助推能源供给侧结构性改革 促进分布式能源灵活高效消纳

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近年来我国分布式可再生能源增长迅速,大规模分布式可再生能源接入电网,对系统的灵活接入和有效管控提出了新的挑战和更高的要求。

助推能源供给侧结构性改革 促进分布式能源灵活高效消纳

依托“基于电力电子变压器的交直流混合可再生能源技术研究”项目建设的苏州同里示范区示意图

新技术应对新挑战

目前可再生能源接入技术交直流变换环节较多,降低了效率、影响了接入的便捷性。另外配电网互联互济和柔性调控能力不足,也限制了分布式可再生能源的充分消纳和高效利用。利用双向多端口电力电子变压器构建交直流混合系统,可以实现灵活组网,在多个交直流电压等级集成分布式可再生能源,实现灵活安全接入;并减少变换环节,提高能源利用效率,增强系统控制能力,在更大范围实现互联互补,充分消纳可再生能源。

中国科学院电工研究所原所长、国家重点研发计划项目“基于电力电子变压器的交直流混合可再生能源技术研究”负责人孔力研究员介绍说:“基于电力电子变压器等构建的交直流混合系统,可为未来大量可再生能源的灵活接入、优化配置和安全运行控制提供有效技术手段,是未来重要发展方向,应用前景广阔。”

产学研用联合攻关

由国网江苏省电力公司、中国科学院电工研究所、中国电力科学研究院和浙江大学等单位组成了这一项目的产、学、研、用攻关团队。团队拥有新能源与储能运行控制、新能源电力系统等5个国家重点实验室,电力电子应用技术、电力电子技术与装备研发等5个国家工程研究中心。项目团队近年来主持了相关领域30余项国家级项目,并已研制成功1MVA电力电子变压器样机并挂网运行,同时是IEC“大容量可再生能源发电接入电网”技术分委会发起单位,多个国家标准及IEC国际标准的牵头单位,研发团队在本领域具有很强的科研水平,支撑条件完善,确保项目的顺利完成。

针对交直流混合分布式可再生能源系统的灵活接入、互补优化和协调控制等关键技术问题,研究团队从“系统分析、优化配置、设备研制、运行控制、集成示范”五个方面开展关键技术攻关。

在系统分析方面,针对电力电子变压器等关键设备交直流耦合带来的运行多样性及动态复杂性,重点攻关基于电力电子变压器等关键设备的交直流混合系统结构和动态特性分析方法等,解决强耦合、非线性交直流混合系统动态分析方法问题。

在优化配置方面,考虑交直流混合系统网架结构、运行方式的复杂性和灵活性对规划带来的复杂多维度难题,攻关交直流混合分布式可再生能源互补优化配置多层规划方法,并提出适合交直流系统的能效评估方法。

在设备研制方面,针对多端口电力电子变压器,重点攻关高效高可靠性电路拓扑及其宽载荷范围效率优化控制技术,使其效率达到96%;针对故障电流控制器,重点攻关集限流、分断与线路电压调节于一体的电力电子限流器拓扑结构和快速响应控制,对直流故障电流进行快速限流和分断,并增强系统电压控制能力。

在运行控制方面,充分利用电力电子变压器量测信息和柔性控制能力,重点攻关交直流混合可再生能源系统时序递进优化调度方法,解决多维度、强非线性的复杂系统优化和控制问题,发挥电力电子变压器灵活组网和柔性控制能力,提升可再生能源接入和消纳能力,保障系统稳定运行。

在集成示范方面,针对交直流分布式可再生能源的多设备、多参数集成问题,重点攻关关键设备集成、系统信息交互集成等技术,并研究系统测试验证技术,开发相应的测试平台并完成示范。

项目预期成果包括3MW双向四端口电力电子变压器、1.2MW/±750Vdc直流故障电流控制器、优化运行控制系统、规划设计软件等。项目成果将在国际能源变革论坛永久会址苏州同里开展示范验证,示范验证结合区内高占比的可再生能源,将其接入电力电子变压器不同电压等级端口,向国际能源变革论坛永久会址等重要直流负荷供电,有效提升能源利用效率和消纳能力,同时保证能源供给可靠性。

项目的实施将推动交直流分布式可再生能源的技术发展,为提升我国分布式可再生能源接入和消纳水平、提高系统安全运行控制能力提供核心技术和实证经验。(科技日报)

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