揭秘！世界首個柔性變電站　配電網(wǎng)的“智能管家”

2018-01-30 10:50:55 國家電網(wǎng)報　點擊量：評論 (0)

1月18日，由國網(wǎng)冀北電力有限公司建設(shè)運營的世界首個柔性變電站小二臺柔性變電站，在張北阿里巴巴數(shù)據(jù)港成功并網(wǎng)運行，實現(xiàn)了電力電子技術(shù)

1月18日，由國網(wǎng)冀北電力有限公司建設(shè)運營的世界首個柔性變電站小二臺柔性變電站，在張北阿里巴巴數(shù)據(jù)港成功并網(wǎng)運行，實現(xiàn)了電力電子技術(shù)領(lǐng)域的原始性創(chuàng)新。該變電站與以往的普通變電站有何不同，實現(xiàn)了哪些技術(shù)突破?又將對電網(wǎng)發(fā)展帶來怎樣的助益?

變電站內(nèi)景

技術(shù)人員正在站內(nèi)調(diào)試設(shè)備

變電站內(nèi)部設(shè)備

在河北張家口張北縣小二臺鎮(zhèn)這個經(jīng)濟不甚發(fā)達的小鎮(zhèn)上，坐落著一家高科技公司——“阿里數(shù)據(jù)港”，日前建成的世界首個柔性變電站就位于該數(shù)據(jù)港2A—2樓的一層供電大廳中。“四九”的張北氣溫已降至零下27攝氏度，但這個柔性變電站內(nèi)卻是一片緊張忙碌的景象。“合上504開關(guān)，合上504開關(guān)，對執(zhí)行。”1月18日，隨著主變開關(guān)合閘成功，最新研發(fā)的柔性變壓器發(fā)出刺耳的高頻聲，小二臺柔性變電站成功并網(wǎng)運行。

2017年5月，國網(wǎng)冀北電力有限公司發(fā)布《全球能源互聯(lián)網(wǎng)張家口創(chuàng)新示范區(qū)發(fā)展白皮書》。白皮書中提到，柔性變電站和交直流配電網(wǎng)示范工程是國網(wǎng)冀北電力倡導打造全球能源互聯(lián)網(wǎng)“樣板間”所規(guī)劃建設(shè)的“十大工程”之一。這是我國率先提出并實現(xiàn)的交直流混合配電網(wǎng)技術(shù)，是電力電子技術(shù)領(lǐng)域的原始性創(chuàng)新，對未來電力系統(tǒng)的發(fā)展具有引領(lǐng)作用，實現(xiàn)了我國電力電子技術(shù)從跟蹤到引領(lǐng)的質(zhì)的飛躍。

敢為人先多方面技術(shù)達國際領(lǐng)先水平

“柔性變電站以一次設(shè)備電力電子化、二次控制技術(shù)智能化為特征，實現(xiàn)有功、無功、電壓等的精確實時控制，它就相當于給配電網(wǎng)配置了一個‘智能管家’，讓電能在不同電壓等級和電能形態(tài)的端口間‘按需分配’，實現(xiàn)清潔能源優(yōu)先供電，同時保障重要負荷的高可靠性和定制化用電。其建設(shè)及應用在世界上尚屬首次，在系統(tǒng)設(shè)計、控制保護、裝備研制等多個方面達到國際、國內(nèi)領(lǐng)先水平。”國網(wǎng)冀北電力科信部智能處處長徐彭亮提起小二臺柔性變電站時，顯得十分自豪。

小二臺柔性變電站的建成，實現(xiàn)了多方面技術(shù)創(chuàng)新。國網(wǎng)冀北電力協(xié)同聯(lián)研院、南瑞集團等開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和裝備研制，提出了基于波動功率平衡新技術(shù)的少電容緊湊化新型拓撲，成功研制了純固體絕緣的高頻變壓器及緊湊型換流閥等關(guān)鍵部件，集成了直流斷路器、交直流變換器、變壓器、無功補償裝置等多個設(shè)備功能，實現(xiàn)了配電網(wǎng)設(shè)備的“多合一”，一舉突破了電力電子變壓器模塊化設(shè)計、FACTS(柔性交流輸電)新型拓撲結(jié)構(gòu)、“源—網(wǎng)—荷”一體化調(diào)控等關(guān)鍵技術(shù)難題，實現(xiàn)了“源—網(wǎng)—荷”智能化互動，為電力用戶高質(zhì)量供電和新能源高效率消納提供了新的技術(shù)手段。與現(xiàn)有技術(shù)相比，柔性變電站提高了直流配電設(shè)備的性能指標，直流電容配置降低95%，能量密度提升200%。

隨著社會發(fā)展，直流負荷大量出現(xiàn)在生活中。日光燈、節(jié)能燈、LED燈等照明系統(tǒng)，電視機、機頂盒、路由器等視聽設(shè)備，以及迅速發(fā)展的電動汽車、數(shù)據(jù)處理中心等，最終使用的都是直流電。目前常規(guī)做法是采用交流電，離不開交/直變換，需在每個用電終端進行一次整流變換，轉(zhuǎn)換過程中一些電能的損失以熱能的方式散發(fā)。如果采用直流供電，則可以減少大量整流變壓器，減少轉(zhuǎn)換中散發(fā)出的熱量(減少電能損耗)，減少換氣扇、空調(diào)的資金投入。如果采用直流配電網(wǎng)，可以減少中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的能量損失。

伴隨著分布式電源發(fā)電、儲能、電力電子等技術(shù)的進步，配電網(wǎng)中用戶側(cè)的分布式可再生發(fā)電容量占比將不斷提高，分布式儲能、直流負荷的供電需求日益顯現(xiàn)，配電網(wǎng)中潮流在電網(wǎng)與用戶之間、高壓配電網(wǎng)與中壓配電網(wǎng)、中壓配電網(wǎng)與低壓配電網(wǎng)之間雙向互動的需求越來越多。直流配電具有功率雙向靈活可控、隔離故障、響應速度快等優(yōu)勢，未來公用配電網(wǎng)向交直流混合供電物理形態(tài)演進將成為未來配電網(wǎng)的發(fā)展方向。

柔性變電站在電網(wǎng)中不僅作為能量傳輸節(jié)點，而且還是電網(wǎng)調(diào)控節(jié)點與負荷調(diào)控節(jié)點，旨在提高電網(wǎng)狀態(tài)參數(shù)及潮流的精確靈活控制，可實現(xiàn)電網(wǎng)有功、無功、電壓等的平滑調(diào)控，提升電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行水平和高效運行等功能;柔性變電站應用于配電網(wǎng)，可提高“源—網(wǎng)—荷”互動能力，實現(xiàn)分布式電源及多元化交直流負荷的友好、有效接納及協(xié)調(diào)控制，實現(xiàn)故障的快速隔離，提高用戶供電電能質(zhì)量。

多方協(xié)作實現(xiàn)“源—網(wǎng)—荷”協(xié)調(diào)互動

小二臺柔性變電站是張北柔直示范工程的重要組成部分，其整體設(shè)計、設(shè)備制造、安裝接線以及基礎(chǔ)連接等方面均為國內(nèi)首創(chuàng)，由冀北經(jīng)研院、冀北電科院、聯(lián)研院、普瑞科技公司、張家口供電公司多家單位聯(lián)合設(shè)計建設(shè)，國網(wǎng)冀北電力科信部、運檢部負責統(tǒng)籌指揮。

“柔性變電站和交直流配電網(wǎng)示范工程由于是世界首創(chuàng)，還要體現(xiàn)‘源—網(wǎng)—荷’協(xié)調(diào)互動的理念。因此，國網(wǎng)冀北電力采用了深度與廣度兼顧的參與方式。在制定技術(shù)方案的過程中，國網(wǎng)冀北電力全程參與，從可研角度對技術(shù)方案提出要求并協(xié)助完善方案。與負荷用戶阿里巴巴公司積極溝通，就示范工程作為阿里公司張北創(chuàng)新研發(fā)展示中心主供電源達成一致，并贏得阿里公司進一步推廣應用相關(guān)技術(shù)的意愿。與新能源企業(yè)商談，設(shè)計了新能源電源接入方案。通過這些舉措保證設(shè)計深度和質(zhì)量，確保工程示范效果達到預期。”國網(wǎng)冀北電力經(jīng)濟技術(shù)研究院的一位專工介紹。

“該工程立項以來受到國家電網(wǎng)公司及國網(wǎng)冀北電力領(lǐng)導的高度重視，在實施過程中國網(wǎng)冀北電力成立‘張北交直流配電網(wǎng)及柔性變電站示范工程建設(shè)領(lǐng)導小組’，明確各部門及參建單位的建設(shè)任務及建設(shè)目標，通過周電話例會制度、工程建設(shè)日管控微信群等方式協(xié)調(diào)解決工程實施中存在的問題及困難。”運檢部專工周磊向記者介紹。

國網(wǎng)冀北電力對工作內(nèi)容進行不斷梳理，科學謀劃，精心安排，組織專業(yè)技術(shù)骨干組成團隊，細化職責分工，明確工作聯(lián)系制度、會議制度，規(guī)范信息報送制度，強化工作要求。國網(wǎng)冀北電力與阿里巴巴集團基礎(chǔ)架構(gòu)事業(yè)部簽訂合作協(xié)議、與億利集團達成合作意向。組織從系統(tǒng)一二次、關(guān)鍵設(shè)備等方面開展了技術(shù)方案專題研究，同步開展工程可研、施工。

交直流配電網(wǎng)及柔性變電站示范工程是世界首創(chuàng)的“交/直流供電、高頻變電、定制用電”的配電網(wǎng)工程，施工、配線人員都是第一次接觸此類工程，沒有先例可循，只能對著圖紙“摸石頭過河”，廠家安裝人員面對大量的首臺首套新設(shè)備也常常“自顧不暇”。在這種情形下，國網(wǎng)冀北電力按柔性變電站的電能形態(tài)和主要功能劃分了4個工作界面，實現(xiàn)施工、設(shè)備廠家及調(diào)試人員全面對接、協(xié)同作戰(zhàn)，大大加快了工程進度。

時間回到2017年11月，此時柔性變電站控制保護程序剛剛完成編程，尚未經(jīng)過實時數(shù)字仿真(RTDS)試驗檢測和消缺，而距離工程投產(chǎn)日期已經(jīng)越來越近了。電科院電網(wǎng)技術(shù)中心的技術(shù)骨干們早出晚歸，在設(shè)備研制單位全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院埋頭攻關(guān)，周六日也“連軸轉(zhuǎn)”。在RTDS實時仿真系統(tǒng)中，技術(shù)專家為柔性變電站及光伏升壓站全部一次設(shè)備建立了仿真模型，將保護后臺、測控柜、柔變控制柜、柔變保護柜以及光伏保護柜一起進行全系統(tǒng)的控制保護聯(lián)合測試。在短短2個月時間里，技術(shù)專家對柔性變電站的保護功能、控制性能、控制策略、順控流程等都進行了全面測試，敏銳地發(fā)現(xiàn)了各裝置的功能缺陷，提出專業(yè)的解決方案，終于趕在設(shè)備入場前完成全部二次設(shè)備入網(wǎng)檢測。

在小二臺柔性變電站的建設(shè)過程中，國網(wǎng)冀北電力與多家單位進行了協(xié)同合作，實現(xiàn)了科技攻關(guān)，為我國電網(wǎng)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展貢獻了力量。小二臺柔性變電站的并網(wǎng)投運對交直流配電網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)建、直流電壓等級選擇、運行控制、保護配置及配網(wǎng)提升消納新能源水平等做出了示范，為未來交直流配電網(wǎng)的設(shè)計、運行進行了有益探索。未來，柔性變電站技術(shù)將應用到更高電壓等級的主網(wǎng)上，作為樞紐變電站來進行潮流調(diào)控，從而使電網(wǎng)調(diào)度、運行更加靈活，大大提高設(shè)備資產(chǎn)利用率，降低電網(wǎng)造價。

原標題:配電網(wǎng)的“智能管家”