近期，廣西電網(wǎng)公司牽頭攻關(guān)的科技成果“電能變換設(shè)備與智能配電網(wǎng)友好交互關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”獲2018年度廣西壯族自治區(qū)科技進步一等獎。該技術(shù)成果首次提出了電能變換設(shè)備與智能配電網(wǎng)友好交互的技術(shù)體系，實現(xiàn)了友好交互關(guān)鍵技術(shù)研究和核心裝備研制的重大突破，攻克了13項關(guān)鍵技術(shù)研究，填補了3項國內(nèi)外空白，其中分布式虛擬同步發(fā)電機成果榮獲了第46屆日內(nèi)瓦國際發(fā)明金獎。
讓電能變換設(shè)備和配電網(wǎng)友好交互
近年來，我國高度重視智能電網(wǎng)發(fā)展。電能變換設(shè)備已成為智能配電網(wǎng)的核心裝備之一?！半娔茏儞Q設(shè)備與智能配電網(wǎng)友好交互關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”項目負責人，廣西電力科學研究院電力系統(tǒng)所主任周柯表示：“電能變換設(shè)備和配電網(wǎng)的友好交互與和諧發(fā)展很重要?！?/p>
電能變換設(shè)備與智能配電網(wǎng)在“源—網(wǎng)—荷”各層級中交互不友好的現(xiàn)象普遍存在。例如，新能源發(fā)電的波動性和隨機性導致與電網(wǎng)的互動還不夠友好，造成棄風棄光比較嚴重；有些國家配電網(wǎng)的供電可靠性不高，停電時間較長；全世界因為劣質(zhì)電能損失巨大，造成產(chǎn)品報廢、設(shè)備損壞、用電損耗大等。電能變換設(shè)備與智能配電網(wǎng)的友好交互問題亟待解決。
為此，從2012年開始，廣西電網(wǎng)公司牽頭，聯(lián)合電網(wǎng)企業(yè)、國家級工程中心、先進制造企業(yè)等單位的研發(fā)力量和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢開展了長達7年的研究。最終該成果以“安全、優(yōu)質(zhì)、智能”為目標，構(gòu)建了電能變換設(shè)備與智能配電網(wǎng)友好交互的技術(shù)體系，提出了靈活互動的新能源友好接入、配電網(wǎng)高可靠供電的友好支撐、面向高電能質(zhì)量的友好用電等三大關(guān)鍵技術(shù)，研制了具備友好交互能力的分布式虛擬同步機、三端口電力電子變壓器、10千伏多功能可控模塊化固態(tài)限流器、6千伏至35千伏靜止無功發(fā)生器、6千伏/10千伏高壓變頻器五類電能變換設(shè)備。
科技讓電更智能
隨著互聯(lián)網(wǎng)時代的到來，智慧社區(qū)逐漸走進生活?！半S著智慧社區(qū)的不斷發(fā)展，用電負荷的多樣性、電能質(zhì)量的高標準、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的復雜性對配電網(wǎng)智能化水平要求越來越高，這要求配電網(wǎng)具備高可靠供電的友好支撐能力?！敝芸卤硎?。
三端口電力電子變壓器可以解決這一難題。它相當于智慧社區(qū)的“能源路由器”，滿足社區(qū)安全、優(yōu)質(zhì)、智能的用電需求，可以在局部缺電的情況下，通過靈活調(diào)控實現(xiàn)小區(qū)基本用電，做到限電不停電，這是傳統(tǒng)電力變壓器無法實現(xiàn)的。它還具備故障隔離和電能質(zhì)量調(diào)節(jié)能力，提升了配電網(wǎng)中電能傳輸、變換和分配環(huán)節(jié)的供電可靠性。
近年來，各地風電、光伏發(fā)電等發(fā)展迅速?！耙燥L力發(fā)電為例，由于風速隨時變化，造成發(fā)電功率長期處在較大區(qū)間波動頻率上，這對于大電網(wǎng)的安全來說不是好事?！睆V西電網(wǎng)公司計劃發(fā)展部電網(wǎng)二次規(guī)劃與電源并網(wǎng)管理專責聶宇說。不僅如此，新能源發(fā)電并網(wǎng)設(shè)備故障穿越能力比較弱，如果遇到突發(fā)故障，容易發(fā)生連鎖反應(yīng)，影響大電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。
因此，需要為新能源發(fā)電并網(wǎng)設(shè)備裝上“水龍頭”，實現(xiàn)新能源接入配電網(wǎng)的即插即用、新能源與配電網(wǎng)的優(yōu)質(zhì)互動、新能源抵御配電網(wǎng)擾動的穩(wěn)定運行，綜合形成靈活互動的新能源友好接入技術(shù)。這個“水龍頭”就是分布式虛擬同步機。該裝置使振蕩抑制能力提升了4倍，快速同步時間提升了160倍，解決了新能源發(fā)電并網(wǎng)設(shè)備的規(guī)?；煽窟\行難題。
據(jù)介紹，該項目還研制了10千伏多功能可控模塊化固態(tài)限流器、6千伏至35千伏靜止無功發(fā)生器和6千伏/10千伏高壓變頻器，解決了部分電能變換設(shè)備引起的電能質(zhì)量劣化、抗配電網(wǎng)擾動能力較弱等問題，顯著提升了負荷側(cè)用電的節(jié)能降損水平和抗電網(wǎng)擾動能力，實現(xiàn)了配電網(wǎng)與用戶之間電能質(zhì)量問題的雙向綜合防治，形成了面向高電能質(zhì)量的友好用電技術(shù)。
據(jù)了解，這五類具備友好交互能力的電能變換設(shè)備在保障配電網(wǎng)的高可靠供電基礎(chǔ)上，提升了配電網(wǎng)的用電節(jié)能降損能力，有著顯著的經(jīng)濟、社會與生態(tài)效益，每年可減少燃煤約6萬噸，減排二氧化碳約16萬噸。
從實驗室走向市場接受檢驗
“我們不希望項目成果從實驗室出來就進了倉庫，它應(yīng)該走向市場接受檢驗?！边@是每一個科研工作者的心聲。
“三端口電力電子變壓器的400伏交流端口采用了4個40千伏安的功率輸出模塊并聯(lián)，可以跟隨負荷的變化進行內(nèi)存條式的靈活配置，實現(xiàn)了供電容量的冗余調(diào)節(jié)和供電可靠性的提升。”北海供電局生技部專責洪剛介紹，新研發(fā)的三端口電力電子變壓器在廣西北海110千伏乾江變電站投運以來，運行情況穩(wěn)定，實現(xiàn)了配電網(wǎng)中諧波超標、嚴重三相不平衡、短路故障等供電隱患的主動阻斷、治理。
在云南楚雄110千伏東瓜變電站安裝了新研發(fā)的10千伏多功能可控模塊化固態(tài)限流器。經(jīng)過現(xiàn)場測試，電能質(zhì)量調(diào)節(jié)模式切換至故障限流模式整個過程控制在12毫秒以內(nèi)，電壓補償深度達到20%，進一步確保了變電站的安全可靠運行。
該項目成果的五類電能變換設(shè)備在新能源發(fā)電、電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)等多個行業(yè)和領(lǐng)域應(yīng)用推廣。值得一提的是，分布式虛擬同步機在天津中新生態(tài)城打造了世界上首個工程示范，在安徽省金寨縣光伏發(fā)電精準脫貧工程中進行了推廣運用，同時還在江蘇、浙江等省份規(guī)?；瘧?yīng)用，為當?shù)貛砹酥苯咏?jīng)濟效益。6千伏至35千伏高壓靜止無功發(fā)生器先后在國內(nèi)15個省份進行推廣，部分產(chǎn)品遠銷海外。6千伏/10千伏高壓變頻器也在國內(nèi)23個省份進行推廣應(yīng)用。
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