主动配电网绘就智能配电蓝图!南瑞集团以创新技术支撑全国最大规模主动配电网综合示范工程建设

主动配电网绘就智能配电蓝图!南瑞集团以创新技术支撑全国最大规模主动配电网综合示范工程建设
2020年12月03日 11:58 中国电力报

配电网是能源互联网的重要组成部分。伴随着苏州主动配电网建设投运,国网江苏电力有限公司采用数字化、网络化、智能化等先进技术为传统配电网赋能、赋智,建设能够“智能感知、主动适配、自愈自治”的主动配电网,在能源互联网配网侧进行了一场探索实践。

“南瑞集团以建设‘苏州国际能源变革发展典范城市’为契机,依托国家电网有限公司重大工程项目及国网科技项目,组建产、学、研一体化研究团队,来自配电公司、南瑞研究院、普瑞工程/普瑞科技、南瑞继保、继远电网等单位的技术人员历时6年,针对苏州这类现代城市在发展中遇到的供能痛点开展关键技术研究和装备研制,支撑国网江苏电力有限公司完成目前全国最大规模的主动配电网创新示范项目——‘苏州工业园区智能电网应用示范区主动配电网综合示范工程’建设工作,积极应对新形势、新挑战,主动服务长三角绿色转型。”南瑞集团该项目负责人介绍说。

应用网源荷(储)协调控制系统

苏州是中国改革开放的窗口,也是中国经济和能源发展方式的典型样本。近年来,苏州市经济社会快速发展,经济总量位居全国城市前列,资源、环境与城市发展的矛盾日益突出,急切呼唤能源变革,以实现城市发展转型升级。

近年来,各种复杂的、精密的、对电能质量敏感的用电设备不断普及,政府机关、金融机构、高科技企业等用户对可靠性及电能质量的要求越来越高。此外,大规模分布式能源、多元化负荷接入,以及各种大型用电设备启停等影响配电网供电可靠性和引起电能质量问题的因素在不断增长。为解决以上问题,苏州开启了主动配电网建设的探索实践。

在前期大量实地调研的基础上,结合苏州工业园区经济社会发展带来的高供电质量和可靠性以及分布式清洁能源、多元负荷接入新需求,南瑞集团项目团队支撑国网江苏电力确定苏州主动配电网示范工程,按照“主动规划、主动感知、主动控制、主动响应、主动参与、主动服务”的建设思路,并分为5个子项,分别在环金鸡湖区域(安全可靠供电示范区)、2.5产业园(绿色高效供电示范区)、苏虹路工业区(优质经济供电示范区)3个区域进行建设,努力为苏州打造安全可靠、优质高效、绿色低碳、智能互动的能源变革示范区。

苏州环金鸡湖区域是政府机关、金融机构、国外高科技企业等重要客户的集中区域,对供电可靠性的要求极高。为提高供电可靠性,这里设有全国首个20千伏配电网的四端口柔性直流换流系统。该系统好似一台配电网“能源路由器”,通过它可以实现各端口间能量和信息的互联互通,有序协调分布式能源与负荷,电能使用效率和供电可靠性得到大幅提升。

苏州2.5产业园区域负荷增长和新能源发展速度快、电能质量敏感用户数量多。为了使该区域各种资源地利用更绿色、更高效,这里建设了“即插即用”接口工程、柔性直流互联工程、网源荷(储)协调控制系统工程,充分发挥分布式电源、多样性负荷、储能在配电网中的积极作用。目前,园区内配电网外部输入潮流控制比例达到50%,清洁能源渗透率达到50%,与示范项目建设前相较,配电网网损降低3%,多能互补系统能源综合使用效率提升10%以上。

以位于2.5产业园的中节能苏州环保科技产业园为例。该单位原本自建了单个屋顶0.65兆瓦分布式光伏,但在节假日以及工作日的午休时间,光伏产生的电能无法被园区内的企业完全消纳,造成了部分能源的浪费。主动配电网示范区建成后,通过网源荷(储)协调控制系统全局智能优化算法,多余的电能被调剂给产业园内的其他企业或电网侧储能,实现了全额消纳。两年来,光伏发电除去自用,多余的电量上网后给该企业带来的收益累计已超过10万元。

苏虹路工业区供电区域负荷类型多样,园区里有包括尖端集成电路制造商在内的大批电能质量敏感用户,电压波动、暂降(电压暂时性下降)等电能质量问题,会影响企业设备的正常运行,严重的会造成产品报废、设备损毁等生产事故。为此,南瑞集团应用主动配电网源荷储协调控制等技术,研制SVG设备等关键设备,完成了对示范区高效稳定的无功电压控制,实现了区域内电能质量的整体解决。

实现四大关键技术创新

在苏州主动配电网示范项目建设过程中,南瑞集团针对目前的交直流配网存在合环转供电时掉电、不同电能质量治理装置互相干扰、可靠性量化分析和故障诊断困难、一体化协调控制困难等困扰现代城市发展的问题,开展高可靠高电能质量配电网关键技术研究,并取得了丰硕的创新成果。

开发了四端柔直系统孤岛联网转换控制技术。提出了基于四端柔直系统的配电网花瓣式接线瓣间合环网架结构,发明了基于PID参数组控制的柔直系统的解锁启动控制方法,构建的多端口柔直系统供电可靠性从传统配电网99.99%提高至99.9995%。

攻克了分区控制域自适应的多DFACTS设备协调控制技术。提出了分层分级式SVG功率组件综合电流保护方法,研制了具备多DFACTS协调控制功能的中压无功补偿装置,实现区域电能质量整体解决,电压合格率从96.8%提高至100%。

提出了柔性直流互联交直流配电网多目标多阶段调度方法。设计开发了网源荷储协调控制系统,实现含柔直的区域配电网协调控制及安全经济稳定运行,能源综合使用效率提升10%以上。

提出了多影响因素输入的组网可靠性量化分析及故障诊断技术。创建了基于序贯蒙特卡罗模拟法的微电网组网可靠性评估方法,提出了基于Petri理论的微电网故障诊断技术,该技术实际应用后将能构建微电网智能运维系统,显著提高故障防范能力,以及运维人员对故障的诊断能力。

在该项目建设期间,南瑞集团创新性地研制了四端口柔直系统、两端口柔直系统、SVG、微网智能运维系统、网源荷储协调控制系统,并在柔直互联的配电网架构、电能质量治理技术、微电网智能运维技术、交直流配电网优化调控技术等方面具有较大优势。与国内外相关研究和技术水平比较,各项指标均处于国际领先水平。

自2018年相关科研成果和设备在“苏州工业园区智能电网示范区主动配电网示范工程”进行整体示范应用以来,项目覆盖区域供电可靠性由99.99%提升到99.9995%;母线电压合格率从96.8%提高到100%,关键用户电压暂降次数降低95%,敏感负荷的供电可靠性得到有效保障,微电网运行稳定性、智能运维水平,以及电网对分布式电源的消纳能力显著提升,实现了配电网的安全稳定经济运行。该项目被中国电机工程学会组织召开的项目技术鉴定会认定为项目整体达到国际先进水平。

苏州主动配电网综合示范区建成后,实现了高比例分布式能源灵活消纳、高品质电能智能配置,有效提高供电可靠率和清洁能源的接入规模,减少环境污染,每年相当于减少燃煤1577吨。对用户来说,用电也将更加智能和主动,不仅能够主动隔离故障,减少因为停电造成的损失,而且还能够优化配置分布式清洁能源与储能出力。

作者:黄堃 刘方 秦虹

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