基于第二道防線通電的新型綜合能源供電系統(tǒng)研究

王大軍

摘要：我國(guó)陸地邊境線長(zhǎng)，近來(lái)邊境安全形勢(shì)面臨風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)，邊境防控及其第二道防線通電具有重要戰(zhàn)略意義?；谛陆车貐^(qū)第二道防線通電現(xiàn)狀，結(jié)合最新5G技術(shù)應(yīng)用及綜合能源發(fā)展情況，提出智慧型綜合能源供電系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性及投資合理性比較分析，得出不同供電距離兩種通電方式的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)案例分析，采用新型綜合能源供電系統(tǒng)，可有效彌補(bǔ)和改善傳統(tǒng)光伏供電、電力延伸等供電方式存在的問(wèn)題和弊端，可大幅提升第二道防線安全質(zhì)量和效率效益。

關(guān)鍵詞：第二道防線;智慧型綜合能源;電力延伸;技術(shù)經(jīng)濟(jì)

1現(xiàn)狀分析

1.1電力延伸受限，供電質(zhì)量不穩(wěn)

部分BF監(jiān)控布點(diǎn)分布于“散、偏、邊、遠(yuǎn)”區(qū)域，受生態(tài)環(huán)保政策等多重限制，電力延伸架設(shè)難度大。對(duì)于已經(jīng)電力延伸的邊境區(qū)域，因線路超過(guò)正常供電半徑（10千伏電壓等級(jí)不宜超過(guò)15千米，220/380伏電壓等級(jí)不宜超過(guò)0.5千米），線路末端電壓超出監(jiān)控和通信設(shè)備的正常工作電壓范圍，造成設(shè)備無(wú)法正常工作或損壞，導(dǎo)致監(jiān)控掉線率較高，占比約10.5%。

1.2特殊天氣適應(yīng)性較差

部分光伏供電設(shè)備配置，未達(dá)到統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。特殊天氣情況下（陰雨、 暴雪、極寒天氣）光伏板與蓄電池供電能力不足，造成監(jiān)控、通信設(shè)備斷電停運(yùn)，掉線率約占12.7%左右。

1.3線路故障、檢修停電

電力延伸的供電線路，受惡劣環(huán)境、氣候等不可抗力影響，故障跳閘，或線路檢修維護(hù)停電，造成監(jiān)控設(shè)備大范圍斷電。

通過(guò)對(duì)以上問(wèn)題的梳理，針對(duì)部分BF點(diǎn)“散、偏、邊、遠(yuǎn)”區(qū)域，傳統(tǒng)的供電方式均存在較大弊端，供電質(zhì)量不穩(wěn)、設(shè)備維護(hù)難度大、監(jiān)控掉線率較高、投資成本較大。建議綜合考慮相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及效率效益等因素，根據(jù)最新應(yīng)用技術(shù)成果，結(jié)合實(shí)際，解決地區(qū)第二道防線通電問(wèn)題。

根據(jù)最新技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用，結(jié)合當(dāng)?shù)仫L(fēng)光等優(yōu)勢(shì)資源，靈活采用新型智慧型綜合能源供電系統(tǒng)通電方式，如下圖1所示，保障該地區(qū)第二道防線供電質(zhì)量，同時(shí)達(dá)到經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益最優(yōu)。

2智慧型綜合能源供電系統(tǒng)概況介紹

智慧型綜合能源供電系統(tǒng)，主要依托光、風(fēng)、柴、水、儲(chǔ)等綜合能源/儲(chǔ)能設(shè)備，采用智能+5G技術(shù)優(yōu)化升級(jí)進(jìn)行獨(dú)立可靠供電。在系統(tǒng)構(gòu)成上，具備常規(guī)電力系統(tǒng)的所有要素，包括電源、網(wǎng)架、配電設(shè)施、控制系統(tǒng)和負(fù)荷等，通過(guò)相應(yīng)的智慧控制策略，能夠?qū)崿F(xiàn)自身功率平衡和穩(wěn)定運(yùn)行，提升供電可靠性和電能質(zhì)量。由于其就近向附近供電的特點(diǎn)，可減少投資，降低損耗，建設(shè)周期短。

按照電源配置方式可分為光（柴）儲(chǔ)型、風(fēng)水儲(chǔ)型、風(fēng)光儲(chǔ)型等典型的建設(shè)模式，其中每種類型供電系統(tǒng)又具有一定的擴(kuò)展性，代表一類典型的電源配置模式。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合和當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，可以參考《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》按照D類和E類地區(qū)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)劃建設(shè)。

其特征與優(yōu)勢(shì)如下：

a環(huán)保：優(yōu)化系統(tǒng)部件配置、運(yùn)行模式等設(shè)計(jì)，可基本由風(fēng)光發(fā)電，不用或很少啟動(dòng)備用電源，此時(shí)系統(tǒng)無(wú)空氣污染、無(wú)噪音、不產(chǎn)生廢棄物，綠色環(huán)保，提供的是一種自然、清潔的能源。

b節(jié)能：完美并充分利用自然資源，使用太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電，在合適的氣象資源條件下，可實(shí)現(xiàn)全天候晝夜發(fā)電，從而提高系統(tǒng)供電的連續(xù)性、穩(wěn)定性和可靠性，比單用風(fēng)機(jī)或太陽(yáng)能更經(jīng)濟(jì)、更科學(xué)、更實(shí)用。

c經(jīng)濟(jì)：只需一次前期投入，沒(méi)有后期大量電費(fèi)支出，也無(wú)需變壓器、穩(wěn)壓器等大量供電設(shè)施的建設(shè)。

4.方便：是一套獨(dú)立的發(fā)充儲(chǔ)供電系統(tǒng)，不受電力安裝位置和線路廊道的影響，現(xiàn)場(chǎng)組裝方便。

d合理：最合理的獨(dú)立電源系統(tǒng)，可以根據(jù)用電情況和資源條件進(jìn)行系統(tǒng)容量的合理配置，無(wú)論怎樣的環(huán)境和用電要求，都可做出最優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案來(lái)滿足要求。

e智慧：智慧型模塊化設(shè)計(jì)，采用最大功率自動(dòng)跟蹤技術(shù)，同時(shí)對(duì)供電方式進(jìn)行科學(xué)的管理，完善的系統(tǒng)控制和安防保護(hù)可確保系統(tǒng)在無(wú)人值守的情況下穩(wěn)定可靠工作。

f.靈活：靈活高效的綜合能源發(fā)充儲(chǔ)供電方式，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)能電池組的表面溫度，保證儲(chǔ)能裝置工作在最佳狀態(tài)。

g.直觀：監(jiān)控管理終端內(nèi)置LCD 顯示功能，可實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)當(dāng)前的各個(gè)環(huán)境參數(shù)和各部件設(shè)備的工作狀況，包括環(huán)境溫度、風(fēng)力發(fā)電及太陽(yáng)能發(fā)電電流與電壓、儲(chǔ)能電池充放電電量、負(fù)載用電量等信息。

h.交互：完備的通信和遠(yuǎn)程控制管理功能，提供標(biāo)準(zhǔn)接口，可輕松實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制和交互，完成對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的遙測(cè)、遙控、遙信和遙調(diào)。

3技術(shù)合理性分析

3.1智慧型綜合能源供電系統(tǒng)

智慧型綜合能源供電系統(tǒng)，是一套獨(dú)立的、科學(xué)的、綠色的供電系統(tǒng)。不受電力安裝位置和廊道的影響，且現(xiàn)場(chǎng)組裝靈活方便。可裝設(shè)在用電中心位置，0.4千伏低壓線路呈輻射狀提供電力供應(yīng)，供電半徑小，有效避免低電壓?jiǎn)栴}。全天候晝夜發(fā)電+儲(chǔ)能，比單用風(fēng)機(jī)或太陽(yáng)能更經(jīng)濟(jì)、更科學(xué)、更實(shí)用，從而提高系統(tǒng)供電的連續(xù)性、穩(wěn)定性和可靠性。智慧型模塊化設(shè)計(jì)，采用最大功率自動(dòng)跟蹤技術(shù)，同時(shí)對(duì)供電方式進(jìn)行科學(xué)的管理，完善的系統(tǒng)控制和安防保護(hù)可確保系統(tǒng)在無(wú)人值守的情況下穩(wěn)定可靠工作。

受制于儲(chǔ)能電池的性能和容量，且受自然氣候因素影響較大，在高熱、高寒、高海拔地區(qū)需采取地埋、裝設(shè)保溫箱、采用高性能儲(chǔ)能裝置等方式解決儲(chǔ)能損耗大、設(shè)備壽命受損等問(wèn)題。根據(jù)最大用電負(fù)荷水平合理配置儲(chǔ)能電池容量，特殊用電負(fù)荷輔以柴油發(fā)電機(jī)備用，能夠保障安全可靠用電。

3.2電力延伸供電方式

電力延伸供電方式，是連接主、配電網(wǎng)電力線路或上級(jí)變電站的供電方式，在城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村等及其供電半徑范圍內(nèi)附近，是最可靠的供電方式，可進(jìn)行電力線路廊道施工。

受制于邊防布點(diǎn)位于“散、偏、邊、遠(yuǎn)”區(qū)域，處于配電網(wǎng)末端或電力尚未延伸到位的區(qū)域，且采用單輻射方式供電，由于長(zhǎng)距離串供，造成電壓低，還易導(dǎo)致在故障和檢修情況下大面積停電，受制于自然條件故障點(diǎn)排查和搶修時(shí)間較長(zhǎng)，供電可靠性不高。因此，其供電可靠性主要考慮其供電距離，一般要求不超出各電壓等級(jí)的供電半徑為宜。但由于用電負(fù)荷較小往往存在輕載問(wèn)題，增加了變壓器和線路損耗。

4投資合理性分析

4.1智慧型綜合能源供電系統(tǒng)

據(jù)調(diào)查了解，一般牧民定居點(diǎn)、抵邊村及邊防用電負(fù)荷一般不超過(guò)1000千瓦。以下將用電負(fù)荷限定在1000千瓦以內(nèi)，按照儲(chǔ)能裝置能夠?yàn)樽畲笥秒娯?fù)荷連續(xù)提供10小時(shí)電力供應(yīng)考慮，選擇不同負(fù)荷區(qū)間測(cè)算20年壽命期投資規(guī)模，包括建設(shè)一次投入成本和運(yùn)維成本，考慮利用年限約為10年，為方便對(duì)比分析，需在第11年初，再追加一次建設(shè)投入，運(yùn)維按20年計(jì)。因此，不同最大用電負(fù)荷下，投資成本為一固定值，以智慧光儲(chǔ)型為例，具體見下表所示。

4.2電力延伸供電方式

電力延伸供電成本主要考慮建設(shè)成本和運(yùn)維成本，隨著供電半徑增大，供電電壓等級(jí)隨之升高，投資愈大。各電壓等級(jí)具體單位投資情況見下表：

根據(jù)以上內(nèi)容綜合分析，不同負(fù)荷規(guī)模情況下，不同電壓等級(jí)電力延伸供電的臨界距離各不相同，在供電半徑允許范圍內(nèi)，供電距離不超出臨界距離的情況下可選取電力延伸方式，反之以新型綜合能源供電方式較為經(jīng)濟(jì)。因此，最終結(jié)合實(shí)際供電距離，參考測(cè)算臨界距離結(jié)果即可選取最為經(jīng)濟(jì)的供電方案。

結(jié)合經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較情況，考慮各電壓等級(jí)供電半徑要求，通過(guò)測(cè)算得出供電距離對(duì)應(yīng)供電方式對(duì)照表，具體供電方式可根據(jù)對(duì)照表5確定。考慮設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，用電負(fù)荷100千瓦及以下接入0.4千伏電壓等級(jí)，100至8000千瓦接入10千伏電壓等級(jí)。依次按用電負(fù)荷規(guī)模計(jì)算可得表4如下：

當(dāng)用電負(fù)荷確定時(shí)，可通過(guò)臨界供電距離比選出投資最優(yōu)供電方案，如供電距離超過(guò)18公里，對(duì)照表五，可確定采用智慧光儲(chǔ)型綜合能源供電系統(tǒng)通電方式。

5結(jié)論

綜上，采用新型綜合能源供電系統(tǒng)，可有效彌補(bǔ)和改善傳統(tǒng)光伏供電、電力延伸等供電方式存在的問(wèn)題和弊端，可大幅提升第二道防線安全質(zhì)量和效率效益。新型綜合能源供電系統(tǒng)具有較大應(yīng)用前景，后期根據(jù)最新技術(shù)研發(fā)成果，不斷推進(jìn)智慧型綜合能源+5G相關(guān)成果應(yīng)用，充分保障我國(guó)第二道防線及邊境地區(qū)安全。