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微储能型末端电网低电压治理装置

发布时间:2023-11-22 浏览次数:1353

薄弱的农村电网难以适应农民生活用电发展需求

我国的农村电网自“十一五”基本完成“村村通、户户通”,实现人人有电用,有效支撑国家脱贫攻坚战略落地。随着国民经济的不断发展,农村电气化进程也取得了长足进步,用电需求由原来的“看个电视、亮盏灯”演进至空调、冰箱、洗衣机等现代电器普遍覆盖。至2021年末,全国农村居民平均每百户空调拥有量为89台,比2012年提高250.8%;平均每百户电冰箱拥有量为103.5台,比2012年提高53.8%;平均每百户洗衣机拥有量为96.1台,比2012年提高42.9%。因此,由此引发的农网用电需求更是迅猛攀升。

虽然各省政府、电网公司每年投入数十亿元用于农网改造,但在我国中西部、西南部,还存在大量的山区、林区薄弱农网。该类地区村落布局分散、末端户数少、远离骨干电网,普遍存在台区供电半径大、线路长、电网带载能力差等问题。在烤茶/灌溉等农业生产、春节/寒暑假等年轻人集中回归,以及末端大功率电器开机运行期间,负荷陡升造成线路电流增加,导线压降大,间歇性低电压问题凸显。以现场实际案例为例,湖北广水某农网台区供电电源为一台10kV/80kVA变压器,总用电户数42户,最远分支线路距离达到5km,虽然采用了35平方铝芯电缆来尽量减小线路压降,但末端用户仍无法正常用电,供电电压随线路负荷情况在95~240V间波动。

传统的低电压治理措施实际应用成效有限

传统低电压治理措施主要有并联无功补偿、调压器调压等手段。其中,并联无功补偿是在无功源端(一般为大功率异步电机)并联接入电容式无功补偿装置,以降低系统无功电流,减小线路压降;而调压器调压则是在线路末端接入具备快速档位调节能力的调压器,使输出电压稳定在220V。

在实际应用过程中,对于并联无功补偿措施,农网末端低电压主要由线径细、阻性压降大引起,即使无功电流补偿至零,仍然无法避免有功电流压降;而对于调压器调压措施,因需串接线路,容量及可靠性受限,当输入侧电压较低,输出侧负载较大时,仍然会产生低电压问题,且该类装置会进一步降低前端电网电压,造成其他用户用电质量恶化。

农网改造高昂的投资成本给电网建设带来沉重负担

对于偏远农网的低电压问题,其最有效的措施是农网改造。通过靠近末端新建10kV供电台区,减小低压线路半径,提升用户电压质量。但该措施建设成本往往在50~150万不等,需大量人力开展杆塔、线路、配变的安装调试,持续时间长达3个月左右,改造过程中会影响用户正常用电。此外,该类项目从需求提出、可研评审、项目批复、费用下达,往往需1~3年,部分项目因投资过大导致迟迟无法解决。

综上,为攻克偏远地区农网末端低电压难题,项目团队自2020年6月起,在湖北省内偏远山区农网开展广泛现场调研,对其网架结构、用电特性、低电压成因等进行了全面、深入分析。在此基础上,依托微储能、四象限变流控制、电网运行状态感知等核心技术,成功研制了微储能型末端电网低电压治理装置;并在现场开展运行测试及装备优化升级,历经五代优化,现已在湖北地区70余个山区农网投入运行,有效支撑2022年春节保供及迎峰度夏工作,有效解决农网间歇性低电压问题,收到农网运维人员及村民的一致好评。

微储能型末端电网低电压治理装置工作原理

微储能型末端电网低电压治理装置以微储能与四象限交直流变流控制技术为核心,并联挂接于末端用户聚居点线路杆塔或电缆分支箱处,基于中长时电压预测确定最优功率控制策略,在农网夜间等负荷较轻、电压较高时段进行储能补电,在早晚用电高峰等负荷加重、电压偏低时段自动向电网补偿功率,与系统共同向负载供电,达到抬升末端用电电压的目的,并降低系统负荷高峰时的负载率,实现居民的稳定用电。

以湖北广水某台区装置投入后24h的电压情况如下:

1)在11:30~13:00、17:00~20:00等时段,台区用电负载较大,电压较低,装置自动对外输出功率,联同系统共同供电,使台区最低电压维持在198V及以上;

2)在00:00~01:30等时段,台区负载较小,电压较高,装置自动进行储能充电,保障电池续航能力,为下一次低电压时段的功率支撑做好准备。

通过对台区高-低电压时段装置充放电功率的灵活功率控制,在有效治理低电压问题的同时,保障了装置的长期、稳定运行。

基本功能

1)综合补偿

通过将装置安装在低电压问题高发的台区末端,在因系统负荷加重而导致末端产生低电压时,可自动补偿输送有功及无功功率,提升末端电压,降低系统负载,进而整体提升系统电压水平,大大提高农村电网的供电效率和电能质量,有效解决了弱联电网现存的痛点问题。单台装置即可解决3~8个用户的低电压问题。

2)智能预测

为应对农网负荷随季节、温度、节假日等因素变化而导致的负载特性变化,团队基于XGB算法开发了末端电压中长时预测算法,以便根据负荷特性的变化调整功率控制定值,提高装置支撑效果和适应能力。

3)智能运维

具备设备状态远程监测、OTA在线升级能力,可高效实现远程设备调试、状态监测、程序升级、保护预警、远程定位等一系列功能,提高运维便捷性。

(4)新能源消纳

本装置在应对台区末端低电压问题的同时,还可针对近年来因光伏接入导致农网末端间歇性高电压问题进行综合治理。

对比

   针对农网低电压治理,目前市场上较为成熟的技术路线主要包括无功功率补偿及调压器调节。本成果与以上两种技术比较,在补偿效果、线损影响、可靠性等方面均具有显著优势,三种技术的具体对比结果如下表1所示。

表1  农网低电压治理三种技术对比

截至2022年12月,微储能型末端电网低电压治理装置市场转化推广数目总计105台。以现场运行数据及用户体验反馈为基础,研发团队在硬件结构、控制策略、智能运维等方面持续优化设计,不断提升装置模块化、智能化、便捷化水平,目前已完成五代产品的更新迭代,预计于2023年1月推出第六代产品,进一步提升装置综合治理性能,确保装置在市场上的领先地位。

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