以下為演講實(shí)錄：

 

　　尊敬的各位專家，我是國網(wǎng)江蘇省電科院的張宸宇，下面就我們單位對目前交直流電網(wǎng)給大家做一個(gè)分享，我今天的題目是《交直流混合分布式電源微網(wǎng)示范應(yīng)用》。

 

　　今天的報(bào)告分為四個(gè)部分：首先是直流配電網(wǎng)的背景。

 

　　雖然目前所用的配電網(wǎng)都是交流的配電網(wǎng)，但是在配電網(wǎng)發(fā)展的最初時(shí)期，在1880在紐約當(dāng)初接觸的都是直流的電網(wǎng)，而當(dāng)時(shí)的直流的電網(wǎng)使用存在遠(yuǎn)距離傳輸、變壓、滅弧、電機(jī)維護(hù)等各種各樣的難題，就有愛迪生和尼古拉特斯拉的百年之爭。那現(xiàn)在隨著技術(shù)的演進(jìn)，直流是不是有它的春天？改變我們未來的日常生活呢？

 

　　可以說目前的電網(wǎng)在高壓輸電環(huán)節(jié)、中壓配電環(huán)節(jié)和低壓用電環(huán)節(jié)都就直流的出現(xiàn)。在高壓的輸電環(huán)節(jié)直流輸電大面積使用，而我今天講的主要是針對我們的中低壓環(huán)節(jié)直流化的應(yīng)用。

 

　　我們在中低壓直流方面比如光伏的大面積使用實(shí)際上是直流的直接介入，風(fēng)電發(fā)電也是ACDC的過程，而儲能裝置直接就是直流的過程。而負(fù)荷側(cè)比如LED照明、直流家電、數(shù)據(jù)中心、電動汽車都是通過直流去用電的?，F(xiàn)在這么多的直流就要通過逆變或者直流的過程如果直接進(jìn)入直流電網(wǎng)毫無疑問這樣的轉(zhuǎn)化效率是可以得到提高的，所以直流電路所以是促進(jìn)中低壓直流下一步發(fā)展的重要的要點(diǎn)。

 

　　這個(gè)是發(fā)展背景。《中國電力行業(yè)年度發(fā)展報(bào)告2019》指出目前新能源的發(fā)電量逐步增高，占比是7.8%，風(fēng)電、光伏發(fā)電量也是不停增高。當(dāng)這些新能源的電能轉(zhuǎn)化效率每提高1%，將節(jié)約1775千瓦時(shí)相當(dāng)于半年的發(fā)電量?！赌茉瓷a(chǎn)和消費(fèi)革命戰(zhàn)略》預(yù)計(jì)2030年、2050中國非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將超過20%和50%。所以電能從供給側(cè)和需求側(cè)都在召喚直流配電技術(shù)的發(fā)展。

 

　　對于江蘇電網(wǎng)而言到今年6月底，江蘇的分布式裝機(jī)為705萬千瓦，380/220電壓等級接入392萬千瓦。終端負(fù)荷直流化趨勢明顯。地鐵、通信、數(shù)據(jù)中心、電動汽車等均為直流供電。還有直流配電的優(yōu)勢，相對交流傳統(tǒng)的配電網(wǎng)，直流配電網(wǎng)總結(jié)了五個(gè)優(yōu)勢：第一個(gè)是低壓用電的安全性；第二個(gè)是能效提升；第三個(gè)是電能質(zhì)量提高，就是直流的用電相當(dāng)于電能質(zhì)量只有一個(gè)母線電壓，而交流卻有很多的頻率；四地個(gè)是便于直流電源和負(fù)荷介入；第五個(gè)是家用電器電源接口更簡約。

 

　　有著上面的這些優(yōu)點(diǎn)和發(fā)展，江蘇公司在江蘇同里做了交直流配電網(wǎng)的示范應(yīng)用。

 

　　同里綜合能源服務(wù)中心位于蘇州，我昨天剛從那里過來，直線距離大概在20公里左右在蘇州的東南角同里鎮(zhèn)。占地53畝，這個(gè)背景是整個(gè)的規(guī)劃設(shè)計(jì)圖。它包括了同里的示范園區(qū)也就是中間那個(gè)點(diǎn)，同時(shí)還有一個(gè)科技光伏是作為電源端的接入還有同里湖嘉圓這是做直流樓宇的示范。

 

　　目前我們在同里示范工程做了2項(xiàng)國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目：2017年基于電力電子變壓器的交直流混合可再生能源技術(shù)研究；2018年中低壓直流配用電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用。同里富含大量的交直流配用電的勻速，右下角這個(gè)圖也給出了一些運(yùn)行的元素，包括壓縮空氣儲能、電力電子變壓器、光熱發(fā)電、三合一電子公路、源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、低壓直流配電環(huán)路。這個(gè)工程在2018年的10月份正式投運(yùn)，我選擇了一些比較典型的元素。

 

　　主要核心的設(shè)備是包括以上六個(gè)：電力電子變壓器，通過這個(gè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)園區(qū)內(nèi)交流和直流混合的接入；故障電流控制器保護(hù)了直流端一旦發(fā)生故障的時(shí)候迅速隔離并且切除故障源；固態(tài)開關(guān)、直流開關(guān)也是目前產(chǎn)業(yè)需要研究的方向；直流充電樁、屋頂/幕墻/路面光伏和儲能。

 

　　到今年的8月份也就是今年夏天系統(tǒng)總?cè)萘?.38兆瓦，風(fēng)電在蘇州的裝機(jī)在同里園區(qū)是20個(gè)千瓦時(shí)，4臺5千瓦的小風(fēng)機(jī)，我們也反復(fù)在同里當(dāng)?shù)刈隽艘粋€(gè)測試，的確發(fā)電效率比較低，原來4臺5千瓦時(shí)用的H組的垂直的風(fēng)機(jī)發(fā)現(xiàn)幾乎這個(gè)發(fā)電量就很低，甚至都發(fā)不出電。直流負(fù)荷是2681千瓦，直流負(fù)荷就是直流配流電的元素基本上就是這些。

 

　　這個(gè)是目前同里一次拓?fù)鋱D。一共是包括4個(gè)電壓等級，2個(gè)交流，2個(gè)直流，交流是傳統(tǒng)的交流變電網(wǎng)中10千伏和380千伏，直流是采用了正負(fù)750V和正負(fù)375V，正負(fù)375是得到750的電壓，整個(gè)園區(qū)主要是通過這兩臺變壓器三臺3兆瓦的設(shè)備進(jìn)行園區(qū)的交直流的連接，兩臺變壓器4個(gè)斷口具備4個(gè)電壓等級，同時(shí)我們還有核心設(shè)備就是故障電流控制器，在750的1母和2母上，母線2發(fā)現(xiàn)問題的時(shí)候，可以讓母線1端進(jìn)行自治。

 

　　下面介紹一下同里工程項(xiàng)目中遇到的關(guān)鍵技術(shù)和難題。

 

　　第一個(gè)就是兩臺核心設(shè)備，實(shí)際上要建這樣一個(gè)直流的配電網(wǎng)，核心設(shè)備就是兩臺電力電子變壓器和連接4個(gè)電壓等級，實(shí)現(xiàn)4個(gè)電壓等級的柔性。兩太電力電子變壓器一臺采用3兆瓦的IGBT的，另外一臺是采用碳化硅的，另外一個(gè)是3×1兆瓦我們做了4個(gè)集裝箱，其中3個(gè)集裝箱是每個(gè)1兆瓦，再通過一個(gè)協(xié)同控制器做整體的控制，然后兩臺電力電子變壓器通過集中的園區(qū)的系統(tǒng)控制進(jìn)行整體的控制。

 

　　第二個(gè)也是一個(gè)核心設(shè)備就是故障電流控制器。這個(gè)直流電網(wǎng)的故障電流控制器除了交流電網(wǎng)當(dāng)中遇到故障能夠隔離的作用，還有一個(gè)功能能夠?qū)崿F(xiàn)母線端的電壓的過程，并且實(shí)現(xiàn)槽流電壓的控制。

 

　　第三個(gè)是基于直流網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞亩噙吔绫Ｗo(hù)技術(shù)。實(shí)際上我們做直流配電網(wǎng)的時(shí)候，剛運(yùn)行的時(shí)候發(fā)現(xiàn)這么一個(gè)問題，比如我的電力電子變壓器連接了下面100個(gè)用戶，當(dāng)其中一個(gè)用戶發(fā)生了直流短路的情況，這個(gè)時(shí)候電力電子變壓器就監(jiān)測到很大的短路電流，這個(gè)短路電流會讓變壓器發(fā)生一個(gè)指令變阻，那100個(gè)用戶陪著這一戶短路的用戶全部停電，是不是能夠做直流的短路技術(shù)快速切除某一個(gè)饋線的故障，不因?yàn)橐粦艄收弦鹚杏脩舻亩搪?，這也是我們做的直流保護(hù)的研究。

 

　　第四個(gè)是基于阻抗分析的同里工程低頻振蕩分析和參數(shù)配合優(yōu)化。當(dāng)一個(gè)較小的區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)如此多大量的電力電子設(shè)備的時(shí)候，就不可避免地會出現(xiàn)這樣的耦合，因?yàn)榭刂频臎]有節(jié)藕引起振蕩的問題。我們一開始調(diào)試的時(shí)候也是出現(xiàn)電力電子和一臺換流器在滿功率3兆瓦對托的時(shí)候發(fā)現(xiàn)4赫茲的振蕩，如何對它的振蕩去進(jìn)行一個(gè)控制，對它的端口阻抗進(jìn)行一個(gè)分析，后面我們的控制器就避免了這個(gè)振點(diǎn)。2018年還要在同里建19臺電力電子變壓器，這個(gè)問題在這個(gè)高耦合、非線性、低阻尼、低慣性的情況下，也是后面我們認(rèn)為直流配電網(wǎng)需要研究的課題。

 

　　第五個(gè)是通例示范工程接地方式。我們采用三種接地方時(shí)在TN的技術(shù)上做了一個(gè)改進(jìn)，最初的時(shí)候也是用TN的設(shè)計(jì)，為什么？我們首先在邊緣站內(nèi)部的直接接TN，負(fù)荷側(cè)單獨(dú)去做一個(gè)除了保護(hù)以外，我們在園區(qū)的接地的時(shí)候發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩個(gè)設(shè)備，下面一個(gè)PAT和PIC兩個(gè)同時(shí)接地的時(shí)候，當(dāng)你的功率有差異的時(shí)候地線上承擔(dān)你的零極就是PE線上承擔(dān)零級上面的一部分電流，否則接地網(wǎng)中的電流第一個(gè)是會腐蝕地網(wǎng)，第二個(gè)是地線的設(shè)計(jì)很難和零極就是直接接低的零極互相涉及，使得你的地線導(dǎo)致發(fā)熱的情況。

 

　　最后是示范工程的運(yùn)行和推廣。

 

　　去年10月份到現(xiàn)在基本上是運(yùn)行了一年多，對我們的運(yùn)行場景也進(jìn)行了梳理。第一個(gè)就是兩臺電力電子變壓器協(xié)調(diào)運(yùn)行和多交直流微網(wǎng)的互濟(jì)。去保證整個(gè)同里園區(qū)工作在較高的經(jīng)濟(jì)水平。這個(gè)圖就給了一個(gè)例子，因?yàn)橥锏膱@區(qū)內(nèi)是不允許燃油的大巴車，都是用750V充電的大巴在地鐵站做接駁車，充電就在園區(qū)的750V的充電站當(dāng)中，充電的時(shí)候就是下面這個(gè)圖給的一個(gè)例子，我們就可以將375和380這兩個(gè)電壓等級的光伏、儲能這樣的電能去供750V，使得對外的電力交互盡可能減少。

 

　　第二個(gè)場景是柔性互聯(lián)的有功支撐。當(dāng)其中一個(gè)10千伏的母線出現(xiàn)故障的時(shí)候可以通過一個(gè)原理上的背靠背，就是兩臺變壓器對10千伏進(jìn)行支撐；第三個(gè)諧波治理和無功補(bǔ)償解決了交流端口的電能質(zhì)量的問題。

 

　　第五個(gè)場景是孤網(wǎng)并網(wǎng)平滑切換高可靠運(yùn)行。整個(gè)園區(qū)的儲能都是采用這個(gè)儲能電池，對園區(qū)的電壓進(jìn)行頻率的響應(yīng)過程，這是在現(xiàn)場做的主動過網(wǎng)的瞬態(tài)的波形。

 

　　同時(shí)我們利用上面給大家分享的技術(shù)，在江蘇連云港也做了基于電力電子變壓器交直流混合的工程，這個(gè)是采用500KVA的碳化硅PET的四端口的電子變壓器。

 

　　在我們所有的工作當(dāng)中也對難點(diǎn)進(jìn)行了梳理。我們認(rèn)為主要是影響直流配電網(wǎng)下一步大規(guī)模的應(yīng)用有三個(gè)難點(diǎn)技術(shù)：第一個(gè)是目前很多的純理論、純技術(shù)的問題還并沒有得到很好的攻關(guān)，比如有效的滅弧、節(jié)地、多電力電子變換裝置強(qiáng)耦合、非線性的穩(wěn)定性機(jī)理還需要進(jìn)一步深入挖掘；第二個(gè)是電力電子變壓器和關(guān)鍵設(shè)備的效率、體積和價(jià)格瓶頸，電力電子變壓器我們做了兩臺，硅機(jī)這一臺3兆瓦，體積是17米×3.5米×3米，應(yīng)該說是一個(gè)很大的體積，就是你對比一下傳統(tǒng)的3兆瓦的配電來說，你都沒有辦法想象一個(gè)17米長的變壓器，但是去年時(shí)任董事長看到這個(gè)設(shè)備的時(shí)候說了一句話，他當(dāng)時(shí)就說你們還記得當(dāng)時(shí)第一臺計(jì)算機(jī)嗎？他說可能比當(dāng)時(shí)開會的屋子還要大，電子電壓變壓器第一臺也很大，未來是不是可以做小型化、緊湊化的攻關(guān)和設(shè)計(jì)，使得電子電壓變壓器進(jìn)一步降低體積，是不是也能做到電線干式的這種？另外是效率，雖然目前在電力電子設(shè)備里面是相對較高的水平，但是和傳統(tǒng)的還是有一定的差距，但是我們也總結(jié)分析了一下可能是我們在很低的工況情況下，我們的效率可以通過自身去調(diào)節(jié)，可能在低負(fù)荷的情況下效率還是有優(yōu)勢。還有價(jià)格的瓶頸，目前每W4元是太夸張的數(shù)字，你想想3兆瓦的設(shè)備可以賣多少錢，能不能像光伏一樣價(jià)格能夠正面觸動電力電子變壓器未來的推廣，這也是目前的瓶頸。最后一個(gè)是探索直流配電網(wǎng)運(yùn)行模式，江蘇電科網(wǎng)江蘇公司牽頭來做的，但是運(yùn)行維護(hù)的時(shí)候就發(fā)現(xiàn)很多的問題，維護(hù)人員都不了解直流配電網(wǎng)是什么樣的情況是什么樣的運(yùn)行情況，什么樣的工況，這也是在運(yùn)行當(dāng)中逐步需要探索的事情。

 

　　這張圖是我們電科院對于未來交直流的展望，每一個(gè)蜂巢就代表每一個(gè)直流配電網(wǎng)去連接每一個(gè)蜂巢，每一個(gè)蜂巢通過電子電壓器進(jìn)行供電，并且通過高壓的交流路線和外界的電網(wǎng)進(jìn)行傳輸能量。

 

　　（內(nèi)容來自現(xiàn)場速記，未經(jīng)本人審核）