偏远农村地区电网配置优化研究

董紫辉

摘 要：农村偏远地区是我国经济社会发展较为薄弱的地区，其电网基础设施普遍相对落后，传统能源难以满足当地经济社会发展的需求。开发利用可再生能源，是我国坚持可持续发展必然趋势。微电网可以促进可再生能源分布式发电的并网，提高供电可靠性和电能质量。为解决农村偏远地区供电难等问题，科学合理构建农村微电网，促进微电网技术的发展，该文开展了农村偏远地区微电网供电模式优化设计研究。

关键词：农村 偏远地区 供电模式 配置

中图分类号：TM71 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）05（c）-0029-02

1 农村微电网典型供电模式

我国农村地区主要采用低压交流微电网结构形式。根据微电源情况划分，微电网典型供电模式可分为独立微源类和多能互补类微电网两大类。

1.1 独立微源类微电网

独立微源类微电网是指仅以一种分布式电源为主供电，适当配置储能设备的微电网。主要包括以风力发电、光伏发电、小水电、燃气轮机、生物质或其他分布式电源为主的微电网。该类型微电网（以风力发电为例）典型供电模式如图1所示。

风力发电和光伏发电是一种比较成熟的可再生能源发电形式，已经形成一定的产业化基础。以风力发电为主的微电网比较适宜应用于风力资源较好但大电网未能覆盖的偏远地区，包括山区、海岛和草原等。并网型光伏微电网适宜应用于经济较发达且太阳能资源较好的地区。离网型光伏微电网则适宜应用于偏远地区工业应用及无电地区居民用电。

1.2 多能互补类微电网

多能互补类微电网是指采用多种可再生能源互补发电的微电网。主要包括风光储互补、风光柴储互补、风光水互补等形式。该类型微电网典型供电模式如图2所示。

风光储微电网是指以风机发电和光伏发电为主要供电形式的微电网。利用风能和太阳能在时间分布上的互补性，合理配置风、光的发电比例，并配置一定容量储能装置，以提高供电可靠性。该类型微电网使用较为广泛，在城市、农村及海岛中均有应用。

在风光储互补形式基础上，添加柴油机以稳定出力，即构成风光柴储微电网。该类型微电网在自然资源丰富的海岛和农村地区有很大的应用价值，既可采用集中电站供电的形式，又可采用屋顶光伏和小型风机为主的分散式发电形式。

2 偏远地区微电网供电模式优化配置

开展农村偏远地区微电网规划时，应充分考虑不同区域、能源结构和用户需求，合理规划微电网，确定出符合当地经济发展的微电网供电模式。

2.1 偏远地区负荷分类

农村偏远地区的用电负荷大致可分成3类，即农村工业负荷、农业负荷和居民负荷。

农村工业负荷包括传统工业和加工业，用电设备种类繁多，该类负荷普遍对可靠性要求较高，可自备柴油机等备用电源。一些偏远地区存在军用设施，其对可靠性要求较高，故纳入此类负荷。农村农业负荷一般可分为种植农业和养殖农业两大类，用电设备主要包括灌溉水泵、循环水泵、消毒设备等。部分养殖业对可靠性要求较高。农村居民用电设备主要有各类家用电器、照明灯，在夜间有明显的用电高峰，该类负荷对用电可靠性要求相对较低。

2.2 偏远地区微电网规划基本原则

在开展农村偏远地区微电网规划设计时，遵循的基本原则为：从自然村出发，结合当地电源和负荷特性，充分利用自然资源，分布式发电就地消纳，容量配置和设备选型适当考虑当地经济负荷发展情况。微电网应结构简单、安全可靠、实现实用化组网目标。

2.3 偏远地区微电网供电模式配置方法

农村偏远地区微电网供电模式的优化配置主要考虑交直流供电形式、离并网类型、微电源接入形式、微电源类型4个方面。

2.3.1 交直流供电形式选择

农村偏远地区微电网的交直流供电形式选择主要取决于该地区交直流负荷的数量情况。由于广大农村偏远地区普遍以低压交流负荷为主，故适宜采用交流低压微电网供电形式，少量直流负荷可以通过逆变接入低压网。对于个别直流负荷占比较大的地区，可考虑采用直流微电网供电形式。

2.3.2 离并网类型选择

离并网类型的选择主要考虑其技术经济性方面的因素。对于有外部大电网供电支持的农村偏远地区，应灵活应用现有网架进行改造，构建并网型微电网。其优点在于可以大电网为备用电源，且改造难度小，建设成本降低。

因地理、历史等原因，部分农村偏远地区未与外部大电网相连。传统的柴油机供电模式不能很好地保证当地居民和工农业负荷的供电质量和可靠性要求，但输电走廊建设可能存在施工难度大、造价高等问题。该类地区（经技术经济性评估后）适宜构建离网型的微电网。

2.3.3 微电源接入形式选择

微电源接入形式的选择主要根据负荷及可再生能源的分布特点而定。对于用户分散居住的地区、具有多个分布式电源的地区，以及一些因供电半径过长导致电压偏低的地区，适宜利用分布式资源构建微电网。对于可再生能源较为集中、负荷相对较大的地区，还可以采用集中电站形式的微电网。

2.3.4 微电源类型选择

微电源类型的选择主要从最大程度利用当地自然资源角度考虑，并兼顾技术经济性。并网型结构中，对于农村工业和农业负荷用户，可考虑构建基于屋顶光伏系统的微电网，如风能和生物质能较为丰富时，可以利用小型风机和生物质能作为主要的分布式电源。对于可靠性要求极高的养殖业用户，可考虑采用柴油机或储能设备的用户，可以建立微型燃气轮机冷热电联供系统。

离网型微电网需要考虑采用柴油机、微型燃气轮机、小水电、生物质能发电或储能等设备以稳定出力和调节频率。对于具有重要负荷的偏远地区，建议采用风光柴储、风光水储等多能互补的微电网形式，海岛地区还可以考虑风光储加各类海流能互补微电网形式。对于水利资源丰富的地区，可以考虑构建以小水电为主的微电网形式。

3 案例分析

该文以西藏某偏远山区为例，研究分析适宜其经济社会发展的微电网供电模式。

3.1 基本情况

该偏远山区面积近3 000 km2，远离最近的乡镇约20 km，共有177用户，以分散居住为主。该地区用电负荷基本为农村居民用电，含有少量农业负荷。由于该地区供电半径大，部分用户电压偏低。该地区太阳能资源属三类地区，日照强度约为0.1 W/cm2。该地区属于四类风能资源区，多年最大风速约为21.0 m/s。其他可再生资源较少。

3.2 初步分析

分析可知，该地区建有低压配电网络，可改造为并网型低压交流微电网。由于该地区用户较分散，以居民用电为主，存在部分农业负荷，远端用户“低电压”问题突出， 故可考虑采用分布式电源分散接入形式解决用电问题。该地区主要为风光资源，可考虑小型直驱风机和屋顶光伏供电，必要时可辅以一定容量的储能设备，构成风光储型微电网。

3.3 软件仿真验证

该文采用微网系统优化设计软件进行仿真分析验证。该软件可对多种分布式电源和储能设备进行优化配置，给出最优设计方案，提高微电网规划设计的科学性和经济性。该文将该地区风、光、负荷等数据信息录入到该软件中，并选择包括风、光、储等在内的分布式能源（不同型号和容量）参与仿真计算，经软件优化求解，构建以风电为主，辅以少量光伏，并配置一定储能电池的风光储微电网是该地区一种比较理想的供电模式。为验证风光储微电网对解决农村偏远地区低电压问题的效用，该文采用国外电力系统仿真软件DIgSILENT进行了仿真计算。在软件低压配电网模型中加入两个4 kW小型风机和1个4 kW光伏发电装置，经计算，低压回路沿线各用户电压均有所改善，最低电压从321 V提升至382 V，应用效果良好。

4 结语

我国农村地区微电网的典型供电模式主要包括独立微源型微电网和多能互补型微电网，各类型微电网结构适用于不同的应用场合。由于我国各地农村偏远地区的自然条件资源和用户负荷特性大不相同，故微电网供电模式需要根据不同区域、能源结构和用户需求进行优化配置。

该文研究提出了农村偏远地区微电网供电模式优化配置方法，并结合具体案例，使用微网系统优化设计软件和DIgSILENT软件进行了仿真计算，验证了供电模式优化配置方法的科学性和合理性，为进一步总结出适合我国各区域农村差异的微电网典型供电模式提供了理论和技术基础。

参考文献

[1] 高志强，赵景涛，孙中记，等.农村供电系统中典型微电网供电模式研究[J].电气技术，2014（6）：56-61.

[2] 孙钦斐，高婷婷，杨仁刚，等.农村户用型智能微电网设计与实现[J].农业工程学报，2013，29（13）：150-157.

[3] 柯人观.微电网典型供电模式及微电源优化配置研究[D].浙江大学，2013.