基于新型电力系统实现村级自平衡策略应用研究
一、建设背景
随着“双碳”目标实践加快，新型电力系统构建稳步推进，国网公司加快配电网向能源互联网升级，高度重视分布式光伏并网、直流配网等新型电力系统配网专业发展。当前配电网分布式光伏大量且无序接入配电台区，电动汽车极速普及、台区储能的广泛应用，导致低压配电网产生极速变化，供电质量和经济运行水平快速下滑，带来许多新的挑战。
国家能源局发布了《国家能源局关于加强电力可靠性管理工作的意见》（国能发安全规〔2023〕17号）文件，明确提出电力可靠性管理是保障电力安全可靠供应的重要基础。电力供应事关经济发展全局和社会稳定大局，是关系民生的大事。要求电网企业要优化安排电网运行方式，做好电力供需分析和生产运行调度，强化电网安全风险管控，优化运行调度，确保电力系统稳定运行和电力可靠供应。大量分布式光伏、充电桩快速遍布低压配电台区，严重影响电网运行安全与供电可靠性，造成配电变压器和配电线路反向重过载、台区末端反向过电压、台区低压用户出现电压白天和晚上高低电压交替出现等情况。
基于以上原因，计划在芦荔村开展直流配电网相关技术研究，主要面向分布式光伏和新能源充电桩接入的低压台区，通过接入移动式储能和直流负荷，构建“光储柔直”低压直流配电系统，提升新能源发电和就地消纳能力，减少能源转换环节，提升能源利用效率，通过“光储柔直”与配电网协同运行，提升电网经济运行水平，提高用户用电质量。
二、主要做法
一是建设基于“源网荷储”的多台区低压柔性交直流互联供配电系统。
将凤凰岭台区、上张台区、下张台区和产业园台区进行交直流互联，其中凤凰岭台区、上张台区、下张台区之间采用AC380V低压侧交流互联；上张台区、下张台区与产业园台区采用DC750V直流母线互联。配电网低压互联系统图如下：
低压台区交流互联主要采用智能物联网开关，通过与融合终端APP进行通讯实现开关的状态识别、远程/就地控制，确保多台区能量互通互济。低压台区直流互联主要采用2台能源路由器分别部署在两个台区，中间采用直流母线互联，实现台区的能量控制与分配，其中分布式光伏、充电桩、直流负荷就近接入到直流母线，实现新能源的直流并网和就地消纳减少能源转换环节，提升能源利用效率，配置的储能系统在直流侧为电网提供能源支撑，既能实现与配电网之间能源协同作用，又能作为备用电源为电网提供电力保障。
整个解决方案包含四个台区，两种互联方式，将四个台区形成统一的整体，提高电网运行可靠性、经济性和供电质量，同时保障分布式光伏发电的充分接入和新能源的就地消纳，充分利用储能的能量跨时空调节作用同时又确保了供电的连续性与可靠性。
二是基于低压柔性交直流互联电网实现村级自平衡策略研究。
随着分布式能源的大量接入，台区负荷已无法本地消纳上网电量，造成台区反向重过载，影响系统安全。基于交直流低压互联电网，实时采集台区内的光、储、充、负载各种能源数据，制定一套台区级自平衡策略，对台区内的光储充进行远程调度和控制，实现台区下稳定运行，分布式电能台区下充分消纳，满足微网、离网运行。
通过7要素微气象仪感知台区气象变化，结合台区历史发电和用电数据，开展分布式光伏和用电负荷短期预测，及时预知未来气象变化和发电用电情，经能源自治系统分析后，对光储充和柔性负荷开展柔性控制。
光伏消纳原则：1、所有直流母线负载优先消纳光伏发电产生的电能。2、直流负载不能完全消纳光伏发电时，则启动储能对储能充电，实现新能源就地全量消纳。3、当直流负载和储能均不能完全消纳光伏发电时，通过能量路由器向两个台区（芦荔、上张）低压交流侧进行供电。
三是基于低压柔性交直流互联电网实现能源自治技术
系统能够自动检测并诊断设备故障，并给出相应的处理建议或自动处理故障。四个台区之间通过智能物联网断路器实现交直流混合互联，任意一个台区高压侧故障，可以通过远程自动（手动）控制，实现交流或直流互联，减少停电时间，确保低压侧用户及时供电。当10千伏安凌141线故障后，秒级切换至微网运行，恢复台区供电，提高供电可靠性。
一是芦荔配变故障：（上张配变故障策略类似）
1）断开QF1、S1、S2、S3开关；
2）芦荔台区下的能量路由器为VF模式（定电压定功率），上张台区能量路由器采取定直流电压控制模式，以保障直流母线的电压稳定；
3）由光伏及储能优先供直流母线段负荷，多余电量供芦荔台区交流负荷，若负荷需求量大，再由上张台区通过直流线路向芦荔台区供电；
4）当芦荔台区恢复正常后，该能量路由器自动恢复功率控制模式，实现重要负荷不断电的稳定运行效果。
二是10千伏安凌141线故障：
1）断开QF1、QF2、QF3、QF4开关；合闸S1、S3开关；
2）两台能量路由器快速切换为离网模式，形成孤岛，直流母线保持电压稳定，直流负载继续稳定运行，多余电量可供交流负荷。
3）切除非重要负荷，保留居民负荷，由构网型储能为4个台区短时供电。
4）10kV供电正常后，当交流系统恢复正常后，换流器自动恢复并网连接，按照合闸QF1、QF3、QF2、QF4，分闸S1、S3的顺序操作，恢复非重要负荷，直至全部恢复供电。
三、取得成效
一是创新引领，促进人才队伍培养。
创新引领，高质发展。在新型电力系统建设中成功为公司培养了一批技术精湛、创新能力强的技术能手，他们活跃在公司各个业务领域，为新型电力系统建设注入源源不断的动力。公司以人才队伍为基础,以创新创效为驱动,助力企业高质量跨越式发展,诞生了不少创新成果，其中,一批成果就应用于咱们的芦荔村新型电力系统建设中。同时通过村网共建电力便民服务点的建设，公司组织开展乡村电力技术人员培训，培养一批懂技术、会管理的本土人才，增强村民的用电安全与技术水平，为乡村振兴提供电力保障。
二是稻美乡村，助力乡村振兴发展。
稻美乡村，渔悦芦荔。聚焦乡村产业、入才、文化、生态、组织"五个振兴"。2024年芦荔村合作社旋耕机、收割机和烘干房用电，每年可增收30万余元、游客接待量达1.1万余人次，其中“祁遇稻田”研学基地接待研学群体10次，2000余人次，产生经济收益达20万元。助力村合作社旋耕机、收割机和烘干房用电，每年可增收30万余元。为稻田“猫咖”、多功能游乐园、会客厅茶饮和食宿场所“稻禾餐厅”等打卡点提供电力支撑。
来源：国网安徽省电力有限公司祁门县供电公司
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