智能电网促农村能源绿色低碳转型
发布日期：2023-04-12
作者：法腾电力
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“双碳”背景下，推进清洁化、低碳化已成为必然趋势。电力系统是实现碳达峰、碳中和目标的重要支撑和主战场。在风电、光伏产业引领优势和绿色低碳理念深入人心的双重推动下，我国能源向低碳清洁方向转型升级迎来了历史性契机。然而，新能源的间歇性、波动性和不可预测性给电网安全带来了巨大挑战。为了解决这些问题，电力系统迫切需要数字化赋能，构建新型电力系统，以满足电源清洁化、柔性化和数字化等特点的要求。与此同时，国家农业现代化建设不断推进，农村用电量持续快速增长，农村配电网作为供电服务的“最后一公里”，也面临着诸多挑战和困难。
农村电网安全面临的挑战
可持续能源的多元化接入和用电需求的快速增长给农村地区可靠供电带来了新挑战。
首先，新能源发电单元容量小、数量众多且风光等新能源存在不稳定性。大规模接入这些新能源将会增加电力系统的不确定性和复杂度，从而对电网的安全和稳定运行构成威胁。其次，随着农业生产的电气化不断推进，农村的用电规模持续扩大。例如，大棚种植、养殖业等农业现代化转型，以及向电制茶、电烤烟等特色产业的渗透应用。这些都使得电网的复杂性加剧，而乡村电力基础设施相对薄弱，电力资源的可靠供给不足，直接影响农村现代化建设的开展。再次，很多农村地区的电力数据采集能力有限，可靠性信息统计仍部分依赖人工，数据及时性、完整性、准确性难以保障，大数据挖掘和辅助决策等方面更是如此。最后，随着碳减排要求的提高，配电台区智能设备的数量和类型成倍增加，包括配变状态监测、无功补偿、漏保开关、电能表、分布式电源、电动汽车充电桩等。传统的集中监测管控对电网运维、通信传输、主站系统信息处理等方面带来了较大压力。
因此，亟须通过应用数字化和智能化技术，提高农村地区电力系统的可靠性和安全性。
数字技术与能源产业深度融合
智能电网的主要特征之一是多源协同互补，其中源网荷储智能协同控制是数字化技术的重要支持。传统电力系统的数字化技术主要用于生产运维管控，通过电网的改造升级，可以发挥数据的生产要素和运维管控作用。但随着风电、光伏、储能和多元负荷等要素的不断增加，配电侧和用电侧的资源相互耦合为电网的运行控制带来了新的挑战。智能电网数字化技术可以赋予电网更强的感知、决策和执行能力，并依托规模化分布式电源的最大化消纳、主动配电网协调控制、需求侧资源优化运行等领域的关键技术，通过物联网和区块链技术聚合海量用户侧可调节资源，建设“虚拟电厂”，引导广大电力用户合理用电，促进发电侧与负荷侧的双向有机互动，从而提升电网的弹性。
数字化技术是乡村电网改造升级的关键，需要满足电网电能质量和可靠性的要求并服务于国家乡村振兴战略。为实现这一目标，首先需要挖掘分析海量数据，利用数字化控制来高度智能化决策，支持有效联动、有机融合，以实现电力系统的安全稳定运行和资源大范围优化。其次，全面深化智能感知和大数据融合技术提升农网的主动优化控制、灵活高效运行，适应多元化负荷发展趋势，满足农村用户多样化需求。这些努力的目标是构建广泛互联、智能互动、安全可控的新型电力系统，提升电力系统整体利用效果，为国家乡村振兴战略注入数字化电网动力。
为实现分布式智能电网的构建，需要建立一套以数字为尺的绿色低碳价值体系，引导清洁能源有序并网形成能源低碳流。具体可以借助智能传感、万物互连和人工智能等技术，精准感知源、荷、储、充的灵活潜力，同时构建能源数据中心，通过深度融合推动电力网、信息网与海量数据的聚合和同步，并扩展电网服务平台和服务领域，建立电网和用户能量管理系统互动机制，为整县光伏开发商、综合能源服务商等提供辅助服务。此外，形成“数字—能量—碳排放”的立体价值标签，让低碳节能与收益、效率形成强相关，推动“智能主网”与“分布式智能电网”的协同发展。
农村电力数智化转型的贵州示范
盘州羊场乡是贵州省乡村振兴的典范之一，拥有近千个分布式电源，包括扶贫光伏、小水电等。盘州也是整县光伏示范县，在“十四五”期间将开发50万千瓦的整县屋顶光伏。目前，该地区部分台区光伏同期渗透率超过500%，但光伏台区存在过电压、三相不平衡、配变重过载和谐波等问题。随着农村绿色生态产业的发展和农民生活电气化水平的提高，提高山区配电网供电品质和供电可靠性显得更加紧迫。在保障光伏消纳的前提下，想要提高电网可靠性，所需的投资将会呈几何倍数增加，电网企业很难在投资、运营和收益之间找到平衡点。
南方电网贵州电网公司基于发展分布式智能电网的思路，结合科学论证和工程实践，通过南方电网的4项重点科技项目和贵州省的1项科技支撑计划项目，推动分布式智能电网在盘州羊场乡落地示范。羊场示范区是一个致力于农村能源绿色低碳发展趋势和高品质可靠供电需求的区域，其主要特征是分布式和智能化电网。
在中低压网架结构方面，采用多种形式的交直流柔性配电技术，以实现潮流可控、直流并网、通道扩容以及设备间利用率平衡。羊场示范区采用即插即用的并网形式，满足各类元件快速接入，形成有源台区的便捷构网。通过主动支撑技术，将屋顶光伏等分布式电源从“消纳负担”转化为“支撑资源”，缓解中低压配电网的投资和可靠性压力。
在运行控制方面，羊场示范区采用“集中式+分布式”的总体架构。集中式控制主要满足现有运行调度的要求，分布式控制主要填补分布式能源资源有序控制方面的空白，同时适应直流和源荷储充等新的控制要素接入配电网，最终形成“设备级—台区级—中低压系统级”逐级递进的自律控制层级。羊场示范区也将采用系列数字化技术作为支撑核心平台。一方面，面向分布式能源资源在形式和通信方式上的异构趋势，启动多能源、多场景和多尺度下的边云协同技术研究和终端设备研发，形成支撑大量分布式能源资源通信的分层分群结构和主动同步技术；另一方面，构建省级分布式光伏监控主站，基于大数据和人工智能技术，将电网资产和分布式能源资源形成深度关联，支撑对于源网荷储充等分布式资源的“可观、可测、可控、可调”，通过光伏板覆尘、故障检测、异常感知等辅助服务发挥电网平台优势、扩展服务边界，同时提供并网需求快速登记服务，形成并网、运行和维护的闭环关联，支撑整县并网业务进度的可视化和便捷化。
未来，羊场示范区将逐步通过数据牵引碳流，通过碳流驱动价值，建立一套以数字为尺的绿色低碳价值体系，形成“数字—能量—碳排放”的立体价值标签，引导清洁能源有序并网，形成能源低碳流，让低碳节能与收益、效率形成强相关。
随着数字技术和智能技术的不断发展和应用，电力系统将逐步实现数字化、智能化和自动化。在可再生能源不断推广和应用的背景下，电力系统将逐步向低碳、清洁、高效的方向转型。农村电力基础设施的改善和智能化建设将大大提高电网的可靠性和安全性，促进农村电力事业的快速发展。未来，电力系统将更加灵活、可靠和安全，能够更好地适应不同地区的用电需求和电力供应的多样化。同时，电力系统的数字化和智能化发展也将带来更多的机会和挑战，需要不断探索和创新才能不断提高电力系统的运行效率和服务水平，并推动实现能源转型和可持续发展。
来源：中国电力报
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