随着国家“双碳”战略的有力推进,配电网已逐步由“无源”单向辐射向“有源”双向交互系统转变,由传统单一配电服务向有源化、直流化、多元化的新一代配电网转变。预计2030年,全国分布式光伏将增长到7亿千瓦,增长2.8倍;新能源汽车保有量超过1亿辆,增长5倍。当前中心化、集中式的电力供应模式难以有效应对能源发展新业态,电源新增布点、配变增容等方式投资巨大,配网短时大负荷承载力、清洁能源消纳力、高品质电能调控力无法得到根本改善。
如何提升配网“源荷”承载能力,服务新型配电网建设?作为国网系统首家配网专业支撑机构,国网冀北智能配网中心经过广泛调查、研究和探索,最终将目光锁定柔性配电交直流组网技术。柔性直流技术具有有功、无功解耦控制特性,通过配电侧交直流混合组网,将众多单个台区联结为网络式整体,提升配电系统电源消纳、负荷接入能力。
智能配网中心联合东北电力大学、科大智能在近期建成了国内并网台区规模最大的低压配电交直流组网系统,包含5台配电变压器,总容量5100kVA,实现了光伏绿电100%并网消纳。
1 减少变流环节 提升配网运行稳定性
分布式光伏、储能装置,以及充电桩、5G基站、数据中心等直流负荷接入配电网时,均需通过“AC/DC”和“DC/DC”两级换流装置。配电交直流组网提供了统一直流并网接入端口,避免“AC/DC”换流设备重复投资和电能损耗。同时通过标准化“AC/DC”换流设备应用,有效降低了直流并网设备带来的谐波、故障穿越等电能质量问题。
2 功率协调互济 提升配电资源利用率
通过配电侧交直流组网,实现辐射式、开环运行的交流配电网横向连接,将众多单个台区联结为网络式整体,发挥变压器集群效应,充分利用配电变压器容量资源,降低配电网潮流的时域、地域峰值。当单个台区对分布式光伏或者充电桩承载力不足时,通过柔性直流线路功率互济,实现组网互联变压器“容量共享”,提升组网系统分布式光伏消纳、负荷供电能力。
3 停电无缝转带 提升供电服务可靠性
当部分台区运行故障和设备检修时,通过变压器软投退技术,在30ms内将相关台区交流负荷功率通过柔性直流线路转带到其他台区,实现用户对台区故障和检修停电的“零感知”。当配电网大面积停电后,通过配合光伏、储能功率支撑,配电交直流组网系统可自动切换到“离网”运行模式,支撑重要负荷持续供电,提升配电网防灾、应急能力,将用户供电可靠率提升至99.999%。
目前,智能配网中心通过部署“光-储-直-用”全要素硬件设备设施,创新打造柔性配网供用电实验室。该实验室拥有成套中低压交直流配网动模实验一次网架结构装置,形成多要素一体化全景实证试验平台。智能配网中心统筹创新技术、实验室和园区资源打造五端组网示范工程,首次实现交直流组网“实验室+示范工程”的联合部署,构建了“技术开发-试验验证-中试应用”全流程创新体系。
智能配电网中心充分整合优势资源,与天津大学、东北电力大学、南瑞集团等高校科研机构签订战略合作协议,联合科大智能、阳光电源等4家头部电力企业开展技术应用合作,着力推动产学研用一体化,助力构建清洁低碳安全高效的能源体系。