行業(yè)新聞 | 柔性變電站——未來(lái)配電網(wǎng)的樞紐
柔性變電站是電力電子和信息技術(shù)結合的產(chǎn)物。它以多功能電力電子干式變壓器替代傳統變電站中的干式變壓器等一次設備，推動(dòng)變電站關(guān)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(wǎng)和“一站多能”等優(yōu)勢。柔性變電站可滿(mǎn)足分布式電源、新能源汽車(chē)、大數據中心等新興負荷大規模接入對配電網(wǎng)提出的直流供電、高可靠性、高質(zhì)量供電等要求。
作為交直流混合配電網(wǎng)的樞紐，柔性變電站關(guān)鍵技術(shù)和核心裝備的突破，讓人們看到了未來(lái)配電網(wǎng)的模樣。
探索柔性變電站技術(shù)，推動(dòng)源網(wǎng)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(shù)快速發(fā)展，配電網(wǎng)逐步轉變?yōu)橛性聪到y。分布式電源的波動(dòng)性和間歇性使配電網(wǎng)的潮流波動(dòng)更加頻繁和劇烈，配電網(wǎng)變電站的電壓和潮流調節能力亟須提升。
在電網(wǎng)側，隨著(zhù)城市現代化進(jìn)程加快，城市電網(wǎng)電纜化率逐年提升，線(xiàn)路充電無(wú)功功率增大，電網(wǎng)高電壓、諧波干擾等電能質(zhì)量問(wèn)題日益突出。改變傳統的交流供電方式、探索發(fā)展直流配電網(wǎng)成為一種有效的技術(shù)解決途徑。在負荷側，數據中心、新能源汽車(chē)等新興電力負荷通過(guò)多級電力電子變換后接入交流配網(wǎng)，環(huán)節多、系統復雜、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(zhì)量帶來(lái)不利影響。
建設和發(fā)展交直流混合配電網(wǎng)，能夠滿(mǎn)足分布式發(fā)電、電網(wǎng)和新興負荷等各方面訴求，推動(dòng)“源-網(wǎng)-荷”融合發(fā)展。針對這一技術(shù)發(fā)展趨勢，全球能源互聯(lián)網(wǎng)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(shù)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。與應用傳統變電站相比，在交直流配電網(wǎng)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的干式變壓器、斷路器、無(wú)功補償等一次設備，可實(shí)現“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(wǎng)和分布式能源即插即用；改變傳統變電站潮流自然分配方式，實(shí)現潮流按需分配，提高配電網(wǎng)的靈活性；由換流閥實(shí)現故障快速隔離和系統恢復，減少停電損失；實(shí)現系統和用戶(hù)的電能質(zhì)量隔離，滿(mǎn)足敏感用戶(hù)的電壓暫降抑制需求，保證優(yōu)質(zhì)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(shù)具有技術(shù)原創(chuàng )、柔性自愈、靈活開(kāi)放、智能高效四方面的特點(diǎn)。
●技術(shù)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(shù)突破，實(shí)現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，功率密度是現有技術(shù)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(wǎng)工程對未來(lái)配電網(wǎng)發(fā)展形態(tài)進(jìn)行了大膽嘗試，提出了基于柔性變電站的交直流配電網(wǎng)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(wǎng)組網(wǎng)模式。工程發(fā)展完善了交直流配電網(wǎng)理論，攻克了“源-網(wǎng)-荷”協(xié)調優(yōu)化控制和直流快速保護技術(shù)難題，實(shí)現了功率潮流的靈活調控、故障限流與自愈。
●靈活開(kāi)放
電力電子干式變壓器具有多個(gè)交直流端口，低壓側能同時(shí)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(shí)現多種能源、多元負荷和儲能的即插即用和靈活接入，豐富了用戶(hù)對電能供應的自主選擇權。
●智能高效
工程的技術(shù)創(chuàng )新推動(dòng)了“源-網(wǎng)-荷”協(xié)調發(fā)展，為發(fā)電、電網(wǎng)、用戶(hù)帶來(lái)效益。先進(jìn)的電網(wǎng)調度控制技術(shù)讓配電網(wǎng)更加智能，能實(shí)現“源-網(wǎng)-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(shí)保證全額上網(wǎng)消納并不間斷高可靠供電。領(lǐng)先的電子電力技術(shù)讓電力系統更加高效。
已實(shí)現工程應用，未來(lái)發(fā)展前景廣闊
柔性變電站在我已實(shí)現工程應用。2018年8月，聯(lián)研院與網(wǎng)冀北電力、南瑞集團聯(lián)合，建成世界先個(gè)全可控電力電子柔性變電站及交直流混合配電網(wǎng)工程——張北柔性變電站及交直流配電網(wǎng)科技示范工程。工程具有科技創(chuàng )新、新興產(chǎn)業(yè)多元供電服務(wù)、清潔能源消納、服務(wù)光伏扶貧等四大亮點(diǎn)。
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(gè)交流端口和±10千伏、750伏兩個(gè)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(shí)現兆瓦級光伏發(fā)電直流升壓并網(wǎng)，減少了變換環(huán)節，降低了損耗，以此形成包含“源-網(wǎng)-荷”元素的柔性交直流配電網(wǎng)。
工程還為阿里巴巴集團小二臺數據中心提供了直流750伏及240伏、交流380伏等3種靈活的供電方式，提高光伏系統效率約2%，節省數據中心設備投資約1%，提升數據中心約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(wàn)千瓦時(shí)，創(chuàng )造收益739.83萬(wàn)元。工程已穩定運行22個(gè)月，經(jīng)歷了“雙十一”和“雙十二”購物節負荷考驗；為用戶(hù)節省設備投資700萬(wàn)元，用戶(hù)能效提升10%；成功避免了4次相鄰線(xiàn)路故障對用戶(hù)的影響。
聯(lián)研院將繼續與網(wǎng)冀北、河北電力合作，共同推進(jìn)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多能互補微電網(wǎng)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(fēng)、光、儲、新能源汽車(chē)多能源形式，將實(shí)現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(zhuān)區的供電難題，服務(wù)“綠色奧運”“低碳奧運”。
后續，柔性變電站將在河北邯鄲應用，并被網(wǎng)甘肅、天津電力和阿里巴巴列為未來(lái)數據中心供電的優(yōu)選方案，對交直流配電網(wǎng)組網(wǎng)、數據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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