基于第二道防线通电的新型综合能源供电系统研究

王大军

摘要：我国陆地边境线长，近来边境安全形势面临风险挑战，边境防控及其第二道防线通电具有重要战略意义。基于新疆某地区第二道防线通电现状，结合最新5G技术应用及综合能源发展情况，提出智慧型综合能源供电系统，经过技术经济性及投资合理性比较分析，得出不同供电距离两种通电方式的优势。根据案例分析，采用新型综合能源供电系统，可有效弥补和改善传统光伏供电、电力延伸等供电方式存在的问题和弊端，可大幅提升第二道防线安全质量和效率效益。

关键词：第二道防线;智慧型综合能源;电力延伸;技术经济

1現状分析

1.1电力延伸受限，供电质量不稳

部分BF监控布点分布于“散、偏、边、远”区域，受生态环保政策等多重限制，电力延伸架设难度大。对于已经电力延伸的边境区域，因线路超过正常供电半径（10千伏电压等级不宜超过15千米，220/380伏电压等级不宜超过0.5千米），线路末端电压超出监控和通信设备的正常工作电压范围，造成设备无法正常工作或损坏，导致监控掉线率较高，占比约10.5%。

1.2特殊天气适应性较差

部分光伏供电设备配置，未达到统一技术标准要求。特殊天气情况下（阴雨、 暴雪、极寒天气）光伏板与蓄电池供电能力不足，造成监控、通信设备断电停运，掉线率约占12.7%左右。

1.3线路故障、检修停电

电力延伸的供电线路，受恶劣环境、气候等不可抗力影响，故障跳闸，或线路检修维护停电，造成监控设备大范围断电。

通过对以上问题的梳理，针对部分BF点“散、偏、边、远”区域，传统的供电方式均存在较大弊端，供电质量不稳、设备维护难度大、监控掉线率较高、投资成本较大。建议综合考虑相关规范标准及效率效益等因素，根据最新应用技术成果，结合实际，解决地区第二道防线通电问题。

根据最新技术发展和应用，结合当地风光等优势资源，灵活采用新型智慧型综合能源供电系统通电方式，如下图1所示，保障该地区第二道防线供电质量，同时达到经济和社会效益最优。

2智慧型综合能源供电系统概况介绍

智慧型综合能源供电系统，主要依托光、风、柴、水、储等综合能源/储能设备，采用智能+5G技术优化升级进行独立可靠供电。在系统构成上，具备常规电力系统的所有要素，包括电源、网架、配电设施、控制系统和负荷等，通过相应的智慧控制策略，能够实现自身功率平衡和稳定运行，提升供电可靠性和电能质量。由于其就近向附近供电的特点，可减少投资，降低损耗，建设周期短。

按照电源配置方式可分为光（柴）储型、风水储型、风光储型等典型的建设模式，其中每种类型供电系统又具有一定的扩展性，代表一类典型的电源配置模式。根据应用场合和当地经济发展状况，可以参考《配电网规划设计技术导则》按照D类和E类地区建设标准进行规划建设。

其特征与优势如下：

a环保：优化系统部件配置、运行模式等设计，可基本由风光发电，不用或很少启动备用电源，此时系统无空气污染、无噪音、不产生废弃物，绿色环保，提供的是一种自然、清洁的能源。

b节能：完美并充分利用自然资源，使用太阳能和风能发电，在合适的气象资源条件下，可实现全天候昼夜发电，从而提高系统供电的连续性、稳定性和可靠性，比单用风机或太阳能更经济、更科学、更实用。

c经济：只需一次前期投入，没有后期大量电费支出，也无需变压器、稳压器等大量供电设施的建设。

4.方便：是一套独立的发充储供电系统，不受电力安装位置和线路廊道的影响，现场组装方便。

d合理：最合理的独立电源系统，可以根据用电情况和资源条件进行系统容量的合理配置，无论怎样的环境和用电要求，都可做出最优化的系统设计方案来满足要求。

e智慧：智慧型模块化设计，采用最大功率自动跟踪技术，同时对供电方式进行科学的管理，完善的系统控制和安防保护可确保系统在无人值守的情况下稳定可靠工作。

f.灵活：灵活高效的综合能源发充储供电方式，实时监测储能电池组的表面温度，保证储能装置工作在最佳状态。

g.直观：监控管理终端内置LCD 显示功能，可实时显示系统当前的各个环境参数和各部件设备的工作状况，包括环境温度、风力发电及太阳能发电电流与电压、储能电池充放电电量、负载用电量等信息。

h.交互：完备的通信和远程控制管理功能，提供标准接口，可轻松实现系统的远程控制和交互，完成对系统设备的遥测、遥控、遥信和遥调。

3技术合理性分析

3.1智慧型综合能源供电系统

智慧型综合能源供电系统，是一套独立的、科学的、绿色的供电系统。不受电力安装位置和廊道的影响，且现场组装灵活方便。可装设在用电中心位置，0.4千伏低压线路呈辐射状提供电力供应，供电半径小，有效避免低电压问题。全天候昼夜发电+储能，比单用风机或太阳能更经济、更科学、更实用，从而提高系统供电的连续性、稳定性和可靠性。智慧型模块化设计，采用最大功率自动跟踪技术，同时对供电方式进行科学的管理，完善的系统控制和安防保护可确保系统在无人值守的情况下稳定可靠工作。

受制于储能电池的性能和容量，且受自然气候因素影响较大，在高热、高寒、高海拔地区需采取地埋、装设保温箱、采用高性能储能装置等方式解决储能损耗大、设备寿命受损等问题。根据最大用电负荷水平合理配置储能电池容量，特殊用电负荷辅以柴油发电机备用，能够保障安全可靠用电。

3.2电力延伸供电方式

电力延伸供电方式，是连接主、配电网电力线路或上级变电站的供电方式，在城镇、乡村等及其供电半径范围内附近，是最可靠的供电方式，可进行电力线路廊道施工。

受制于边防布点位于“散、偏、边、远”区域，处于配电网末端或电力尚未延伸到位的区域，且采用单辐射方式供电，由于长距离串供，造成电压低，还易导致在故障和检修情况下大面积停电，受制于自然条件故障点排查和抢修时间较长，供电可靠性不高。因此，其供电可靠性主要考虑其供电距离，一般要求不超出各电压等级的供电半径为宜。但由于用电负荷较小往往存在轻载问题，增加了变压器和线路损耗。

4投资合理性分析

4.1智慧型综合能源供电系统

据调查了解，一般牧民定居点、抵边村及边防用电负荷一般不超过1000千瓦。以下将用电负荷限定在1000千瓦以内，按照储能装置能够为最大用电负荷连续提供10小时电力供应考虑，选择不同负荷区间测算20年寿命期投资规模，包括建设一次投入成本和运维成本，考虑利用年限约为10年，为方便对比分析，需在第11年初，再追加一次建设投入，运维按20年计。因此，不同最大用电负荷下，投资成本为一固定值，以智慧光储型为例，具体见下表所示。

4.2电力延伸供电方式

电力延伸供电成本主要考虑建设成本和运维成本，随着供电半径增大，供电电压等级随之升高，投资愈大。各电压等级具体单位投资情况见下表：

根据以上内容综合分析，不同负荷规模情况下，不同电压等级电力延伸供电的临界距离各不相同，在供电半径允许范围内，供电距离不超出临界距离的情况下可选取电力延伸方式，反之以新型综合能源供电方式较为经济。因此，最终结合实际供电距离，参考测算临界距离结果即可选取最为经济的供电方案。

结合经济技术比较情况，考虑各电压等级供电半径要求，通过测算得出供电距离对应供电方式对照表，具体供电方式可根据对照表5确定。考虑设计标准，用电负荷100千瓦及以下接入0.4千伏电压等级，100至8000千瓦接入10千伏电压等级。依次按用电负荷规模计算可得表4如下：

当用电负荷确定时，可通过临界供电距离比选出投资最优供电方案，如供电距离超过18公里，对照表五，可确定采用智慧光储型综合能源供电系统通电方式。

5结论

综上，采用新型综合能源供电系统，可有效弥补和改善传统光伏供电、电力延伸等供电方式存在的问题和弊端，可大幅提升第二道防线安全质量和效率效益。新型综合能源供电系统具有较大应用前景，后期根据最新技术研发成果，不断推进智慧型综合能源+5G相关成果应用，充分保障我国第二道防线及边境地区安全。