网带来诸多问题，不应被轻视。在国家“双碳”目标的指引下，我国农村分布式光伏发电将逐年大幅度增长。而农村地区本身存在电力负荷较轻、电网基础薄弱等问题，农村大规模发展分布式光伏发电，必将对传统的农村电网带来挑战和深远的影响。调研中发现，因光伏无序发展导致的农村电网设备承载力不足、电压越线、三相不平衡等问题非常突出。宜良线务站台区下78%以上的低压用户最高电压超240伏，盘州羊场乡三相不平衡率较为严重的12个光伏台区平均三相不平衡率达到397%o建议各地政府、电网公司高度重视分布式光伏发展带来的问题，提前介入，加大配网建设和改造力度，做好农村分布式光伏规划布局和接入工作，积极采取合适的补贴机制，确保农村电网稳定运行。三是统建统营方式可更加高效地推动农村分布式光伏发展，可借鉴推广。目前，各地发展分布式光伏的商业模式多样，一般采用农户自投、屋顶租赁或合同能源管理模式，基本依靠农村自发建设或光伏安装企业发掘市场，该种模式较为混乱无序，给电网带来较大压力的同时，还会出现高价出售、骗取贷款、建而不运等侵害农户利益等情况。宜良县采用统建统营方式，即整县由政府组织，选取优质开发商，协调推进全县分布式光伏开发和运维。该方式保障了分布式光伏快速高质量发展，有利于统筹光伏发展与电网建设，同时切实防范了不良企业侵害农民的切身权益。建议各地政府可借鉴统建统营模式，同时做好统筹管理，加强光优建设主体与电网公司的衔接，确保整县光伏开发有序推进。四是分布式储能是解决高比例分布式光伏发展的有效手段，有条件的地区可选择推广。由于分布式光伏前期无序发展，部分地区已因分布式光伏发展带来巨大问题，前期国家能源局组织开展分布式光伏接入电网承载力及提升措施评估工作，已出现多地分布式光伏无可开放空间的问题。选择部分试点配置分布式储能，可有效克服光伏发电的间歇性和波动性问题，大大提升电源供电保障能力和调动负荷响应能力。宜良地区在骆家营2号公变配置分布式储能，切实提升了分布式光伏就地就近消纳能力，解决了配电设备反向重过载、过电压问题。当然，分布式储能也存在初始投资成本增加、利用率不高、项目回本周期延长等问题。建议各地政府、电网公司，可结合区域经济水平、光伏收益情况，试点开展分布式光伏配储工作，实现分布式光伏的友好接入。五是台区内低压交直流一体化模式是解决电网末端问题的有效方式，可试点推广。目前，针对分布式光伏接入、农村电网薄弱等问题，在中高压电网层面，已有成体系的解决方案，但是对于直接关系到用户的台区内380伏/220伏相关问题，解决方案却相对较少。交直流一体化配电网可有效解决台区因供电距离长、末端负荷大等引起的末端低电压问题,以及光伏接入引起的末端高电压问题，也可解决原有线路容量不足问题、用户侧三相不平衡等问题。盘州羊场乡采用低压交直流一体化模式，切实解决了关庄新村分布式光伏接入后台区长期高电压、低压线路截面小等问题。昆明西山也采用柔性直流技术，解决了“马鞍山#4公变"台区低电压问题。建议各地电网公司高度重视低压电网现状问题，对有条件的地区，可试点开展低压交直流一体化模式应用。六是多样化的偏远山区微电网模式可解决农村电网供电难问题，可试点推广。随着我国电力行业的发展，电网的建设逐渐完善，但在偏远山区，由于施工难度高、负荷偏小等客观因素限制，电力供应仍存在供电成本高、供电质量差等问题。随着乡村振兴落地，农村对电力需求逐步提高，但高供电成本使得山区供电的经济效益显著不足，微电网模式可有效解决偏远山区供电难问题。云南迪庆州维西县三坝乡建成全国首个高原高寒地区“水光储”智能微电网示范工程，现以微电网自发自用为主，大电网提供安全支援和应急备用为辅的偏远山区供电新模式，实现年平均停电时长从IlO小时大幅降低至8小时。建议各地政府、电网公司结合山区电网实际情况，试点开展山区微电网建设，以相对经济的方式,保障农民对可靠供电的需求。