ENERGYFOUNDATION 中建科技 能源基金会 1911- 农村“光储直柔”新型电 力系统技术导则 GuidelinesforRuralPEDFPowerSystems 清华大学 中建科技集团有限公司 2024.3.29
关于作者 杨旭东，清华大学建筑学院副院长、教授xyang@.cn 职远，清华大学博士研究生zhiy21@mails..cn 郭梓涛，中建科技集团有限公司工程师1424849007@ ABOUTTHEAUTHORS Xudong Yang Professor Tsinghua University xyang@.cn Yuan Zhi PhD student Tsinghua University zhiy21@mails..cn Zitao Guo Engineer China Construction Technology Group Limited， 1424849007@ 致谢 本研究由清华大学统筹撰写，由能源基金会提供资金支持.
ACKNOWLEDGEMENT This report is a product of Tsinghua University and is funded by Energy Foundation China. 免责声明 若无特别声明，报告中陈述的观点仅代表作者个人意见，不代表能源基金会的观点.
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目录 1.引言 2.拓扑类型选择 3.设计容量 4.控制方法及运行模拟 5.案例介绍 8 5.1数据收集 8 5.2设计流程 11 6.总结 14 附录 15
农村光储直柔新型电力系统技术导则 1.引言 目前，我国大多数农村的用能方式是直接燃烧化石能源，而且农村是我国散 煤使用率最高的地区，因此农村地区的用能是我国二氧化碳排放的重要来源之一.
同时，农村拥有广阔的屋顶面积，根据卫星影像识别的结果，我国农村屋顶可安 装光伏20亿kT，光伏发电潜力是未来农村全面电气化后用电量的3-4倍.
因此， 在农村发展光伏能源来代替化石能源是实现农村“碳中和”的有效路径之一.
然 而，光伏发电具有很强的波动性和不稳定性，而且供电特征与农村的用电特征存 直柔”技术是解决光伏系统供需不匹配的有效方法.
“光储直柔”的定义是：1， “光”：是指光伏等可再生能源，是系统的发电来源：2，“储”：是指储能技术， 包括储电、储热、蓄冷等：“直”：是指系统采用直流电力：“柔”：是系统的最终 目标，即柔性负荷，使得负荷侧与发电侧实现良好的匹配.
在农村发展“光储直柔”系统有两大优势：1，广阔的农村屋顶面积带来的 巨大的光伏潜力：2，农村在未来全面电气化后将拥有巨大的储能资源，如：农 机具、三轮车、小汽车等.
但是，农村本身的用电量相比起城市要低很多，无法 消纳自身屋顶光伏电力，大量的光伏电力需要送入电网满足周边负荷需求.
这就 使得未来农村将会从“电力的消费者”转为“电力的产消者”，农村电力系统将 承担虚拟电厂的职责.
传统的农村电力设计方法单纯从电力消费侧的角度进行系 统设计，无法满足未来的变化需求.
因此需要新的农村电力系统的设计方法来指 导农村“光储直柔”系统的建设，系统的最终目标是：优先自发自用，余电有序 上网.
本导则的目的是为农村“光储直柔”电力系统的设计规划提供参考依据.
2.拓扑类型选择 确定系统拓扑结构是“光储直柔”电力系统设计的第一步，也是整个方案设 计的基础.
目前农村“光储直柔”电力系统的拓扑结构大致分为以下三种（只针 1
农村光储直柔新型电力系统技术导则 对框架结构的不同进行划分，细节上的差别如电压等级、储电位置等就不再专门 进行分类），如图1所示.
级母线DC750V 方案1： 方案2： 方案3： DC750V 图1三种不同的电力系统拓扑结构 不同的拓扑结构会导致不同的发电效率、传输损失、设备容量、控制方法以 及投资费用.
首先，不同的方案导致变换器的位置和连接的功率不同，就会造成 设备容量选型不同，从而导致不同的价格.
例如：方案2的母线变流器与光伏相 连，则变流器的容量要考虑光伏的装机容量，但是方案1和方案3的母线变流器 只与负载相连，变流器的选择只需要考虑农户的负荷即可.
其次，不同方案的发 电收益以及转化传输损失是不同的.
例如：方案1和方案3的光伏电力只需要经 过一个变流器，但是方案二的光伏电力经过两个变流器的转换，相对来说，方案 2的发电量会损失一部分：而且，方案2的光伏电力的接入电压更低，因此线路 的电流会更大，导致线路损失更大.
最后，不同的方案要选择不同的控制方法.
对于直流系统来说，一个很大的优势就是可以采用去中心化的母线电压下垂控制 的方法来保证系统的运行（具体原理见本册的第四部分），这样也节省了控制器 的投资和维护成本.
但是，方案1的变流器没有与母线直接相连，无法迅速感应 电压信号的变化，无法采用电压下垂控制，需要配备控制器，造成了额外的花销.
以10kW的光伏装机容量为例对三种方案进行对比如表1所示.
表1拓扑方案对比 对比项目 方案1 方案2 方案3 发电效率 95% %6×%6 95% 传输损失 低 高 低 光伏变流器容量 10kW 10kW 10kW 母线变流器容量 3kW 10kW 3kW 储电变流器容量 相同 控制方法 MPC 控制 母线电压下垂控制 IN
