薄弱的農村電網難以適應農民生活用電發展需求

我國的農村電網自“十一五”基本完成“村村通、戶戶通”，實現人人有電用，有效支撐國家脫貧攻堅戰略落地。隨著國民經濟的不斷發展，農村電氣化進程也取得了長足進步，用電需求由原來的“看個電視、亮盞燈”演進至空調、冰箱、洗衣機等現代電器普遍覆蓋。至2021年末，全國農村居民平均每百戶空調擁有量為89臺，比2012年提高250.8%；平均每百戶電冰箱擁有量為103.5臺，比2012年提高53.8%；平均每百戶洗衣機擁有量為96.1臺，比2012年提高42.9%。因此，由此引發的農網用電需求更是迅猛攀升。

雖然各省政府、電網公司每年投入數十億元用于農網改造，但在我國中西部、西南部，還存在大量的山區、林區薄弱農網。該類地區村落布局分散、末端戶數少、遠離骨干電網，普遍存在臺區供電半徑大、線路長、電網帶載能力差等問題。在烤茶/灌溉等農業生產、春節/寒暑假等年輕人集中回歸，以及末端大功率電器開機運行期間，負荷陡升造成線路電流增加，導線壓降大，間歇性低電壓問題凸顯。以現場實際案例為例，湖北廣水某農網臺區供電電源為一臺10kV/80kVA變壓器，總用電戶數42戶，最遠分支線路距離達到5km，雖然采用了35平方鋁芯電纜來盡量減小線路壓降，但末端用戶仍無法正常用電，供電電壓隨線路負荷情況在95~240V間波動。

傳統的低電壓治理措施實際應用成效有限

傳統低電壓治理措施主要有并聯無功補償、調壓器調壓等手段。其中，并聯無功補償是在無功源端（一般為大功率異步電機）并聯接入電容式無功補償裝置，以降低系統無功電流，減小線路壓降；而調壓器調壓則是在線路末端接入具備快速檔位調節能力的調壓器，使輸出電壓穩定在220V。

在實際應用過程中，對于并聯無功補償措施，農網末端低電壓主要由線徑細、阻性壓降大引起，即使無功電流補償至零，仍然無法避免有功電流壓降；而對于調壓器調壓措施，因需串接線路，容量及可靠性受限，當輸入側電壓較低，輸出側負載較大時，仍然會產生低電壓問題，且該類裝置會進一步降低前端電網電壓，造成其他用戶用電質量惡化。

農網改造高昂的投資成本給電網建設帶來沉重負擔

對于偏遠農網的低電壓問題，其最有效的措施是農網改造。通過靠近末端新建10kV供電臺區，減小低壓線路半徑，提升用戶電壓質量。但該措施建設成本往往在50~150萬不等，需大量人力開展桿塔、線路、配變的安裝調試，持續時間長達3個月左右，改造過程中會影響用戶正常用電。此外，該類項目從需求提出、可研評審、項目批復、費用下達，往往需1~3年，部分項目因投資過大導致遲遲無法解決。

綜上，為攻克偏遠地區農網末端低電壓難題，項目團隊自2020年6月起，在湖北省內偏遠山區農網開展廣泛現場調研，對其網架結構、用電特性、低電壓成因等進行了全面、深入分析。在此基礎上，依托微儲能、四象限變流控制、電網運行狀態感知等核心技術，成功研制了微儲能型末端電網低電壓治理裝置；并在現場開展運行測試及裝備優化升級，歷經五代優化，現已在湖北地區70余個山區農網投入運行，有效支撐2022年春節保供及迎峰度夏工作，有效解決農網間歇性低電壓問題，收到農網運維人員及村民的一致好評。

微儲能型末端電網低電壓治理裝置工作原理

微儲能型末端電網低電壓治理裝置以微儲能與四象限交直流變流控制技術為核心，并聯掛接于末端用戶聚居點線路桿塔或電纜分支箱處，基于中長時電壓預測確定最優功率控制策略，在農網夜間等負荷較輕、電壓較高時段進行儲能補電，在早晚用電高峰等負荷加重、電壓偏低時段自動向電網補償功率，與系統共同向負載供電，達到抬升末端用電電壓的目的，并降低系統負荷高峰時的負載率，實現居民的穩定用電。

以湖北廣水某臺區裝置投入后24h的電壓情況如下：

1）在11:30~13:00、17:00~20:00等時段，臺區用電負載較大，電壓較低，裝置自動對外輸出功率，聯同系統共同供電，使臺區最低電壓維持在198V及以上；

2）在00:00~01:30等時段，臺區負載較小，電壓較高，裝置自動進行儲能充電，保障電池續航能力，為下一次低電壓時段的功率支撐做好準備。

通過對臺區高-低電壓時段裝置充放電功率的靈活功率控制，在有效治理低電壓問題的同時，保障了裝置的長期、穩定運行。

基本功能

1）綜合補償

通過將裝置安裝在低電壓問題高發的臺區末端，在因系統負荷加重而導致末端產生低電壓時，可自動補償輸送有功及無功功率，提升末端電壓，降低系統負載，進而整體提升系統電壓水平，大大提高農村電網的供電效率和電能質量，有效解決了弱聯電網現存的痛點問題。單臺裝置即可解決3~8個用戶的低電壓問題。

2）智能預測

為應對農網負荷隨季節、溫度、節假日等因素變化而導致的負載特性變化，團隊基于XGB算法開發了末端電壓中長時預測算法，以便根據負荷特性的變化調整功率控制定值，提高裝置支撐效果和適應能力。

3）智能運維

具備設備狀態遠程監測、OTA在線升級能力，可高效實現遠程設備調試、狀態監測、程序升級、保護預警、遠程定位等一系列功能，提高運維便捷性。

（4）新能源消納

本裝置在應對臺區末端低電壓問題的同時，還可針對近年來因光伏接入導致農網末端間歇性高電壓問題進行綜合治理。

對比

   針對農網低電壓治理，目前市場上較為成熟的技術路線主要包括無功功率補償及調壓器調節。本成果與以上兩種技術比較，在補償效果、線損影響、可靠性等方面均具有顯著優勢，三種技術的具體對比結果如下表1所示。

表1  農網低電壓治理三種技術對比

截至2022年12月，微儲能型末端電網低電壓治理裝置市場轉化推廣數目總計105臺。以現場運行數據及用戶體驗反饋為基礎，研發團隊在硬件結構、控制策略、智能運維等方面持續優化設計，不斷提升裝置模塊化、智能化、便捷化水平，目前已完成五代產品的更新迭代，預計于2023年1月推出第六代產品，進一步提升裝置綜合治理性能，確保裝置在市場上的領先地位。