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交直流混合与信息物理融合助推城市能源变革

北极星输配电网  来源:能源评论  作者:许海清  2017/11/7 14:01:17  我要投稿  

北极星输配电网讯:能源,是经济社会发展的重要物质基础。城市,是世界能源使用的主体,决定了世界能源的格局。苏州拥有比较齐全的能源供给形态,能源品种除了煤炭、石油等传统化石能源,风电、光伏、生物质、储能等多种分布式新能源近年来发展迅速,城市用能模式趋于多样化。

可再生能源接入有多种方式,简单地采用交直、直交变换器接入的方式,其能量转换环节多,影响了接入的便捷性、降低了效率,限制了分布式可再生能源的充分消纳和高效利用。

大量分布式可再生能源的接入,对电力系统的灵活接入和有效管控提出了新的挑战和更高的要求。面对高占比分布式可再生能源,未来电网要求有更加灵活的组网方式,以方便各种分布式可再生能源接入;另一方面,也需要能量、信息的双向可控,以增强接入高占比可再生能源后的优化调度和安全运行控制能力。

交直流混合配电网,促进城市清洁能源全额消纳

交直流混合配电网形态。城市能源变革中,用能供给模式的多样化,很大程度体现在直流电源与直流负荷的日益增加。光伏电源、风力发电、燃料电池、储能单元(电池、超级电容器等)产生的电能大部分为直流电;常用的电气设备及大型直流负荷,如计算机、空调设备、制冷设备、电动汽车、数据中心、电气化机车等采用直流供电更为方便。在此背景下,基于双向变流器的交直流混合配电网应运而生,光伏等直流型分布式能源和电动汽车等直流用电设备直接通过直流微网集成,可以省去部分变流器,减小损耗,提高电网的供配电效率及经济性。此外,交直流混合配电网中直流部分不存在同步问题,可以有效隔离交流侧扰动和故障,保证高可靠性供电。

电力电子变压器,交直流混合配电网的关键。作为交直流混合配电网的关键装备,电力电子变压器以其灵活控制的优点,不仅为不同的分布式电源和不同类型负载提供灵活多样的电气接口,还能通过电力电子变换技术和高频变压器实现电压变换和能量双向传递,实现能量流和信息流的双向流动。电力电子变压器同时具有交直流接入端口,在新能源接入时可以减少一级交直流变换过程,可以同时实现交直流混合供电的功能;同时,通过多台电力电子变压器的低压直流侧互联形成区域交直流混合配电网络,可以实现多条线路的负荷均衡、电能质量综合治理、分布式能源调配等功能。利用电力电子变压器的多个交直流双向可控端口,构建合理的交流或者直流系统,实现灵活组网,在多个交直流电压等级集成分布式可再生能源。既能满足分式电源灵活接入的要求,又能满足系统对接入的电源和负载加强管控的要求,为城市能源变革中高渗透率可再生能源电力系统提供了一种有效的解决方案。

交直流混合配电网,高比例新能源消纳的保障。以电力电子变压器为基础构建交直流混合系统,可在多个交直流电压等级集成分布式可再生能源,增加系统控制能力,实现更加灵活安全接入,同时可实现灵活组网,在更大范围互联互补,充分消纳。作为国际能源变革论坛永久会址所在地,苏州同里的示范工程中,基于电力电子变压器构建三路并供交直流系统,充分展示了多端口电力电子变压器的灵活组网,以及分布式可再生能源高比例消纳的能力。

可以说,交直流混合配电网,将实现“高比例可再生能源、多种能源互补”的绿色能源供应新格局,建成包含光伏、生物质能、热电联产、储能、地源热泵等多能互补能源系统,实现城市能源电力供应100%清洁化。

信息物理融合,助推城市能源互联互通

城市能源转型中的信息物理融合形态。在城市能源转型变革中,随着智能终端设备的接入和信息通信技术的发展,以及电网与互联网、能源网等深度融合,未来城市能源电网将演化形成广域协同、具有高自治性、高灵活性和高可靠性的复杂网络,从而构成能源与信息高度耦合的信息物理融合系统将大量多类型分布式能源、储能和柔性负荷所构成的新型电力网络节点互联起来,通过物理空间与信息空间的深度融合和实时交互,以实现更大范围的能源资源配置、互联互通和互补利用。

构建城市信息物理融合能源系统。由于信息物理融合的程度不足,目前大量分布式能源、储能等只依靠其自身的控制器进行分散本地控制,使得系统无法协调全部可用资源,而导致整体运行效率较低。并且智能配电网高度依赖信息通信的可靠性,信息系统的失效将显著影响物理系统运行,如2015年年末乌克兰电网遭受网络攻击,能量管理系统因此失效并导致最终供电中断,成为历史上首次由于信息攻击引发的大规模停电事故。除此,当电力系统故障状态或紧急状态下,通信的延时、误码或中断等将可能导致系统所承受的扰动无法及时反馈,或控制器无法及时采取有效措施,使得互联电网全局最优协调控制失去保证,甚至可能造成控制器采取错误策略,恶化电力系统性能。

因此,需要深度融合信息系统和电力系统,以构建城市信息物理融合能源系统,通过分析信息物理交互影响的耦合性风险,以兼顾信息空间安全和物理实体安全可靠;通过对环境和系统状态信息的感知,对能源生产和消耗实时监测、预测、优化调度和控制,以充分利用高度不确定的可再生新能源,使能源生产和消耗协调配合,实现需求互动和多种能源互补互济,促进各类能源与电能之间的转换,为实现城市能源转型开辟新途径。

原标题:交直流混合与信息物理融合助推城市能源变革

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