柔性直流配電網(wǎng)實(shí)踐研究

程明

摘 要： 隨著太陽能發(fā)電設(shè)施、風(fēng)力發(fā)電設(shè)施及其他發(fā)電設(shè)施的不斷增多，遍布全國各地，對傳統(tǒng)的以火力發(fā)電站為中心的放射性配電網(wǎng)建設(shè)提出了挑戰(zhàn)，越來越需要配電線網(wǎng)多接口、多路電源同時(shí)為電網(wǎng)供電的技術(shù)模式，電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及應(yīng)用，柔性直流配電網(wǎng)建設(shè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，創(chuàng)新了配電網(wǎng)建設(shè)向多端互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，該技術(shù)采用直流供電模式，即使在一路電源出現(xiàn)故障停止供電的情況下，其他電源線路依然正常供電，更加保障了電力客戶用電的安全性、可靠性。本文就以柔性直流配電網(wǎng)建設(shè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為根據(jù)，探討柔性直流配電網(wǎng)技術(shù)的具體應(yīng)用和創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞： 電力工程;柔性直流配電網(wǎng);技術(shù)應(yīng)用

【中圖分類號】TM71 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.40.152

0 引言

為了有效地貫徹“創(chuàng)新、和諧、綠色、發(fā)展、共享”的新發(fā)展理念，適應(yīng)新形勢下信息技術(shù)設(shè)備、潔凈能源技術(shù)設(shè)備的廣泛應(yīng)用，提高配電網(wǎng)供電持續(xù)的安全性、可靠性，2018年以來，多地電網(wǎng)企業(yè)、高等院校聯(lián)合開發(fā)了柔性直流配電網(wǎng)建設(shè)技術(shù)的應(yīng)用，并成功推廣，一方面使分散的太陽能電源、風(fēng)能電源實(shí)現(xiàn)了多端入網(wǎng)，電力能源得到了有效整合，另一方面提高了配電網(wǎng)供電的可靠性，增加了供電量，有效緩解了城市用電高峰電網(wǎng)供電不足的困難。柔性直流配電網(wǎng)以極強(qiáng)的生命力，迅速成長為朝陽產(chǎn)業(yè)，具有廣闊的發(fā)展前景。

1 當(dāng)前促進(jìn)柔性直流配電網(wǎng)建設(shè)技術(shù)推廣的因素

1.1 對傳統(tǒng)交流配電網(wǎng)的影響

一是電網(wǎng)建設(shè)成本增加，日常維護(hù)難度大。太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電設(shè)施均為分布式直流電源，接入電網(wǎng)需要大量的換流器，大大提高了配電網(wǎng)建設(shè)成本和日常維護(hù)技術(shù)難度。二是能夠有效緩解傳統(tǒng)電網(wǎng)用電高峰超負(fù)荷運(yùn)行的現(xiàn)狀。為了有效控制工業(yè)煙塵對大氣的污染，工業(yè)生產(chǎn)、居民生活取締了燒煤等污染能源使用作業(yè)，大都改為使用電能，全國大部分地區(qū)冬季、夏季均為用電高峰，電網(wǎng)超負(fù)荷運(yùn)行常常導(dǎo)致災(zāi)害事故發(fā)生，使廣大電力客戶的用電可靠性與電能質(zhì)量受到影響，直流分布電源的并網(wǎng)，增加了電網(wǎng)的電能供應(yīng)，一定程度上降低了電網(wǎng)超負(fù)荷運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。三是有力地支持了城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。由于城市發(fā)展較快，能源需求急劇增加，電網(wǎng)改造受土地、環(huán)境的限制，一時(shí)不能滿足城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的電力能源供應(yīng)，分布式直流電源的并網(wǎng)，對城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展繼續(xù)的電力能源供應(yīng)，起到了較大的補(bǔ)充作用，緩解了城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展電能供應(yīng)困難。四是促進(jìn)了電能需求。信息化、智能化技術(shù)設(shè)備的普及應(yīng)用，家庭中的弱電電器不斷增多，對直流電能需求量越來越大，傳統(tǒng)電網(wǎng)的能源供應(yīng)，很多直流電器不能直接應(yīng)用，需要在線路中裝載換流器解決問題，直流配電網(wǎng)的發(fā)展，就不需要在線路中安裝換流器，也減少了配電網(wǎng)建設(shè)的成本，節(jié)約了資源，促進(jìn)了電能需求。

1.2 柔性直流配電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展的優(yōu)勢

一是傳統(tǒng)的交流配電網(wǎng)受電壓的相位、頻率的影響敏感性強(qiáng)，對電能供應(yīng)的穩(wěn)定性容易出現(xiàn)波動(dòng)，柔性直流配電網(wǎng)在運(yùn)營過程中，沒有頻率的問題，相比較交流電網(wǎng)來說，運(yùn)行平穩(wěn)，可靠性大。二是供電容量大。從技術(shù)參數(shù)上比較，柔性直流配電網(wǎng)雙極輸電功率等于交流電網(wǎng)的三相輸電功率，在同樣的配網(wǎng)走廊和導(dǎo)線材料情況下，柔性直流配電網(wǎng)的功率明顯高于交流電網(wǎng)。三是分布式直流電源適合微網(wǎng)線路建設(shè)，損耗小，沒有無功補(bǔ)償裝置，線損微乎其微，對于電網(wǎng)建設(shè)來說，經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)，大大節(jié)約了能源材料。因此，柔性直流配電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展具有強(qiáng)勁的優(yōu)勢。

2 柔性直流配電網(wǎng)建設(shè)的實(shí)踐

2.1 分布式直流電源設(shè)施與日俱增，為柔性直流配網(wǎng)建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。近幾年來，國家和社會(huì)對綠色能源建設(shè)的投入急劇增加，風(fēng)力發(fā)電設(shè)施、太陽能發(fā)電設(shè)施在全國各地發(fā)展建設(shè)較快，截止2019年底，我國太陽能發(fā)電量累計(jì)1172.2億千瓦時(shí)，同比增15.2%;我國風(fēng)力發(fā)電量為3577億千瓦時(shí)，同比增長10%。風(fēng)力發(fā)電設(shè)施與太陽能發(fā)電設(shè)施，遍布全國城鄉(xiāng)各地。為直流配電網(wǎng)、微網(wǎng)等建設(shè)創(chuàng)造了條件。

2.2 龍頭企業(yè)和高校聯(lián)合，強(qiáng)力推行柔性直流配網(wǎng)試點(diǎn)成功，促進(jìn)了柔性直流配電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展。2016年，國網(wǎng)杭州供電公司率先啟動(dòng)了智能柔性直流配電網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)應(yīng)用研究。2017年，柔性直流配電智能電網(wǎng)的示范項(xiàng)目開工建設(shè)，設(shè)計(jì)電網(wǎng)額定電壓為±10千伏，設(shè)計(jì)總換流容量為3萬千瓦。并順利通過試運(yùn)行的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)考驗(yàn)，成功投入運(yùn)行。同年9月，在貴州大學(xué)新校區(qū)試運(yùn)行了中壓五端柔性直流配電網(wǎng)建設(shè)示范工程。兩個(gè)重大項(xiàng)目的建成，有力地促進(jìn)了柔性直流配電網(wǎng)建設(shè)的發(fā)展。首先整合了技術(shù)資源，發(fā)揮了直流配電網(wǎng)應(yīng)用的技術(shù)優(yōu)勢。融合交、直流配電網(wǎng)、微網(wǎng)、分布式電源等為一體的互聯(lián)配電中心，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)配電網(wǎng)建設(shè)結(jié)構(gòu)單一放射狀向多極網(wǎng)絡(luò)狀型，系統(tǒng)故障能夠于百毫秒間快速隔離故障短連接同時(shí)自動(dòng)修復(fù)正常，使傳統(tǒng)配電網(wǎng)存在的發(fā)電廠發(fā)生故障就發(fā)生全網(wǎng)停電的不安全、不確定性，成為歷史，電網(wǎng)運(yùn)行的安全可靠性大大增強(qiáng)。其次，配電網(wǎng)建設(shè)升級換代，創(chuàng)新了許多技術(shù)應(yīng)用。柔性直流配電網(wǎng)的建設(shè)成功，創(chuàng)新了許多關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)：一是含柔性的互聯(lián)直流配網(wǎng)電中心交流配電網(wǎng)的閉環(huán)運(yùn)行實(shí)用技術(shù);二是系統(tǒng)故障修復(fù)自愈控制實(shí)用技術(shù);三是電網(wǎng)能量優(yōu)化管理控制技術(shù);四是柔性設(shè)施電子開關(guān)的虛擬同步的發(fā)電機(jī)實(shí)用技術(shù)。把傳統(tǒng)垂直剛性的配電網(wǎng)通過電力電子信息技術(shù)設(shè)備、通信信息技術(shù)設(shè)備扁平化、柔性化，利用先進(jìn)技術(shù)優(yōu)化了直流、交流換流器的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了抑制系統(tǒng)故障風(fēng)險(xiǎn)能力，提高了配電網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行的效率和安全性、可靠性，適應(yīng)了經(jīng)濟(jì)社會(huì)對電能需要的高要求。

結(jié)束語：柔性直流配電網(wǎng)建設(shè)是新形勢下，我國電網(wǎng)建設(shè)推廣發(fā)展的趨勢，在電網(wǎng)建設(shè)實(shí)踐中，還存在這樣那樣的技術(shù)難題和不理想的成分，隨著技術(shù)設(shè)備的不斷創(chuàng)新發(fā)展，很多問題都會(huì)得到很好的解決，國家電網(wǎng)、省市縣國網(wǎng)供電企業(yè)在柔性直流配電網(wǎng)的建設(shè)實(shí)踐中，需要因地制宜，根據(jù)項(xiàng)目建設(shè)的實(shí)際情況，做好項(xiàng)目建設(shè)計(jì)劃，把握相關(guān)技術(shù)應(yīng)用的要點(diǎn)，在應(yīng)用中創(chuàng)新，在創(chuàng)新中發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 王喜靖，張慧芬，趙錫彬.柔性直流配電網(wǎng)雙極短路故障區(qū)段識別及測距研究[J].供用電，2020，37（09）：50-57.

[2] 陸翌，宣佳卓，陳騫，王朝亮，鄭眉，徐辰翔.基于成本分析的柔性直流配電網(wǎng)綜合規(guī)劃方案研究[J].電測與儀表，2020，57（19）：33-39.

[3] 肖烽.多端柔性中壓直流配電網(wǎng)的電壓控制研究[D].西安理工大學(xué)，2020.

[4] 張書銘.柔性直流配電網(wǎng)的電壓控制策略研究[D].蘭州交通大學(xué)，2020.