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一代拓扑决定一代装置,一代装置决定一代系统。经过成百上千次的研究试验,研究团队最终提出了三相波动功率自平衡的多端口换流器主电路拓扑结构。基于这样的拓扑结构,换流器具备了高低压、交直流4个对外端口,实现了端口间功率、潮流的灵活控制。“得益于结构的创新,换流器器件数量随之减少,功率密度提升70%左右。”邓占锋说。
技术攻关取得突破,落地应用还需要成套设计方案,但项目团队却无经验可循。
2016年,公司决定在张北县建设柔性变电站及交直流配电网示范工程。国网冀北电力高度重视,组织产学研攻关团队通力合作,编制建设方案,开展技术攻关。为了确定示范工程的成套方案,傅守强和同事们忙了一整年,结合新能源发电、用户用电典型场景,设计出5套不同的方案,并针对每套方案提出了拓扑结构,评估了造价,完成了初步设计。他们通过反复比较,创新了基于柔性变电站的交直流混合配电网系统集成和工程应用技术,还在研究过程中提炼出工作内容、理论方法,为后续类似工程的成套设计提供经验指导。
在团队成员持续的联合攻关下,项目团队共获授权专利44项(其中发明专利16项),发表SCI/EI收录论文24篇,制订标准3项,出版专著1部。
梦想照进现实 交直流混合配电网发展前景广阔
2018年8月2日,研究团队数年的努力和付出终于结出硕果。在这一天,世界首个柔性变电站及交直流配电网示范工程在张北县正式投入运行。
这一示范工程建有10千伏光伏直流升压站1座、10千伏柔性变电站1座。其中,10千伏柔性变电站的核心设备——电力电子变压器具有4个交直流端口,在错综复杂的配电网中起到了枢纽性作用。
这样的枢纽,使用电客户能够自如地在交直流供电之间切换。“直流电对于数据中心类的用电客户而言,效率更高。柔性变电站能够帮助客户在新能源发电高峰期用上直流电,以降低能耗;同时能在新能源发电低谷期灵活切换为普通交流供电,以保障客户正常生产。这无疑是一种更加灵活高效的电能分配方式。”刘海军介绍。
作为集技术创新、新兴产业多元供电服务、清洁能源消纳于一体的示范工程,柔性变电站及交直流配电网示范工程为应对配电网电源清洁化、多元化,网络电力电子化、信息化,以及用户特性复杂化、互动化的发展形势,提出了重要的解决方案。“简而言之,基于柔性变电站的交直流配电网可以在减少转换过程、缩小设备体积、降低能耗折损的同时,保证客户可靠用电。”邓占锋说。
这样的尝试还在继续。就在张北县东南部不远的张家口市崇礼区,10千伏多能互补智能电网综合示范工程正在紧张有序地建设。该工程新建多能互补微电网示范变电站1座、“发充储放”一体充电站1座。微电网网架可实现配电网、可再生能源、储能等之间无缝切换,提高能源利用率。
这项工程计划于今年建成投运。作为微电网的核心装置,基于柔性变电站技术的能源路由器可显著提高工程的供电可靠性和灵活性,助力北京2022年冬奥会实现100%清洁能源供电。
“交直流混合配电网是电网未来发展的重要方向,我们对柔性变电站技术的应用充满信心。”傅守强说,目前,诸如数据中心一类的新兴直流负荷,正在成为柔性变电站技术的主要应用对象,“未来,随着技术的逐步成熟,柔性变电站本身的成本将进一步降低,届时也将拓展更多的应用场景。”
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