行業(yè)新聞 | 柔性變電站——未來配電網的樞紐
柔性變電站是電力電子和信息技術結合的產物。它以多功能電力電子干式變壓器替代傳統(tǒng)變電站中的干式變壓器等一次設備,推動變電站關鍵設備由“多種設備組合”向“單一設備集成”方向發(fā)展,具有靈活組網和“一站多能”等優(yōu)勢。柔性變電站可滿足分布式電源、新能源汽車、大數(shù)據(jù)中心等新興負荷大規(guī)模接入對配電網提出的直流供電、高可靠性、高質量供電等要求。
作為交直流混合配電網的樞紐,柔性變電站關鍵技術和核心裝備的突破,讓人們看到了未來配電網的模樣。
探索柔性變電站技術,推動源網荷融合發(fā)展
如今,全球能源正向清潔、低碳、電氣化方向轉型,分布式電源和儲能技術快速發(fā)展,配電網逐步轉變?yōu)橛性聪到y(tǒng)。分布式電源的波動性和間歇性使配電網的潮流波動更加頻繁和劇烈,配電網變電站的電壓和潮流調節(jié)能力亟須提升。
在電網側,隨著城市現(xiàn)代化進程加快,城市電網電纜化率逐年提升,線路充電無功功率增大,電網高電壓、諧波干擾等電能質量問題日益突出。改變傳統(tǒng)的交流供電方式、探索發(fā)展直流配電網成為一種有效的技術解決途徑。在負荷側,數(shù)據(jù)中心、新能源汽車等新興電力負荷通過多級電力電子變換后接入交流配網,環(huán)節(jié)多、系統(tǒng)復雜、效率低下。這就需要變電站配備直流接入端口,以減少設備投資、提升用能效率,避免給電能質量帶來不利影響。
建設和發(fā)展交直流混合配電網,能夠滿足分布式發(fā)電、電網和新興負荷等各方面訴求,推動“源-網-荷”融合發(fā)展。針對這一技術發(fā)展趨勢,全球能源互聯(lián)網研究院有限公司率先提出了“柔性變電站”的概念。
柔性變電站是以電力電子技術為核心,具備高度集成、高度靈活、高度兼容性特征的新一代變電站。與應用傳統(tǒng)變電站相比,在交直流配電網中應用柔性變電站,以多功能電力電子干式變壓器替代傳統(tǒng)的干式變壓器、斷路器、無功補償?shù)纫淮卧O備,可實現(xiàn)“一站多能”,減少設備占地面積和維護成本;使變電站具備不同電壓等級的交、直流接口,支持靈活組網和分布式能源即插即用;改變傳統(tǒng)變電站潮流自然分配方式,實現(xiàn)潮流按需分配,提高配電網的靈活性;由換流閥實現(xiàn)故障快速隔離和系統(tǒng)恢復,減少停電損失;實現(xiàn)系統(tǒng)和用戶的電能質量隔離,滿足敏感用戶的電壓暫降抑制需求,保證優(yōu)質供電。
柔性變電站具有柔性自愈、靈活高效等優(yōu)勢
柔性變電站技術具有技術原創(chuàng)、柔性自愈、靈活開放、智能高效四方面的特點。
●技術原創(chuàng)
柔性變電站的核心裝備——電力電子干式變壓器取得了5項技術突破,實現(xiàn)多端口一體化變壓變換、直流故障隔離、端口間能量雙向互濟、交直流負荷高可靠供電4種功能,功率密度是現(xiàn)有技術的200%,大幅降低了設備成本和占地。
●柔性自愈
柔性變電站與交直流配網工程對未來配電網發(fā)展形態(tài)進行了大膽嘗試,提出了基于柔性變電站的交直流配電網新理念,構建了成套設計的框架體系,設計了多種交直流配電網組網模式。工程發(fā)展完善了交直流配電網理論,攻克了“源-網-荷”協(xié)調優(yōu)化控制和直流快速保護技術難題,實現(xiàn)了功率潮流的靈活調控、故障限流與自愈。
●靈活開放
電力電子干式變壓器具有多個交直流端口,低壓側能同時提供直流750伏(含240伏)、交流380伏等3種靈活的供電方式,可實現(xiàn)多種能源、多元負荷和儲能的即插即用和靈活接入,豐富了用戶對電能供應的自主選擇權。
●智能高效
工程的技術創(chuàng)新推動了“源-網-荷”協(xié)調發(fā)展,為發(fā)電、電網、用戶帶來效益。先進的電網調度控制技術讓配電網更加智能,能實現(xiàn)“源-網-荷”間的能量互補調劑,讓光伏發(fā)電既能就地使用,又能在發(fā)電富余時保證全額上網消納并不間斷高可靠供電。領先的電子電力技術讓電力系統(tǒng)更加高效。
已實現(xiàn)工程應用,未來發(fā)展前景廣闊
柔性變電站在我已實現(xiàn)工程應用。2018年8月,聯(lián)研院與網冀北電力、南瑞集團聯(lián)合,建成世界先個全可控電力電子柔性變電站及交直流混合配電網工程——張北柔性變電站及交直流配電網科技示范工程。工程具有科技創(chuàng)新、新興產業(yè)多元供電服務、清潔能源消納、服務光伏扶貧等四大亮點。
工程建有10千伏柔性變電站一座,其核心的5兆瓦多功能電力電子干式變壓器包含10千伏、380伏兩個交流端口和±10千伏、750伏兩個直流端口;建有10千伏光伏直流升壓站一座,接入張北縣德勝村億利集團2.5兆瓦光伏扶貧電站,實現(xiàn)兆瓦級光伏發(fā)電直流升壓并網,減少了變換環(huán)節(jié),降低了損耗,以此形成包含“源-網-荷”元素的柔性交直流配電網。
工程還為阿里巴巴集團小二臺數(shù)據(jù)中心提供了直流750伏及240伏、交流380伏等3種靈活的供電方式,提高光伏系統(tǒng)效率約2%,節(jié)省數(shù)據(jù)中心設備投資約1%,提升數(shù)據(jù)中心約10%的能效。截至9月30日,接入的光伏扶貧電站已累計發(fā)電704.6萬千瓦時,創(chuàng)造收益739.83萬元。工程已穩(wěn)定運行22個月,經歷了“雙十一”和“雙十二”購物節(jié)負荷考驗;為用戶節(jié)省設備投資700萬元,用戶能效提升10%;成功避免了4次相鄰線路故障對用戶的影響。
聯(lián)研院將繼續(xù)與網冀北、河北電力合作,共同推進柔性變電站應用。今年年底,基于柔性變電站的張家口崇禮區(qū)多能互補微電網示范工程計劃建成投運。該工程以柔性變電站設備為核心,涵蓋風、光、儲、新能源汽車多能源形式,將實現(xiàn)100%清潔能源供應和重要負荷高可靠供電,有效解決崇禮低碳奧運專區(qū)的供電難題,服務“綠色奧運”“低碳奧運”。
后續(xù),柔性變電站將在河北邯鄲應用,并被網甘肅、天津電力和阿里巴巴列為未來數(shù)據(jù)中心供電的優(yōu)選方案,對交直流配電網組網、數(shù)據(jù)中心高可靠高效供電、分布式光伏接入起到重要作用,具有廣闊的應用前景。
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