分布式自治微电网与农村电网融合的优化设计与实现

0引言

当前,农村配电系统在结构布设与运行适应性方面暴露出显著短板,普遍存在馈线结构松散、电压偏差频发与负荷分布失衡等问题,难以匹配分布式可再生能源的多点接入模式[1]。10 kv馈线末端区域在遭遇光伏、水电等可变电源并网时,常伴随电压波动扩展、短周期功率冲击与调度响应滞后,系统稳定性承压显著。面对现有运维机制对边界状态识别与局部控制能力的制约,亟需引入具备自主识别、并离网切换与状态协同能力的自治微电网结构[2]。本文围绕上述技术背景,聚焦储能布设策略、柔直通道设计与区域划分逻辑,提出具备现场落地能力的系统架构,并完成性能量化验证与策略联动推演,为农村电网与分布式微电网的融合提供完整的设计路径与应用模型。

1 工程概况

从化区桃莲村位于广州市北部丘陵地带,属生态旅游与康养融合发展的重点片区,区域内分布式能源资源丰富,已建光伏装机容量达1901.66 kwp,小水电装机容量1 600 kw。原配电网络为典型10 kv放射式结构,馈线末端长期存在电压偏移大、负荷聚集区响应迟滞与抢修覆盖不足等运行瓶颈,难以适应持续增长的用电需求与分布式能源多点并网的动态特性。本工程面向典型馈线末端区域,构建以“微电网 自治单元—结构耦合配域—配电主网”为主干架构的融合模型,在多个台区布设具备构网能力的储能节点与柔直互联系统,并设立边界控制节点与状态识别通道。系统运行由远程调控平台统一管理,通信体系采用主干—局域协同结构,实现数据回传、状态识别与指令同步三类功能。设计强调在主网故障隔离或离网场景下维持子区域自治运行,构建具备边界缓冲、状态闭环与功率动态调节能力的融合台区结构,提升典型农村场景下的供电稳定性与系统适应力。

2分布式自治微电网与农村电网融合的优化设计

2.1 融合架构设计

融合架构设计围绕10 kv农村配电网与本地微电网的协调运行需求,构建由源侧 自治控制与负荷侧刚性供电协同构成的分层式结构模型。整体架构分为五个逻辑层级:微电网 自治单元、农村配电主网、结构耦合配域、能量调控平台与通信数据体系。如图1所示,系统左侧为分布式微电网单元,接入光伏、水电等本地可再生能源,通过感知装置和控制器完成台区状态监测与自治运行。右侧为传统农村10kv配电网络,承载变压器节点与末端居民负荷[3]。两者之间通过并网接口、功率控制节点与数据集散模块构建结构耦合配域,形成动态并离网调节路径。系统调度平台集中部署于能量管理系统中,设置信息交互接口与状态识别机制,实现对微电网的远程调控与运行优化。通信层支持数据采集、状态回传与控制指令同步,采用无线回传与有线主干互补方式构建分布式控制网络,为系统各级联动提供基础支撑。

2.2 关键技术实现

2.2.1 台区储能容量配置

储能系统配置依据子微网内部负荷峰值与运行耦合关系设定,采用集中点布置与分散功率覆盖策略,按负荷聚合分布对典型台区进行容量核算。采用容量配置表达式如下:

式中:pstore为子微网储能额定功率(kw);pimax为第i个台区峰值负荷(kw);λi为负荷同步系数;n为子网台区数量。

容量系数推荐值区间取0.65~0.80,电能容量按2 h支撑时长设定。各储能节点容量需小于所在配变额定容量,具备逆变控制与构网运行能力[4]。配置位置优先选择负荷聚集与互联节点,确保调节辐射范围覆盖最大台区聚类。系统运行时,根据台区数据采集终端反馈负荷曲线,匹配实时负载分布动态调整放电功率,维持本地供需闭环。台区间存在负载偏移则利用柔性互联机制协调功率补偿。储能系统集成于子网控制器端口,参与本地频压反馈计算与状态评估机制,维持供电稳定性与切换协调。

2.2.2柔直互联通道布设

柔性直流互联通道在构建自治子网时采用链式布局结构,通道走向依台区物理距离与负荷聚合态势优化。路径评估采用最短物理路径优先策略,结合负荷节点响应能力与互联权重分布进行布设组合。实际工程中结合现场地形与设备性能,经测试通道长度在不超过1 000 m范围内亦具备良好运行稳定性,须同步配套电压补偿模块与压差调节器优化链路性能。布设结构采用双向±750 V母线配套中继端口方式,通道两端配设电压匹配模块与防回送控制器。柔直通道不跨越变压供电主干节点,仅构建在变压器下游负荷侧子台区范围内。在互联拓扑构建时,各通道耦合点须具备互联识别编码与边界开断机制[5]。未配储能台区须具备本台区最大负荷对应互联容量,保证功率互济需求;已配储能节点互联容量应覆盖其余互联路径负荷总量,支撑并发调节。各互联节点装设回馈调节器用于动态压差跟踪,平滑小功率扰动时段切换边界行为。互联链路运行状态实时上传至微电网控制平台,用于动态构建通道功率映射矩阵与节点联动逻辑。互联状态调度由本地场景识别模块判断电压偏差量与功率趋势,触发通道级联调度或部分路径断开策略,提升自治子网柔性调节边界。运行阶段,各通道实时采集电压、电流与反向功率指标参与局部匹配计算,由并离网调控系统设定通道活跃状态与功率引导策略。电压约束条件下,柔性通道优先调动配储节点进行电压补偿,非稳态时段由主动负载抑制模块接入限流策略平抑功率冲击。

2.2.3微电网区域划分

微电网区域划分以低压台区之间物理距离矩阵为基础,结合路径最短原则与台区负荷响应聚合态势构建子网边界。图2所示为典型划分示意图,T1、T2、T4划归子区域A,T5、T6、T7划归子区域B,T2与T6间配置柔性互联通道,实现子区域间最小距离连接与边界支撑。每一子区域内部任意两个台区之间最大路径长度不得超过500 m,多满足条件的台区优先与最近邻节点构成同一子区域。边界台区设定耦合节点,布设互联端口或储能节点作为调节单元核心构建点。区域划分需保证每一子微网可独立运行,边界条件下具备自主功率调节能力。拓扑生成中,各台区以距离矩阵构建邻接表结构,设定单跳连接门限,依据连通性聚类规则生成子区域集[6]。未满足子区域形成条件的孤立台区构建为独立单子微网,运行状态受控于主控系统远程调度。负荷密度高的聚集区优先形成聚合子微网,负荷偏移显著区域配置柔性互联作为缓冲带。区域划分完成后将各节点映射至控制器子任务集中列表I实现状态归类、调度策略绑定与设备逻辑映射。

3优化验证分析

3.1 实验设计

实验以典型10 kv农村台区作为对象,采用对照组与实验组并行验证方式开展。对照组为传统架构,采用单向放射型配电系统,未配置本地储能单元,台区之间不具备功率互济能力与状态联动机制,各子台区完全依赖主干馈线供电,在应对多源接入、负荷扰动与故障隔离等方面存在刚性供电边界、响应迟滞及控制粒度不足的问题。 实验组为本文构建的优化设计方案,在上述传统结构基础上,增设储能系统、柔性互联通道与微电网区域划分机制,构建自治型融合结构,实现台区间功率调节、边界柔性响应与本地状态自识别能力。两组系统分别部署于T1~T7台区,优化组内部进一步划分为子区域A(T1、T2、T4)与子区域B(T5、T6、T7),T2与T6间布设柔直通道以支撑子区域间互联协同。部署过程中,统一安装感知终端、柔性链路与构网型储能装置,通信架构采用有线干线与无线数传组合,所有节点接入主控调度平台。 控制策略方面,优化组加载完整的状态映射、节点识别与功率调节模型,并设定边界条件与故障响应策略,用于模拟并离网切换与自治调控情景。各台区采集节点持续回传运行数据至云端平台,供后续性能评估与策略迭代使用,确保对不同架构下的各项运行指标进行量化分析和系统性对比验证。

3.2 效果分析

应用结果如表1所示.

状态识别延时由183.67 mS压缩至92.14 mS,源于节点状态映射架构中引入边界前置检测模块,控制器不再依赖全局广播查询,而采用局部扰动引导式映射结构,提升状态同步速率并缩短节点判别周期。故障响应时长从4.96S降至2.37S,归因于柔直通道构成的链式互联结构支持单点故障快速链路切换,台区间具备跨域跳转能力,路径重构机制结合互联编码与断点识别算法将响应流程并行化执行。峰谷负荷差比由2.84%降至1.39%,储能放电窗口调度与负荷预测双向绑定,控制平台基于区域负荷时序模型动态设定削峰启闭阈值,降低短时负载跃变对供电曲线的扰动。 功率波动率从17.83%下降至9.42%,链路压差反馈策略与边界台区的功率互补机制构建多通道动态平衡网络,在非稳态负荷迁移下有效平滑局部尖峰。控制误差由6.71%降低至3.26%,区域控制策略采用历史响应拟合与误差回推算法构建动态调参矩阵,反馈路径压缩回传周期并精细化指令调整。负荷满足率由79.34%提升至93.56%,主网断供场景下构网型储能节点结合互联路径反向送电机制形成多源冗余补偿,使短周期负载缺口被自主覆盖。通信成功率由89.93%提升至99.16%,主从异步通信机制引入帧预占策略与双向链路确认流程,有效缓解密集指令阶段的帧碰撞与节点脱链现象。功率调节频次由8.06次/d增至22.38次/d,微网控制逻辑由被动响应式转向预测修正式,状态识别模块每周期根据负荷趋势预测结果动态生成局部修正序列,提升系统对细微扰动的快速感知与持续调节能力。

4 结束语

本研究围绕10 kv农村电网与分布式微电网的融合场景,构建多源协调、结构分层、调控闭环的系统架构,落地储能容量配置、柔直通道布设与子区域划分三项关键机制,并完成部署验证与性能分析。未来可在更复杂负荷结构与更大区域范围内拓展模型应用,推动农村电网向智能自治形态演进。

[参考文献]

[1] 易姝娴,王晶,梁伟宸,等.面向农村配电网电压优化控制的自适应动态分区方法[J].电力系统及其自动化学报,2025,37(3):110-119.

[2]李小枕.考虑不确定性 自治的微电网 自平衡规划方法[J].海峡科学,2024(8):42-47.

[3]张志远,武永军,李熙钦,等.基于多目标粒子群的农村微电网源网荷储协同优化运行 [J]. 电网与清洁能源,2025,41(4):113-119.

[4]张琳娟,周志恒,陈婧华,等.含电动汽车的县域光伏台区储能容量优化配置研究 [J].供用 电,2024,41 (10):101-113.

[5]张港.含嵌入式直流的柔性互联配电网供电恢复技术研究[D].贵阳:贵州大学,2023.

[6]魏泽林.基于合作增量准则的微电网群划分与规划研究[D].秦皇岛:燕山大学,2024.

《机电信息》2025年第23期第9篇