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广西电网原副总经理 陈建福: 构建适合能源互联网的新型配网技术形态

北极星输配电网  来源:北极星电力网    2020/8/17 10:10:56  我要投稿  

北极星输配电网讯:“新型配网技术形态是交流+柔性直流混合互联配网,可以实现电动汽车、数据中心、储能直接接入,降低交直变换损耗3%;交直流配电可由直流部分直接接入分布式能源,同时协同利用柔直快速调节特性,减少交流配网接入分布式能源的限制,大幅提升分布式电源接入交流配网容量,提高消纳能力;提升配网可控性和灵活性,实现源网荷储互动,支持多能协同运营。”

——广西电网公司原副总经理 陈建福

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为促进能源互联、电力新基建相关产业更好更快向前发展,北极星电力网、北极星电力学院于8月13日-14日,在北京举办“中国电力新基建及能源互联网论坛”,北极星电力网、北极星电力APP对会议进行全程直播。

更多会议现场资讯:

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广西电网公司原副总经理 陈建福作《构建适合能源互联网的新型配网技术形态》主题演讲。

以下为发言实录:

各位领导,各位专家,下面我给大家分享一下我们的一些思考,怎么构建适合能源互联网的新型配网技术形态。分四个部分介绍,首先从能源互联网的基础建设对我们配电网络的要求谈一谈,第二是新型配网技术形态,第三个讲一讲珠海交直流混合配电网研究,第四个谈一谈下一步的应用前景。

第一部分先谈一谈我们能源互联网一些基本的特征,主要是互联网信息技术与能源系统的融合,电力电子技术广泛应用和新商业模式机制涌现,以及很重要的两个,从能源角度来讲,实现源网荷储的纵向灵动互动,多能横向协同运营。核心目标是提高可再生能源的比重,达到50%,实现多元能源的协同与高效利用,提升整个能源综合利用的能效。实现的途径有三个方面,一个是物理基础,是以电力为核心的多能协同能源网络,技术手段主要是信息物理融合,价值创造主要是商业模式的创新。

重点讲一讲物理基础存在的一些问题,首先是多能能源网络缺乏统一的规划,能源转化、存储技术有待突破,核心电力网络对可再生能源大规模接入与消纳能力是不足的,综合能效不高。接着说一说核心电力网络存在的问题,输电网络主要是解决集中式可再生能源传输与消纳,仍存在弃风弃光的情况,配电网络是解决分布式可再生能源的传输与消纳,多种能源及灵活性资源的协同运营。

重点讲一讲配网,首先说一下传统配网的特点,交流配网按照主变分区域供电,区域间联系能力比较弱。交流受制于配网结构,可控性、灵活性比较差。调控手段少,短路容量限制,抗扰动能力差,智能化程度低,难以支持多能高效协同运营。面对现在能源互联网建设,存在明显的不足。比如对分布式能源接入是有限制的,消纳能力是不足的,对灵活性资源储能、电动汽车、可调节的负荷适应能力差,对高可靠、电能质量用户的要求难以满足。这是刚才从能源互联网的建设,对我们现有的交流配网存在一些问题,简要的分析。

第二部分谈谈新型配网技术形态,首先说一说柔性直流配网的技术优势。柔性直流网具有调控能力差,有功、无功独立控制,控制速度快,无功角稳定性问题。潮流灵活可控,实现分布式能源灵活接入与消纳,支撑多能协同运营,供电能力强,占用资源少,增加供电容量/半径。直流电源、负荷直径接入。新型配网技术形态是交流+柔性直流混合互联配网,可以实现电动汽车、数据中心、储能直接接入,降低交直变换损耗3%。可以提升原来配网的灵活性和可控性,大幅提升分布式能源接入与消纳能力。实现交流供电区域互联,提升输变配电设施运营效率,提升配网智能化水平,实现交直流配网潮流优化,支持多种能源协同运营。针对特定场景,解决供电能力不足以及对高可靠性、高电能质量供电难题。支持园区综合能源系统的建设,商业楼宇直流供电等应用需求,提升能效和用户体验。

国内在示范柔直配网项目有20多个,应用场景归结起来有这么几类,一个是点对点风电送出场景,比如在上海南汇。第二个是在可再生能源接入与直流负荷供电典型应用场景,比如张北柔性变电站、贵大工程等等。第三个是交流配网背靠背互联应用场景,比如苏州、杭州一些工程。这些应用场景是随着柔直技术的发展,目前我认为还是起步阶段。这些应用场景比较来讲,功能是比较单一的,网架结构比较简单,距离构建柔直配电网存在较大的距离。

为什么存在这些问题呢?有这么一些技术难点需要去突破和解决的。第一个是系统分析与成套设计方面,应用场景、系统功能定位研究不足,组网方式简单,不能满足大规模分布式能源消纳、灵活互动要求。模型不完整,分析方法的时间尺度、深度不够,难以支撑开展交直流混合配网复杂特性分析和系统成到设计。第二方面是核心功率器件与关键装备方面,核心功率器件技术受制于人,换流阀、断路器和变压器这些关键装备研发体系是不完善的,现在在加大这方面的研究力度。第三个就是控制保护和运行关键技术方面,柔直配网控保和运行策略不满足交直流混合配网的需求。

针对刚才说的这些技术难点,国家能源局给了我们一个能源互联网示范项目,第三部分说一下示范项目研究的一些内容。核心有三个方面,第一是多端柔直配网系统分析与成套设计关键技术,第二是多端柔直配网关键装备和核心器件,第三是多端柔直配网系统的控制保护和运行关键技术。

第一说一下多端柔直配网系统分析与成套设计关键技术,创新提出柔直+交流配网互联的提升分布式能源消纳能力的功能定位,并提出交直流混联、柔直新型组网技术和新型主回路拓扑结构。开展了全时域的宽频分析、稳态暂态性能指标研究和控保策略设计。第二是多端柔直配网关键装备和核心器件,世界首次研制应用IGCT交叉钳位结构模块。世界首创复用转移支路的三端口混合式直流断路器,通过快速切换开关,实现两个断路器共用一个转移支路,任一端口线路故障时,由断路器的控制器实现协调开断,减少电力电子器件数量30%以上,降低体积和制造成本。立足国内研发应用高性能、大容量、低损耗的IGCT器件,核心的是耐压和耐流水平比较高,节省器件数量,通态压降0.9V。首次实现宽禁带碳化硅用于直流变压器的研发。第三是多端柔直配网系统的控制保护化运行关键技术,创新提出主从、自适应电压协调综合控制策略,提高方式转换,故障处理等各种工况下的电压控制能力与稳定性。创新提出三端、双端、单端及STATCOM等灵活多样的柔直配网运行和控制策略,故障控制保护策略和交直流备自投策略。控制策略比较复杂,控制转换的时候需要解决好转换的一些性能控制。

第四个部分讲一下项目应用效果及推广前景,根据我们项目研究的一些成果,建设了一个示范工程,是世界首个容量规模最大的±10kV、±35kV伏、±110kV的三电压等级、多端柔直配网示范工程。±10kV部分包括三个换流站,在科技园下面还有一个直流微网,是光伏储能,通过直流变压器接入开关站。

我们形成了交直流混合的配网,上面是传统的唐家、鸡山变电站,通过我们柔直配网,把这两个供电区域实现了互联互济。这是工程的地理位置的情况。取得的效果简单说一下,从前面的图可以看出来,通过柔直实现了唐家站、鸡山站供电区域互联,实现区域间20兆瓦的功率互济,唐家主变负载率比较高,从70%降低到47.7%,鸡山站是新建的站,不可能短时间通过交流配网把负荷从唐家站转移到这里,通过柔直可以实现主变供电能力的转移。把鸡山站主变供电能力发挥出来,降低了唐家站的负载率,延缓唐家站扩建主变与相应线路建设投资一千万以上。交直流配网协同调度,实现区域负荷、主变、柔直设备功率的智能优化调度。是直流配电可直接接入分布式能源至少2兆瓦,协同利用柔直快速调节特性,减少交流配网接入分布式能源,大幅提升分布式电源接入交流配网容量,提高消纳能力。我们看到国网做这个事,对交流配网消纳开展定量的分析,国外做的如果不提高现在交流配网的调控能力,或者利用柔直调节的话,最多不超过30%。提供无功快速调节能力正负20mvar,无功阶跃响应仅21.3ms,节省无功补偿间隔,增加供电能力约15兆瓦,一年可增加供电收入1861万元。直流变压器、微网实现分布式电源和直流负荷即插即用,减少交直流变换损耗3%。提高唐家、鸡山站供电可靠性和电能质量,并提供区域电网事故紧急支援。推动柔直技术在张北、东莞、苏州等工程中应用及其装备产业发展,预计增加产值10亿元以上。

简单说一下社会效益,通过我们项目的研究与建设,推进柔直配网技术工程化、实用化,引领新型交直流混合配网技术形态发展,提升配网智能化水平,构建智能电网运营商基础平台。推进配网层级、跨区域协同解决分布式能源消纳、源网荷储互动等关键技术难题,构建综合能源服务商、能源互联网物理平台。推进大功率器件和柔直产业发展,打破国外对核心器件的垄断,提升国际柔直配网技术的话语权,推动国际大电网成立直流配网工作组,与世界分享中国方案。

项目得到了很多专家领导的肯定,在国家能源局验收的时候,周孝信院士给予很高的评价,说项目在柔直配网技术上取得重大突破与创新,走在世界前列。李立浧、罗安院士领衔的专家组鉴定本项目取得多项创新成果,达到世界领先水平。

最后说一下推广的应用前景,建立相关的体系,特别是系统分析、成套设计标准的建立,为柔直配电系统的规划设计提供了技术指导与保障,关键器件与装备的研发,为工程建设提供了物质基础,将进一步促进柔直配网装备制造产业发展与应外效果提升的良性循环。在应用场景方面,有很多场景可以不断的完善,交直流混合是一个大的形态,具体里面应用可以有很多不同种的形式。比如交流配网互联互动,可再生能源的消纳及高效运行,城市高功率密度供电,高可靠性与高电能质量供电,分布式能源和储能的直流微网并网。我就汇报这么多,欢迎大家批评指正。

主持人:陈总介绍非常好,我先问陈总一个问题,你直流变压器里面有交流吗?还是就是直流变直流?

陈建福:两种技术均有,从10kV变成±375V,中间用了高频的交流隔离,是有隔离的。从375V变成110V就是纯直流的Buck电路。

主持人:这个系统用在哪?

陈建福:珠海唐家湾高新区。

主持人:你这种接入主要是针对比如光伏、太阳能接入,所以需要直流,如果没有这些东西的话,这个直流还需要吗?

陈建福:还有一个互联的问题,提高整个输变配的利用效率。比如传统的像唐家变电站两台主变,供电能力要按2-1控制,通过互联以后现在变成3-1。实现潮流灵活控制,提高消纳能力,交流配网潮流是控制不了的,分布式能源接入受交流潮流限制,就限制了接入容量。柔直配网可控性强,可以解决高可靠性、高电能质量供电。提高配网的灵活性,支持多能协同运营。

(以上内容根据速记整理未经嘉宾审核)

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