配电台区是电网将电能分配到户的“神经末梢”，这最后“一公里”是供电服务的敏感地带。一般地，10kV/20kV电能经过配电变压器降压至0.4kV后，以辐射状低压网络连接到千家万户，跨越万水千山的电能最终能否被安全、可靠和经济地使用，则完全依赖于这些数量庞大的低压网络——台区及其所连接的各类负荷。
一、台区成为分布式光伏入网重地
2024年8月29日，央视新闻联播报道了《中国的能源转型》白皮书正式发布的消息。据悉，近十年间中国风电、光伏发电装机容量增长了10倍，其中分布式光伏“狂飙”发展速度，占比达到40%以上，成为新增装机的主力。以重庆为例，2023年分布式光伏新增装机575MW，增速达到1050%。其中，工商业光伏新增装机562MW，超历年总和的5.2倍，增速达到1238%，位列全国第一。接入台区的分布式光伏业主包括工商业用户和居民用户两类，由于我国的居民电价远低于工商业电价，形成了工商业用户的光伏以自发自用为主、余电上网为辅，户用光伏则根据当地的上网电价、补贴政策等信息，合理选择“全额上网”、或者“自发自用、余量上网”的消纳方式。分布式光伏接入配电网时，根据其接入容量、消纳方式等制定不同的并网方案，其中并网电压等级、接入点的基本要求总结如表1。
表1 分布式光伏接入配电网基本要求
中国农村地区有发展分布式光伏的巨大潜力，带来乡镇分布式光伏装机的快速增长。一方面，农村地区有着较多的闲置屋顶和土地，譬如秃山荒坡，为分布式光伏电站提供了必要建设场所。另一方面，分布式光伏能够增加乡镇财政和农户收入，也因此成为扶贫和乡村振兴的重要举措。农村地区的分布式光伏一般就近接入配电台区中，呈现出接入点分布零散、并网容量不一、设备品牌差异较大、距离台区变压器较远等特点。
图1 农村地区的分布式光伏（图片来自网络）
二、高渗透的分布式光伏引发新矛盾
众所周知，光伏发电出力随光照强度和温度的变化带有随机性、间歇性和波动性，这些“天然属性”降低了分布式光伏出力的精确预测和可控性。当分布式光伏在农村台区的渗透率较高时，出现了电压越限、谐波谐振、电压波动和闪变、三相不平衡和消纳困难等突出的新矛盾，影响到配电网的安全稳定运行，也制约着分布式光伏的健康发展。分布式光伏一般通过逆变器并入电网。在农村地区，从逆变器的并网点到台区变压器的距离较远，低压传输线路较长。在光伏大发时期，潮流倒送和线路压降会引起并网点的电压抬升，引起过电压及电压异常波动。电压过高会导致电器设备运行异常甚至被烧毁，不仅造成人民财产损失，还会引发客户投诉。光伏逆变器本身发出的谐波一般很小，然而分布式光伏产生的谐波频谱较宽，容易与配电线路的电感、电容器件和无功补偿装置发生宽频振荡，导致谐波电流和谐波电压被放大，波形畸变严重，不但影响相邻用户的电能质量，还影响分布式光伏本身的运行。根据文献调研结果，多个分布式光伏逆变器并联情况下，当并网线路采用电缆且线径小、距离远等场景下，很容易产生宽频谐振。分布式光伏装机规模的迅速增长带来了某些地区消纳困难的问题。农村地区具有较好的屋顶资源和敷设场地，分布式光伏多并入电网承载力弱、用电量小的农网台区。在天气晴好的午间时段，农村地区的用电需求较小，光伏出力和用电功率不平衡，造成大量电能就地消纳困难。这些富余的光电并入台区倒送至变压器，造成变压器及线路的重过载甚至烧毁。譬如，在农业大省河南，户用光伏在分布式光伏中的占比约75%，绝大部分是单相并入台区，不仅存在就地消纳困难的问题，还会引发较严重的三相不平衡。我国农村户均配变容量约3kVA，户均用电负荷不足2千瓦，低压户均光伏的装机容量则高达20kW，分布式光伏的就地消纳难度可见一斑。此外，绝大多数户用光伏全额上网的收益大于自发自用，使得用户几乎没有自用的动力，进一步加大了就地消纳的难度。截止2023年9月底，我国分布式光伏全额上网户数和容量分别占到分布式光伏总量的85%和61%。
三、分布式储能综合治愈有源台区多种症结
针对新能源高渗透台区的痛点问题，传统的技术手段治理功能比较单一，不能解决新能源就地消纳的难题，如表2列示。在新型电力系统建设背景下，台区储能作为一机多用创新典范，打破了传统技术手段的功能局限性，为新能源的发展创造了有利的条件。
表2 治理台区痛点问题的主要技术手段
台区储能是分布式储能的一种形式，是安装在台区内的储能设备，如磷酸铁锂电池、超级电容等。台区储能主要应用在农村地区，部分位于山区的村落负荷分散、远离主干供电网络、季节性的负荷差异显著，如农忙、春节时期的用电负荷急剧增长。通过扩大配电变压器容量、增设配电台区或更换大截面导线满足负荷增长需求，不仅建造成本高昂，在多数时期还有供电能力过剩、损耗增大等问题。此外，随着新能源汽车的快速发展，一些社区的负荷呈现很强的周期性波动特征，负荷峰谷差进一步拉大。台区储能可以提供短期的能量缓冲，有效解决农村季节性、节假日等时期负荷急剧增长引发的台区容量短时告急，缓解新能源就近消纳困难及负荷峰谷差增大的现状，还同时解决了电压越限、波动和闪变等电能质量问题，因而是综合治愈有源台区多个症结的有效方案，确保了台区供电的安全性和可靠性。
图2 台区储能场景示意图（图片来自网络）
四、分布式储能典型结构及组件功能
分布式储能的典型结构如图3所示，其中重要组件为储能变流器PCS（Power Conversion System）、电池和能量管理系统EMS（Energy Management System），采用分散控制和集中调度的管理方式。电池一般采用磷酸铁锂电芯，下面重点说说PCS和EMS组件的功能。
图3 台区储能的典型结构
1.储能变流器
PCS是交/直流电能形式相互转换的核心装置，接入低压网络的PCS必须支持三相四线制供电，提供快速的AC-DC和DC-AC的转换调节能力，可根据线路阻抗实时调节有功和无功输出，改善电压越限、波动和闪变等电能质量问题。同时，PCS的三相四桥臂主电路结构具有分相控制功能，可以治理低压网络的三相用电不平衡问题。
2. 能量管理系统
EMS是台区储能系统的大脑。由图3可知，它通过数传网络与PCS本地控制器和配电主站云端运营平台连接。本地控制器监控电池、PCS实时运行状态，EMS与本地控制器通信并采集运行数据，通过对台区有功和无功功率的智能调节，实现电压越限、三相不平衡等自主决策治理。同时，EMS远程接收配电主站下达的调度指令，通过PCS本地控制器执行有序的充/放电操作，对电网调峰等需求做出快速、准确的响应。
五、台区分布式储能典型示范项目
《关于新形势下配电网高质量发展的指导意见》（发改能源〔2024〕187号）提出在电网关键节点、电网末端科学布局新型储能，提高电网灵活调节能力和稳定运行水平。分布式储能将发展新质生产力融入新型电力系统建设，是提高配电网供电质效的创新典范。
1.云南电网分布式储能台区电能质量治理项目
分布式储能台区电能质量治理项目由云南电网投资建设，项目以磷酸铁锂电池为储能载体，采用户外集装箱式储能装置，为问题台区提供动态的有功和无功支撑，提升台区电能质量和供电能力。截止2024年7月，该项目的移动式储能设备总容量突破5.5MWh，设备规格主要有50kW/100kWh、100kW/100kWh 、100kW/150kWh、200kW/400kWh四类，同步建设了移动式储能云监控平台，实现了重过载、低电压等问题台区“线上监控、线下运维”。项目采用共享租赁的商业模式，有效提高了储能设备利用效率，实现储能资源的共享和优化配置。
图4 户外集装箱式分布式储能装置
末端低电压治理。昆明市官渡区某村农网在用电高峰期时末端最高电压只有190V，主要原因是末端线路过长造成的线路压降大，严重影响到村民们正常的生产和生活。分布式移动储能设备通过T接方式接入台区380V低压线路，通过有功、无功调节抬升线路功率因数，将电压稳定在220V左右。台区重过载治理。昆明市官渡区某村10号500kVA台变过载10%，存在设备过热的停电风险。100kW/150kWh分布式移动储能系统接入该村10号台变后，在高峰时段可提升台区20%的供电能力，降低台区线损20%，有效解决了短时低电压和设备跳闸问题。截止目前，该项目已累计周转40多个台区，治理服务3000多用户，在保障电力供应、支撑经济社会发展、服务改善民生等方面发挥着重要作用。2.福建南安台区共享储能型微电网示范项目翔云镇地处福建省南安市西部，是典型的高比例分布式光伏电源接入乡镇。在当地光伏扶贫政策的推动下，2022年底的光伏发电接入容量达到1.19万千瓦，占该镇35kV翔云变电站容量的86.9%，全镇超过三分之二的公变台区有分布式光伏电源接入。高比例的户用光伏并网发电后，产生电压双向越限（白天过电压、晚上低电压）、电压波动和闪变、谐波超标、三相不平衡等问题。国网南安供电公司选取翔云镇的翔云5#变、6#变以及金安2#变、4#变四个台区试点，建设台区共享型储能系统示范工程。通过在每个台区分别配置一套50kW/63kWh共享储能子系统，应用柔性直流输电技术和智能融合终端，实现了台区之间柔直互联、灵活互济。白天光伏发出的富余电量被自动存储在储能系统或者跨台区消纳；晚上用电负荷增加时，储能系统自动释放储存的电能，辅助调节电力供需平衡。依托智能融合终端的边缘计算能力实现“信息-能源”深度融合，台区共享储能型微电网示范项目实现了分布式光伏100%就地消纳、电压质量100%合格、台区弹性增容14.3%、供电可靠性提升11.4%，是山区农村新能源利用和节能减排样板工程。
图5 台区共享储能型微电网试点现场
3. 用户侧规模化配电台区分布式储能项目
国内首个用户侧分布式储能项目共安装台区分布式储能设备149套，包含17台50kW/110kWh储能一体柜和132台100kW/213kWh储能一体柜，部署在西安、咸阳、铜川、渭南4市8县的130个村中，是国内规模最大的台区分布式储能项目。
图6 用户侧规模化分布式储能项目安装现场
陕西关中山区村落的电力负荷分散、远离主干供电网络，因供电半径大导致的低电压问题突出，难以满足供电电压质量的要求。同时，分布式光伏快速发展也带来过电压和就地消纳困难的问题，难以在短时间内实现动态治理。该项目采用分布式储能装置实现台区动态增容、末端低电压治理和供电可靠性提升等综合功能，促进了分布式光伏就地消纳，并通过智能融合终端实现储能装置在线管控、优化运行策略，构建起分散部署、集中管理和统一调控的台区储能管理体系。
素材来源 | 电力九三
欢迎转载、转载请注明出处
如需其他资料，请文末留言联系西南菌
