當(dāng)前,電網(wǎng)對(duì)供電可靠性的需求越來越高,隨著分布式電源的接入越來越多,同時(shí)要滿足電動(dòng)汽車等多元負(fù)荷用電需求,傳統(tǒng)配電網(wǎng)“閉環(huán)設(shè)計(jì)、開環(huán)運(yùn)行”的結(jié)構(gòu)已無法滿足社會(huì)需求。如何實(shí)現(xiàn)多電源安全合環(huán)、環(huán)網(wǎng)潮流經(jīng)濟(jì)分布和分布式電源合理消納成為配電網(wǎng)運(yùn)行的新挑戰(zhàn)。在此背景下,臺(tái)區(qū)柔性互聯(lián)技術(shù)憑借其良好的接入與控制能力或成為未來重要解決方案。
配電臺(tái)區(qū)柔性互聯(lián)技術(shù)
1
應(yīng)用場(chǎng)景
1)針對(duì)臺(tái)區(qū)間負(fù)載不均衡或季節(jié)性負(fù)荷波動(dòng),實(shí)現(xiàn)功率互濟(jì)、容量共享;
2)針對(duì)電動(dòng)汽車等負(fù)荷導(dǎo)致的配變過載,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)增容;
3)針對(duì)高品質(zhì)供電要求,實(shí)現(xiàn)故障時(shí)負(fù)荷轉(zhuǎn)供;
4)針對(duì)高比例分布式光伏接入臺(tái)區(qū)引起反向過載、電能質(zhì)量問題,提升臺(tái)區(qū)承載力,實(shí)現(xiàn)電壓主動(dòng)控制。
2
關(guān)鍵裝備
臺(tái)區(qū)柔性互聯(lián)裝置通過AC/DC和DC/AC變換技術(shù),實(shí)現(xiàn)多個(gè)臺(tái)區(qū)柔性互聯(lián)與功率互濟(jì),其中AC/DC變流器典型拓?fù)淙鐖D1所示,光伏、儲(chǔ)能等接入直流母線的DC/DC變流器典型拓?fù)淙鐖D2所示。
圖1 AC/DC典型拓?fù)?/p>
(a)雙向DC-DC變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
(b)高頻隔離DC-DC變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
圖2 DC/DC變流器典型拓?fù)?/p>
圖3 國(guó)網(wǎng)湖北電科院自主研發(fā)的臺(tái)區(qū)柔性互聯(lián)裝置
電力電子變壓器可實(shí)現(xiàn)AC10kV端口至DC750V端口和AC400V端口的變換,典型拓?fù)淙鐖D4所示。
圖4 電力電子變壓器典型拓?fù)?/p>
圖5 國(guó)網(wǎng)湖北電科院自主研發(fā)的電力電子變壓器
3
關(guān)鍵技術(shù)
以柔性互聯(lián)系統(tǒng)兩側(cè)或多端主變負(fù)載作為均衡目標(biāo),通過控制柔性互聯(lián)系統(tǒng)輸送功率,實(shí)現(xiàn)區(qū)域間功率均衡。
當(dāng)柔性互聯(lián)裝置所連接的交流母線發(fā)生永久性故障后,可完成故障區(qū)域隔離及非故障區(qū)域在互聯(lián)能力范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)供和恢復(fù)。
在直流微網(wǎng)類型低壓柔直互聯(lián)系統(tǒng)中,柔性互聯(lián)系統(tǒng)具備直流微網(wǎng)保護(hù)及故障恢復(fù)功能,能夠識(shí)別直流支路和設(shè)備的各類故障并有效隔離。
柔性互聯(lián)多種組網(wǎng)形態(tài)
1
中壓配電線路柔性直流互聯(lián)
柔性互聯(lián)配電網(wǎng)的網(wǎng)架形態(tài)根據(jù)運(yùn)行場(chǎng)景不同,主要分為基于背靠背柔性互聯(lián)裝置的柔性互聯(lián)形態(tài)(圖6裝置1)、含直流母線的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)柔性互聯(lián)形態(tài)(圖6裝置2)和基于柔性互聯(lián)裝置的交直流混合柔性互聯(lián)形態(tài)(圖6裝置3)三類。
圖6 中壓配電網(wǎng)柔性互聯(lián)3種典型形態(tài)
2
配電臺(tái)區(qū)柔性互聯(lián)
換流器直流側(cè)接線主要分為:?jiǎn)渭?jí)接線、偽雙極接線和真雙極接線三種。具體如圖7所示。
圖7 換流器接線方式
低壓配電臺(tái)區(qū)柔性互聯(lián)的拓?fù)浞譃槿N結(jié)構(gòu),分別為公共直流母線集中配置結(jié)構(gòu),直流母線分段分散配置結(jié)構(gòu)和環(huán)狀結(jié)構(gòu),如下圖所示。
示范工程探索實(shí)踐
國(guó)網(wǎng)湖北電科院自主研發(fā)了配電臺(tái)區(qū)柔性互聯(lián)裝置、電力電子變壓器等核心設(shè)備,提出了雙端、多端口柔性互聯(lián)等關(guān)鍵技術(shù),牽頭開展了京山、黃州、沌口等示范工程建設(shè),為湖北現(xiàn)代智慧配電網(wǎng)建設(shè)轉(zhuǎn)型打造“樣板工程”。
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荊門京山示范工程
在京山經(jīng)濟(jì)開區(qū)供電營(yíng)業(yè)廳及周邊5個(gè)臺(tái)區(qū)低壓側(cè)建設(shè)柔性低壓直流互聯(lián)裝置,部署1臺(tái)有載調(diào)容調(diào)壓變壓器,1臺(tái)電力電子變壓器,3套保電倉(cāng),建設(shè)屋頂光伏281kW、充電樁980kW。
圖11 京山多臺(tái)區(qū)柔性互聯(lián)示范場(chǎng)景
圖12 京山多臺(tái)區(qū)柔性互聯(lián)監(jiān)控展示系統(tǒng)
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黃岡黃州示范工程
在路口供電所周邊五臺(tái)區(qū)安裝5套AC/DC柔直裝置、3套儲(chǔ)能裝置、5個(gè)V2G充電樁,低壓智能分布式保護(hù)開關(guān)339個(gè),建設(shè)光伏789.7kW,系統(tǒng)容量共3MW。
圖13 路口供電所五臺(tái)區(qū)柔性互聯(lián)示范點(diǎn)拓?fù)?/p>
圖14 路口五端口柔性互聯(lián)系統(tǒng)展示界面
2023年7月1日至20日間,黃州路口五臺(tái)區(qū)柔直互聯(lián)臺(tái)區(qū)最大負(fù)載為640.56kW,光伏累計(jì)發(fā)電56543kWh,單體柔性互聯(lián)裝置最大功率為358kW,累計(jì)轉(zhuǎn)供36485kWh,7月5日運(yùn)行斷面如下圖所示。
圖15 路口供電所五臺(tái)區(qū)柔性互聯(lián)典型日運(yùn)行曲線
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武漢沌口示范工程
部署柔性互聯(lián)裝置,解決兩個(gè)充電臺(tái)區(qū)之間長(zhǎng)期存在的功率不均情況,實(shí)現(xiàn)充電樁功率柔性控制示范應(yīng)用。
圖16 沌口汽車充電站柔性互聯(lián)試點(diǎn)
圖17 沌口汽車充電站柔性互聯(lián)監(jiān)控系統(tǒng)
2023年7月1日至10月11日期間,沌口柔性互聯(lián)裝置試點(diǎn)最大負(fù)載350kW,單體柔性互聯(lián)裝置最大功率為158.074kW,截止10月11日累計(jì)轉(zhuǎn)供3361kWh。
圖18 沌口汽車充電站柔性互聯(lián)試點(diǎn)典型日波形
配網(wǎng)柔性互聯(lián)技術(shù)突破了原來中低壓交流配電系統(tǒng)開環(huán)運(yùn)行的限制,帶來了良好的網(wǎng)絡(luò)連通性以及各種交直流電源和負(fù)荷接入的靈活性,增強(qiáng)了電網(wǎng)對(duì)隨機(jī)波動(dòng)的控制能力,相信未來將成為電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要技術(shù)手段,助力現(xiàn)代智慧配電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展!
供稿:國(guó)網(wǎng)湖北電科院 閔懷東
一審:楊志淳 劉威宏
二審:吳零松 李進(jìn)揚(yáng)
三審:謝宗喜
設(shè)計(jì):華中科技新媒體工作室
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