《电能质量管理案例》174-182

贵州低压柔性直流技术在提升贵州山区电压质量的实践一、基本情况（一）公司基本情况贵州电网有限责任公司（以下简称“贵州电网公司”）是中国南方电网有限责任公司的全资子公司，负责贵州电网的统一规划、建设、管理和调度，经营中央在黔国有电网资产，承担着贵州省内电力供应和西电东送双重任务，供电面积17余万km2，供电户数1980余万户，主要从事电力生产、传输和配送业务。作为贵州省的主要电力企业，贵州电网公司的定位是提供可靠、高效的电力服务，促进区域经济社会的发展。近年来,贵州电网公司致力于推动清洁能源发展，提高电力输配效率,改善用电环境，助力贵州电力行业的可持续发展。（二）案例背景随着“双碳”目标的推进，我国可再生能源产业规模持续扩大。为优化农村能源结构，国家能源局实施“千家万户沐光行动”，统筹推进农村电网升级与分布式光伏协同发展。在此背景下，分布式光伏装机容量激增，但农村配电网面临多重技术瓶颈：中低压配电线路普遍存在网架薄弱、供电半径长、负荷覆盖分散等问题，由此引发的电压波动、三相电流不平衡等现象，已成为制约电网安全运行与民生用电质量的关键痛点。更为严峻的是，分布式光伏大量并网进一步加剧了配电网运行复杂性。传统改造方案依赖大规模架设新线路及增设台区（单台区扩容成本超20万元存在建设周期长（平均18个月）、资源利用率低等问题。对此，贵州电网公司首创基于低压柔性直流网络和低压交直流一体化装置，实现配网潮流的实时优化。经试点验证，该方案可使电压合格率提升至100%，同时减少78%的新增改造投入，为分布式能源高渗透场景下的山区电网升级提供了创新范式。（三）案例概要为解决大量分布式光伏并网后产生的电能质量问题，贵州电网公司在全省广泛调研的基础上，选取了电压越限、三相不平衡、潮流返送问题较为突出的光伏区域—贵州省六盘水市羊场乡纳木村为试点，在山区采用直流嵌入式网架与低压交直流混合装置，嵌入直流网络实现交流直流同通道架设，实现示范区过电压和电流三相不平衡合格率均达100%，分布式光伏消纳能力提升66.84%，可额外接入43kWp屋顶光伏。二、主要做法与实践羊场示范区包括以居民负荷为主的关庄新村台区，台区变压器容量315kVA，用电居民72户（光伏用户68户用户光伏装机容量278千瓦峰值，光伏同期渗透率最高达到550%；以农村小作坊和加工厂负荷为主的桥孔1号台区，台区变压器容量50kVA，用电居民18户（光伏用户10户用户光伏装机容量30kW峰值，光伏同期渗透率最高达到230%。羊场示范区的建设包含低压柔性直流网络和低压交直流一体化装置。一是打造山区低压柔直网络，确保潮流灵活可调低压柔性直流网络是在羊场示范区原有交流网架中新增（VoltageSourceConverter,VSCVSC1和VSC2）、关庄新村台区首末端功率补偿装置（VSC3和VSC4），共2套。VSC27212223250kVA1013在保留现有交流网架结构和用电形式不变的情况下，将直流网络嵌入现有交流台区的首末两端，实现交流直流的同通道架设，同时在不新增低压配电通道的情况下，对现有交流通道进行扩容，首尾两端的换流装置可以同步参与交直流电网潮流的优化与调节。二是研发低压柔直装置，治理山区用电质量问题贵州电网公司自主研发低压交直流一体化新装置，交流潮流通过VSC3和VSC4有功无功协调的电压就地控制方法及直流线路传输实现电压控制、三相不平衡调节及网损优化的功能。此外，将两交流台区通过交直流装置进行互联，当桥孔1号台区出现重过载问题时，可以将关庄新村台区的一部分功率转移到桥孔1号台区，通过跨台区的功率调度解决两个台区的问题，从而平衡不同台区的变压器负载率，进而优化台区运行条件，提高设备的利用率。三、成效与创新一是山区用电质量改善显著示范区交直流网架结构有效提升了低压台区对分布式光伏的消纳能力，提高台区内部潮流调节能力，有效缓解台区过电压问题。运用台区内柔直设备可将台区电压合格率从28%提升到100%，桥孔1号台区不再出现配变重过载情况。此外，有效解决了长线路台区低电压问题（治理最长台区半径达2.5km）。此外，关庄新村台区三相电流平衡时间由14.78%提升至100%。功率/kVA(b)功率/kVA(b)改造后重载台区总功率需求(a)改造前重载台区总功率需求(a)改造前台区电压合格率(a)改造前台区电压合格率(b)改造后台区电压合格率(b)改造后台区电流三相不平衡情(b)改造后台区电流三相不平衡情(a)改造前台区电流三相不平衡情况二是山区实地运用成效卓著示范区以山区直流嵌入式网架与低压交直流混合装置，实现交流直流同通道架设，助力新能源台区绿电供应、潮流优化。目前，贵州电网公司已累计推广应用达332个台区，完成9个地市供电局全覆盖，有效解决末端用户低电压超1000户，用户生产生活（如养殖、烤烟、电器）电压质量得到较大提升。例如，安顺紫云白杨树公变末端最低电压182V，装置投运后电压提升到218V，末端用户空调、电磁炉、打米机等电器设备均可正常使用；遵义湄潭10kV兴凤线新桥公变14个末端用户非用电高峰期电压168V，开启3.5kW的电磁炉后电压降至198V以下，装置投运后电压提升到213V；铜仁思南柏家坳公变末端用户在非用电高峰期开启一台2.5kW电磁炉，用户电压171V，装置投运后电压提升到229V；都匀贵定10kV岩摆线打锡山公变台区21个低电压用户位于线路末端，用户电压低至158V，装置投运后电压提升至214V，电器设备均可正常使用。三是降本增效成果显著针对农网台区低电压问题，传统的台区改造方案基本以缩短供电路径为主，通过在低电压用户负荷中心组立电杆、新装变压器等方式，接入原有低压台区。在农村山区，每个台区合计投资约30万元，周期在1至2年。而低压交直流混合一体化装置只需新装整流主机、逆变从机以及同杆增设2根直流线路，投资约6.5万元，约为传统新增布点方案的三分之一，其施工周期约1至3天，可极大地节约投资成本和缩减项目周期，具有较高的效益，是低压配电网架结构的有效替代、补充方案。根据贵州电网公司《中低压配电网统一问题库（低电压台区）》统计，全省存在末端低电压台区7455个，从调研结果分析，其中约40%的配电台区末端低电压问题可利用低压交直流混合一体化装置方案解决，采用本方案总体减少投资约6亿元。传统中低压交流改造现场勘查、设计方案设备费用（线杆、线缆、变压器、开关、防雷、绝缘子等）施工费用（不同的现），联）电压等问题引起的用户投诉、索赔等问题。针对新增布点投资成本高20万元）或改造周期长（3个月以上）的电压越限台区，建议使用低压交直流混合一体化装置来降低成本，高效率地解决电压越限问题。四、总结与建议（一）经验总结贵州电网公司通过羊场示范区项目，创新性地采用低压柔性直流网络和低压交直流一体化装置，成功解决了山区高比例光伏并网导致的电压波动、三相不平衡及低电压问题。该方案通过嵌入直流网络实现交直流同通道架设，显著提升了电压合格率（从28%提升至100%