山区“光伏 储能 柴油发电机”微电网方案介绍

概要：随着农村经济不断发展，边远山区居民回村翻耕，出现新的用电需求，普遍特点为负荷零散、用电量少、距离电源点远、新建线路难度大，如何更经济、有效地解决用电问题值得探讨，文章阐述了“光伏+储能+柴油发电机”供电的微电网方案，其具备投资小、工期短、经济节约的特点，有效解决边远山区居民用电需求。

随着国家精准扶贫及建设新农村政策的推进，越来越多的乡村居民到偏远地区发展种植业，但由于边远山区地广人稀，电力负荷分布不均，相对集中在圩镇以及几个较大的村，大片山地以及林地远离电源点。要把线路延伸至客户用电地址，往往需要2～5 km 的线路，且道路多为山间崎岖小路，交通极为不便。如果直接进行低压延伸，电能质量、线路和计量的运维等问题接踵而来;如果进行中压延伸，也会产生立项周期长、投资大、线路及计量运维压力大等问题，很可能会出现1 台变压器只供1户低压农业种植户用电的情况，“大马拉小车”影响线损。

清远市清新区石潭镇中和村委会单竹洞村，是较为典型的粤北山区居住村落，位于石潭镇偏远山区，地广人稀，大部分居民已外出居住，但随着经济水平发展以及国家精准扶贫政策的支持，出现村民返耕发展种养殖业的情况，单竹洞村有用电报装需求的返耕居民7 户，其中长期居住的2 户，间隙性居住的5 户，距离电源点远，新建线路供电难度极大。

1 供电方案探讨

清新供电局石潭供电所在接到用电报装需求后，便开始探讨供电方案，相关设计单位对供电方案进行现场勘察。经测量，单竹洞村距离最近的0.4 kV电源点有4 km远，距10 kV线路最近点则有3.5 km。若使用0.4 kV 低压导线架设的方式进行供电，则无法保证电压质量;若使用架设10 kV 线路建设，沿途山势崎岖，道路不通，且为岩石地质，施工难度极大，建设成本极高，也不能及时满足用户急盼的用电需求，因此，清新供电局对该村的供电方案进行研讨，寻求有效、经济实用的供电方案。

针对该类型用户的用电性质及特点，组织多次讨论、现场调查，决定使“光伏+ 储能”的微电网模式供电。以负荷预测及用电性质为导向，经调查，居民用电设备以普通照明、电饭煲、电热水壶等电阻性单相负载为主，负载功率小于5 kW，每天用电量约6 kWh，采用6 kW光伏板+8.8 kWh磷酸铁锂储能电池的配置方案，能满足负荷使用要求，电池容量能保证1 天左右的用电;光伏发电以1 h 能充满6 kWh 为目标，光伏板配置6 kW，占地面积60 m2 左右，太阳能板的输出开路电压为120 V， 峰值功率点电压为97.8 V， 峰值电流为55.2 A。技术论证后，方案能满足单竹洞村7 户电能表共18 人的生活用电需求，而且光伏微网设备具备可搬迁至其他地方循环利用的条件。

2 方案深化完善

微电网模式供电，建设时间短，一个星期时间便已完成投运，看到村里点点灯光，供电人心里露出些许欣慰。通过一段时间的运行，光伏设备及电池可以完全满足居民用电，然而，光伏发电存在不稳定性，发电量容易受天气影响，当电池电量不能及时补充的情况下，便会出现停电，因此，如何提高村民用电的可靠性，使追求高质量供电服务的清新供电人再次陷入思考。在清远供电局对清新局的微电网使用研讨会上，首次提出了使用“光伏+储能+发电机”供电模式，创新应用于边远山区的供电服务，在解决零散负荷用电的同时确保供电可靠性，并在单竹洞村进行尝试。

优化措施确定后，清新供电局开展发电机选型及配置，拟增加1 台可一键启动的柴油发电机与储能设备连接，作为储能设备的交流输入来补充电池能量。发电机由上位机通过Modbus 通信协议控制，在长期弱光或者光照不足的条件下，上位机监测到电池容量偏低时，自动发送指令让柴油机开启，利用柴油发电对电池充电，完成充电后自动关闭，整个过程不需要人工干预，有效减少运维人员工作量。发电机选择户外安装设计，可以防雨，安装点距离户外柜5 m左右。

3 主要设备及技术参数

项目的主要设备及技术参数如表1、表2 所示。功能设置情况：电池容量低于20%时，将自动切换到发电机启动充电;发电机对电池充电，电池容量达到50%时发电机停止充电。存在负荷使用、电池放电、发电机发电同时运行的情况下，若负荷和充电总功率超过发电机的最大功率2.5 kW时，则发电机输出电压会拉低，当电压低于198 V时，发电机系统自动切换到离网模式，由电池放电。

表1 光伏储能系统

4 系统供电情况

光伏发电情况(数据抽取时间为2019 年6 月15日)如图1～3 所示。

图1 光伏发电功率表2 柴油机发电机系统

图2 电池电压情况

图3 用户用电量

根据抽取数据分析，由于夏季光照充足，光伏发电良好，6 月电池充电电量维持在较高水平，暂未发生容量不足而采用柴油发电的情况。光伏发电时间为6:00—19:00，充电功率最大值一般发生上午9:00，电池电量补充完成后便自动控制发电功率。在居民用电在晚上19:00 后，且用电量不大，完全可满足用电需求。

5 效益对比

采用“光伏+储能+柴油发电机”的供电方案，比常规线路建设投资更为节约。该村若以常规手段立项，为确保电压质量需要进行中压延伸，经设计出具的预算为83 万元，现采用微电网加低压线路延伸新模式，费用为36.88 万元，节省投资47 万元，而且当用户撤场时，设备可以回收再利用，达到绿色、智能、节约的要求。

方案实施周期短，可快速为居民提供电源。中压项目立项所需施工工期将近3 个月，微电网建设耗时点主要在设备运输及组装，仅需要一周时间，相对中压而言建设周期大大缩短。供电可靠性相对较高。中压线路故障影响线路跳闸，影响停电范围较大，而且山区地带故障查找及抢修耗时较长，根据用户用电情况，使用“光伏+储能+柴油发电机”供电模式相对稳定。

线路设备更便于运维。架设中压架空线路须考虑对地距离、树障、地形等问题，基本上跨山越岭、道路不通，日常运维十分困难，而“光伏+储能+柴油发电机”设备集中，建设点在路边，运维及故障处理较为容易。

END.

文章作者：温杰锋