浅谈农村偏远地区用户微网系统解决方案及优势

引言

山区农村电网距离电网变电站布点普遍较远,虽然已有配网基本覆盖现有的供电范围,但由于农村山区存在一些个体特色养殖用户,导致部分用电报装处于较为偏远的地段,现有供电方式较难合理满足此类用户的供电需求。本文以广东韶关乳源农村偏远地区为例,讨论了农村偏远地区用户微网系统的解决方案以及相比常规业扩项目的优势。

1乳源电网现状

乳源电网属于典型的农村山区电网,其网架基础较为薄弱且低压用户十分分散,根据《南方电网公司推进业扩工程投资界面延伸工作方案》要求,广东电网应将投资界面延伸至客户规划用地红线,打通用电服务"最后一公里"。就乳源电网而言,以2017年为例,乳源新报装86用户,其中57用户与最近电网的距离超过1km,属于偏远用户,目前此类用户主要依靠拉超长距离的低压线路或延伸10kV线路并新建配变来解决其供电问题,但往往存在供电质量差、投资效益低、建设速度缓慢等问题,已不能满足乳源地区农户创新创业和提高生活水平的现实需求。

2用户微网建设的必要性

针对乳源地区部分用户地理位置极端偏远,现有供电手段无法有效满足等问题,可以考虑建设用户微网,其必要性主要体现在以下几个方面:

(1)提高偏远用户供电电压质量。通过在用户处并接光伏、风电等分布式电源,依靠分布式电源出力特性,有效解决因低压线路过长而产生低电压问题。(2)提高偏远用户用电可靠性。通过建设用户微网,在正常工况下并网运行,而在电网故障或计划检修时能够离网运行,进一步保障用电可靠性。(3)提高电网建设和运营效益。通过微网模式就地解决用户用电问题,避免因个别用户而导致10kV线路延伸和新建配变造成投资效益过低的问题,同时分布式电源所发电量还可以满足邻近用户的用电需求,降低线路损耗,提升电网运营效益。(4)提高业扩项目建设速度。传统的业扩配套建设模式在山区电网往往涉及沿线土地青赔和架线施工难度过高等问题,导致其施工建设周期较长,而采用用户微网模式所涉及的问题较少,能够有效保证其建设速度,提升服务质量。

3用户微电网技术方案

结合山区农村配电网的微电网实际建设条件,因地制宜确定微电网的供电设备和软件系统,具体包括:

(1)电源:分布式光伏、分布式风电、小水电等分布式清洁电源中的一种或多种作为微电网的主电源。(2)网架:改造或新建微电网线路,适应负荷的实际及增长需求,并以0.4kV低压供电线路作为微电网负荷供电的后备电源。(3)负荷:开展负荷状态的实时监控与调度的需求侧管理工作。(4)储能:与主电源配合对负荷供电,保证分布式电源就地消纳,并作为主电源失电时的紧急备用电源。(5)微电网能量管理系统:建立微电网能量管理系统,可对山区微电网进行全面监控以及能量优化运行管理。

通过方案的实施,可以全面监控微电网的运行状态及能量优化运行管理。在主电源与储能系统正常运行时,对微电网进行监控与能量优化运行管理,实现分布式电源的高效利用和系统稳定运行:在主电源失电时,储能系统作为紧急备用电源进行短时间供电:0.4kV低压供电线路作为微电网的后备电源,保证微网电源(主电源与储能)出力不足或故障时的用电可靠性,提升配电网运行水平。

4建设方案经济性评估

4.1解决方案对比

以麻子顷配变台区的两处低压报装用户(总报装容量预计30kw)为例,考虑以下两种供电方案:方案1为常规业扩报装建设方案,通过延伸10kV线路并新建配变解决其供电问题:方案2为用户微网建设方案,通过建设光储微网就地解决用户供电问题。

方案1:常规业扩报装建设方案,如图1所示。采用业扩配套工程,拟在110kV鹰峰站10kVF1A工业园I回麻子顷#8杆架设约4505m的10kV架空线路,并在负荷点新增1台S13型、容量为30kVA的三相变压器。该工程总投资估价约96.3万元。方案1建设周期:方案设计到实际投产约5个月,如土地青赔不能顺利进行,则建设周期会更长。

方案2:用户微网建设方案,如图2所示。微电网母线通过快速切换开关接入主电网,支持并网/离网运行,改造及建设一套分布式电源、储能一体的微电网系统。方案2建设周期:方案设计到实际投产约3个月。具体配置如表1所示。

4.2经济对比

经济性比较采用常用的"年费用比较法",即将参加比较的方案计算期的全部支出费用折算成等额年费用后进行比较(表2),年费用低的方案为经济性较优方案。

(1)总投资比较。对比总投资,方案1总投资约为96.30万元,方案2总投资约69.72万元,方案2比方案1节省26.58万元。(2)年运行费用对比。方案1年运行费用约1.93万元,方案2实际年运行费用约1.39万元,但是考虑到光伏的发电收益每年约0.95万元,扣除后年运行费用降低为0.44万元。以方案1为基准,方案2年运行费用每年节省1.41万元。(3)生命周期总投资对比。按22年计算,方案1在生命周期内总投资约为134.82万元,而方案2仅为58.61万元,方案2比方案1节省96.21万元。(4)工程年费用。方案1等额年费用为11.53万元,方案2等额年费用为5.99万元。方案2比方案1节省4.18万元,相对更优。

对比以上经济指标,采用用户微网的方案2经济性优于方案1,能够节省较多投资,同时带来较大收益。

5优势总结

(1)经济投资优势。常规业扩项目经济投资较大,而用户微网投资较小,根据以上对比,为解决同一区域的报装用电需求,采用用户微网方案将会比采用常规业扩方案节省22万~32万元。(2)收益优势。采用用户微网方案可以通过发电给电网带来收益,根据计算,在生命周期内,19kw的光伏用户微网将会给电网带来约11万元的收益。常规业扩项目则无发电收益。(3)供电质量优势。由于常规业扩方案供电用户一般位于电网末端,故供电质量得不到保障,可能会存在由于其他电网原因导致电压偏低的问题。采用用户微网方案,供电电源直接给用户负荷供电,供电质量能够得到保障,可满足用户的供电需求。(4)适用场景。用户相对较少且位置极端偏远,现有供电手段无法直接满足用户的用电需求,需要业扩项目才能解决用户供电需求,可考虑采用用户微网进行供电。

6结语

用户微网系统采用分布式电源组建微网保障供电能够有效解决偏远山区用户用电服务"最后一公里"的问题,对比常规业扩项目,用户微网投资相对较少,经济性能较优,建设周期较短,能够及时满足用户用电需求,同时也能给电网带来部分收益,可解决常规业扩项目投资效益低、建设速度缓慢等问题。