雙碳目標(biāo)下的配電側(cè)新型電力系統(tǒng)的探索與實(shí)踐 2024

2024年11月CCSG2020.AllRightsReserved新型電力系統(tǒng)下配網(wǎng)結(jié)構(gòu)演變新型電力系統(tǒng)下配網(wǎng)結(jié)構(gòu)演變新型網(wǎng)架在城市園區(qū)的應(yīng)用探索新型網(wǎng)架在城市園區(qū)的應(yīng)用探索新型網(wǎng)架在美麗鄉(xiāng)村的應(yīng)用探索新型網(wǎng)架在美麗鄉(xiāng)村的應(yīng)用探索總結(jié)與展望總結(jié)與展望2電力行業(yè)占能源行業(yè)二氧化碳排放總量我國(guó)能源消費(fèi)產(chǎn)生的二氧電力行業(yè)占能源行業(yè)二氧化碳排放總量非化石能源發(fā)能源消非化石能源發(fā)能源消費(fèi)比重終端能源電氣化革命革命終端用能用戶(hù)CCSG2020.AllRightsReserved一、背景——雙碳戰(zhàn)略：配網(wǎng)是橋頭堡2021年分布式2060年分布式2021年分布式儲(chǔ)微電網(wǎng)終端用能用戶(hù)車(chē)終端用能用戶(hù)2060間歇性波動(dòng)性隨機(jī)性分布式能源6:008:0010:0012:0014:0終端用能消納模終端用能差異性沖擊性隨機(jī)性一、背景——配網(wǎng)存在的問(wèn)題據(jù)國(guó)家能源局統(tǒng)計(jì)，自2024年以來(lái)在廣東、河南、黑龍江等8個(gè)省超過(guò)問(wèn)題一：配電網(wǎng)末端弱結(jié)構(gòu)掣肘了新型源荷承載能力凈負(fù)荷3月31日時(shí)間(天)22潛在的電能過(guò)剩潛在的電能過(guò)剩性能持續(xù)嗎?OCSG2020.AllRightsReservedOCSG2020.AllRightsReserved一、背景——研究目標(biāo)>利用智能微電網(wǎng)、柔性互聯(lián)等技術(shù)構(gòu)建新能源與配電網(wǎng)相互支撐的新型電網(wǎng)結(jié)構(gòu)>構(gòu)建清潔低碳、安全充裕、經(jīng)濟(jì)高效、供需協(xié)同、柔性靈活的新型電力系統(tǒng)電網(wǎng)(配電網(wǎng))新能源電網(wǎng)(配電網(wǎng))(分布式)5>讓新能源成為電網(wǎng)安全可靠和韌性提升的支撐(讓分布式能源成為配電網(wǎng)的支撐)>讓電網(wǎng)成為新能源的后盾，最終實(shí)現(xiàn)1+1>2的效果(讓配電網(wǎng)成為分布式能源的支撐)密密配電網(wǎng)撐住99%的可靠性源荷儲(chǔ)一體綜合能源系統(tǒng)電能短期平衡作用，撐住配電網(wǎng)1%的可靠性最終實(shí)現(xiàn)園區(qū)新型電力系統(tǒng)99+1的高可靠性和韌性提進(jìn)一四五CCSG2020.AllRightsReserved新型電力系統(tǒng)下配網(wǎng)結(jié)構(gòu)演變新型電力系統(tǒng)下配網(wǎng)結(jié)構(gòu)演變新型網(wǎng)架在城市園區(qū)的應(yīng)用探索新型網(wǎng)架在城市園區(qū)的應(yīng)用探索新型網(wǎng)架在美麗鄉(xiāng)村的應(yīng)用探索新型網(wǎng)架在美麗鄉(xiāng)村的應(yīng)用探索總結(jié)與展望總結(jié)與展望7首個(gè)五端柔性互聯(lián)配電網(wǎng)示范工程(貴州貴陽(yáng)2018)線(xiàn)路線(xiàn)路線(xiàn)路1MMC#3MMC#2MMC#3MMC#2MMC#4MMC#4C500kVA)(500kW)風(fēng)機(jī)直流微風(fēng)機(jī)±375V充電樁充電樁智能直流調(diào)度室交流微備用電源備用電濟(jì)二、融合思路-蜂巢配電網(wǎng)不同的未來(lái)配電網(wǎng)形態(tài)方案：低壓直流儲(chǔ)能微網(wǎng)、能源局域網(wǎng)、綜合配電網(wǎng)、P2P結(jié)構(gòu)、單元控制區(qū)域、微4433917基站基站微網(wǎng)8PCC3PCC3儲(chǔ)能ACDCDC微網(wǎng)微網(wǎng)6DCDC微網(wǎng)微網(wǎng)B0-DCDC微網(wǎng)微網(wǎng)B0-PCC1DCACPCC2基站控制器系統(tǒng)通信基站控制器系統(tǒng)通信上級(jí)電網(wǎng)網(wǎng)架O上級(jí)電網(wǎng)網(wǎng)架O功率聯(lián)絡(luò)點(diǎn)配網(wǎng)側(cè)新型電力系統(tǒng)組成風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)儲(chǔ)能系統(tǒng)風(fēng)機(jī)超級(jí)電容磷酸鐵鋰雙蓄用戶(hù)側(cè)發(fā)電并網(wǎng)用電充電不確定性柔性關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)充電站交流負(fù)荷G同級(jí)直流負(fù)載儲(chǔ)能電站光伏電站△直流重要用戶(hù)配網(wǎng)電網(wǎng)成為能故能源互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)光伏發(fā)電系統(tǒng)多種能源單元式承載+網(wǎng)格化閉環(huán)柔性互聯(lián)+智慧透明的供需互動(dòng)+源網(wǎng)荷儲(chǔ)充協(xié)同優(yōu)化新型網(wǎng)架新型應(yīng)用=園區(qū)新型電力系統(tǒng)配網(wǎng)側(cè)新型電力系統(tǒng)特征：清潔低碳、安全充裕、經(jīng)濟(jì)高效、供需協(xié)同、柔性靈活CCSG2020.AllRightsReserved屋頂光伏分布式風(fēng)機(jī)園區(qū)負(fù)載電動(dòng)汽車(chē)生物生物質(zhì)能氯能_負(fù)荷3分式光伏單元式承載——微能網(wǎng)交流接口超級(jí)電容磷酸鐵鋰A棟通訊度交流負(fù)荷RLC可編程負(fù)載DcR可編程負(fù)載直流負(fù)線(xiàn)中國(guó)南方電網(wǎng)中國(guó)南方電網(wǎng)交流接口交流接口風(fēng)機(jī)鹽風(fēng)機(jī)鹽發(fā)發(fā)風(fēng)電3.分堿燃微能網(wǎng)光儲(chǔ)直柔建筑1光儲(chǔ)直柔建筑2風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)光伏光伏配電側(cè)新型電力系統(tǒng)的演變—變電站級(jí)變電站級(jí)變電站1饋線(xiàn)3饋線(xiàn)級(jí)臺(tái)區(qū)互聯(lián)臺(tái)區(qū)互聯(lián)△變電站互聯(lián)變電站210kV饋線(xiàn)2層級(jí)互聯(lián)臺(tái)區(qū)內(nèi)互聯(lián)饋線(xiàn)互聯(lián)臺(tái)區(qū)內(nèi)臺(tái)區(qū)級(jí)多層次網(wǎng)格化互聯(lián)：變電站互聯(lián)(超越園區(qū)范圍)電網(wǎng)高韌性：2、99+1高可靠供電3、配電網(wǎng)交流解耦與韌性提升4、網(wǎng)源荷儲(chǔ)充協(xié)同與多能互補(bǔ)5、配電與電網(wǎng)深度互補(bǔ)6、用戶(hù)與電網(wǎng)友好互動(dòng)CCSG2020.AllRightsRes一川四——園區(qū)新型電力系統(tǒng)——?dú)鋬?chǔ)能貴州電力科創(chuàng)園源網(wǎng)荷儲(chǔ)充規(guī)劃氫儲(chǔ)能微電網(wǎng)1直柔1微電網(wǎng)2建筑光頂微電網(wǎng)3直柔3地源科示而光大微電網(wǎng)4站3、分布式風(fēng)機(jī)(規(guī)劃中)網(wǎng)(多層閉環(huán)交直流混合配網(wǎng)):2.智能照明2.光充一體化充電站3、地下停車(chē)場(chǎng)充電樁線(xiàn)纜三、城市應(yīng)用——園區(qū)新型電力系統(tǒng)線(xiàn)纜匯流箱380V,ACDC380V,AC樓背靠背實(shí)驗(yàn)樓4層茶水間實(shí)驗(yàn)樓4層備用實(shí)驗(yàn)室單個(gè)房間示意圖單個(gè)房間示意圖照明插座48V適配器戶(hù)用配電箱戶(hù)用配電箱直流激斷交流插座交派微斷交流插座AC220VDC220VDCDCDCDCDCDCAC380V設(shè)備間2科研樓光儲(chǔ)直柔硬件裝置示意圖匯流箱多層次項(xiàng)目提供多層次項(xiàng)目提供電臺(tái)區(qū)DCDC設(shè)備間1DCDCDCAC科研樓4樓學(xué)術(shù)活動(dòng)室科研樓6樓研討室科研樓7樓學(xué)術(shù)活動(dòng)室科研樓7樓研討室科研樓8樓研討室(大)科研樓8樓研討室科研樓9樓研討室(大)單個(gè)房間示意圖單個(gè)房間示意圖照明插座48V適配器照明插座戶(hù)用配電箱直流戶(hù)用配電箱直流交流插座交流激斷交流插座220V380V,AC10kV,ACAC/DC塑殼斷路器路器塑殼斷塑殼斷路器8臺(tái)路器塑殼斷路器塑殼斷路器8臺(tái)塑殼斷AC380V塑殼斷至科研樓380V交流CCSG2020.AllRightsReserved逆變器可零碳示范樓交流3樓直交流2樓直流負(fù)荷混合配混合配G三、城市應(yīng)用——園區(qū)新型電力系統(tǒng)三、城市應(yīng)用——信息流控制能量流能量路由器：作為系統(tǒng)中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，信息流控制能量流能量路由器：作為系統(tǒng)中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)AC10kV與DC750V的高效轉(zhuǎn)換統(tǒng)光伏發(fā)電系統(tǒng)統(tǒng)光伏發(fā)電系統(tǒng)儲(chǔ)能系統(tǒng)IfIf電動(dòng)汽車(chē)充電系統(tǒng)微網(wǎng)控制器逆變器儲(chǔ)能變流器儲(chǔ)能變流器交流負(fù)載交流負(fù)載直流快充樁交流負(fù)載交流負(fù)載三、城市應(yīng)用——園區(qū)新型電力系統(tǒng)——傳統(tǒng)10kV交流環(huán)網(wǎng)—多端口交直流層級(jí)互聯(lián)>示范工程有四個(gè)微電網(wǎng)，與配電網(wǎng)>任何一個(gè)負(fù)荷點(diǎn)都有三種供電形式(僅為示范，直流設(shè)備未全容量配置)>任何分布式能源(儲(chǔ)能)都有3種消納方式>系統(tǒng)的韌性與極限生存能力大幅提升天十院主規(guī)劃路傳統(tǒng)10kV環(huán)網(wǎng)建筑光儲(chǔ)直柔道建筑光儲(chǔ)直柔多端口層級(jí)互屬儲(chǔ)能A行入口高壓試驗(yàn)大廳傳統(tǒng)10kV環(huán)網(wǎng)地人口劃路規(guī)直流配電計(jì)量中心直流配電環(huán)網(wǎng)柜環(huán)網(wǎng)柜建筑光10KV饋線(xiàn)互聯(lián)電科院實(shí)驗(yàn)樓配電間環(huán)網(wǎng)柜配電間傳統(tǒng)交流配網(wǎng)區(qū)傳統(tǒng)交流配網(wǎng)區(qū)環(huán)網(wǎng)柜高壓大廳配電間高壓大廳配電間背靠背變攙器低壓充電站光伏直流負(fù)荷MMC2*1000kVA臺(tái)區(qū)低壓臺(tái)區(qū)低壓臺(tái)區(qū)氫儲(chǔ)能光伏直流負(fù)荷負(fù)荷負(fù)荷低壓臺(tái)區(qū)4端口變換器$低壓臺(tái)區(qū)BIPV2充電站光伏直流負(fù)荷儲(chǔ)能服務(wù)樓建筑光儲(chǔ)直柔微電網(wǎng)MMCMMCMMC負(fù)荷負(fù)荷充換電站光儲(chǔ)充一體化微電網(wǎng)園區(qū)交直流互聯(lián)區(qū)單單元式承載載區(qū)日目四新型電力系統(tǒng)下配網(wǎng)結(jié)構(gòu)演變新型電力系統(tǒng)下配網(wǎng)結(jié)構(gòu)演變新型網(wǎng)架在城市園區(qū)的應(yīng)用探索新型網(wǎng)架在城市園區(qū)的應(yīng)用探索21斷裂的鄉(xiāng)村斷裂的鄉(xiāng)村口縣域配電設(shè)備長(zhǎng)期/大范圍輕載與短期/局部重過(guò)載矛盾突出斷裂的鄉(xiāng)村>以南網(wǎng)為例，縣域農(nóng)村配電網(wǎng)斷裂的鄉(xiāng)村LaEspanav>區(qū)域電網(wǎng)日尖峰負(fù)荷持續(xù)時(shí)間LaEspanaviajeporunpaisquenuncaiajeporunpaisquenuncafue傳統(tǒng)按峰值負(fù)荷的配網(wǎng)設(shè)計(jì)建設(shè)模式難以支撐配電網(wǎng)的高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展如：貴州某辦公臺(tái)區(qū)變：配電變壓器的年最大負(fù)荷357.3kW、最小負(fù)荷0.5kW(年平均負(fù)荷34.42kW)網(wǎng)架薄弱、供電線(xiàn)路長(zhǎng)(供電半徑超的臺(tái)區(qū)比比皆是，甚至超2km),電能質(zhì)量網(wǎng)架薄弱、供電線(xiàn)路長(zhǎng)(供電半徑超的臺(tái)區(qū)比比皆是，甚至超2km),電能質(zhì)量高比例新能源接入(部分10kV線(xiàn)路存在多個(gè)超過(guò)35個(gè)以上的電源點(diǎn)),多電能質(zhì)量問(wèn)題并發(fā)：高電壓頻發(fā)，電器燒毀嚴(yán)重；同時(shí)存在高壓越限和低壓越限；;>電壓曲線(xiàn)(高壓越限與低壓越限同時(shí)存在)砌刪--功率曲線(xiàn)(存在嚴(yán)重反向潮流)>>——>線(xiàn)損嚴(yán)重；021-9-03040021-09-0306:0021-09-03.08:0021-09-0310:0021-09-0312:0021-09-0314:0021-09-03-16:0021-09-0318:0021-09-0320:0021-09-0322:0021-09-0400:0021-09-0402:00變壓器穿魚(yú)：50kVA03-26.06:3003-2616:45>>三相不平衡問(wèn)題突出四、鄉(xiāng)村應(yīng)用——六盤(pán)水羊場(chǎng)鄉(xiāng)新型電力系統(tǒng)示范區(qū)六盤(pán)水羊場(chǎng)鄉(xiāng)納木村是國(guó)家美麗鄉(xiāng)村、省級(jí)文明示范村、中國(guó)少數(shù)民族特色村寨，少數(shù)民族占全村人口的2/3,全村共有3520人。該村全年光照資源豐富，主產(chǎn)稻谷、蔬菜、玉米等農(nóng)作物，并開(kāi)展了屋頂分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，每戶(hù)村民都擁有了自己的“綠色電站”。隨著國(guó)家“雙碳”目標(biāo)的提出，納木村分布式光伏并網(wǎng)容量增長(zhǎng)較快，擬通過(guò)分布式智能電網(wǎng)示范區(qū)建設(shè)，支撐鄉(xiāng)村綠色可靠用電，服務(wù)國(guó)家“鄉(xiāng)村振興”戰(zhàn)略。納木村關(guān)莊新村臺(tái)區(qū)負(fù)荷以戶(hù)用負(fù)荷為主，臺(tái)區(qū)變壓器容量315kVA,用電居民72戶(hù)(光伏用戶(hù)68戶(hù))用戶(hù)光伏容量278kWp;橋孔1號(hào)臺(tái)區(qū)負(fù)荷以工業(yè)負(fù)荷為主，臺(tái)區(qū)變壓器容量50kVA,用電居民28戶(hù)(光伏用戶(hù)10戶(hù))用戶(hù)光伏容量光伏車(chē)棚的光伏板57塊，其光伏容量30kWp。1、微電網(wǎng)+構(gòu)網(wǎng)型儲(chǔ)能+充電樁系統(tǒng)導(dǎo)數(shù)字李生運(yùn)行監(jiān)控輔助服務(wù)經(jīng)濟(jì)分析規(guī)劃投資系統(tǒng)管理伏伏橋孔1號(hào)臺(tái)區(qū)充電樁充電樁23264678平橋孔88里四四、鄉(xiāng)村應(yīng)用-六盤(pán)水羊場(chǎng)鄉(xiāng)新型電力系統(tǒng)示范區(qū)低壓柔性互聯(lián)方案一：利用原有線(xiàn)路低壓柔性互聯(lián)方案一：利用原有線(xiàn)路串聯(lián)入網(wǎng)方案二：同桿架設(shè)低壓直流CCSG2020.AllRightsReserved方案三：終端閉環(huán)互補(bǔ)互濟(jì)模式方案三：終端閉環(huán)互補(bǔ)互濟(jì)模式方案四：臺(tái)區(qū)閉環(huán)互補(bǔ)互濟(jì)模式方案四：臺(tái)區(qū)閉環(huán)互補(bǔ)互濟(jì)模式nnnB●N柔性整流升壓柔性AC/DC整流主機(jī)750V直流輸電±375V長(zhǎng)距離供電線(xiàn)路逆變穩(wěn)壓柔性DC/AC逆變從機(jī)AC220VAC220VDC/ACDC/AC適用：末端用戶(hù)相對(duì)集中，線(xiàn)路無(wú)分支的場(chǎng)景。DC±375VDC±375VadcN變壓器側(cè)adcN變壓器側(cè)低電壓用戶(hù)低電壓用戶(hù)低電壓治理750V直流輸電750V直流輸電±375V逆變穩(wěn)壓柔性DC/ACAC/DC整流主機(jī)逆變從機(jī)適用：線(xiàn)路有分支，負(fù)荷重的場(chǎng)景。柔性DC/AC接入AC380V末端低電壓用戶(hù)光伏消納適用：供電可靠性差，低電壓?jiǎn)栴}突出，終端接近的場(chǎng)四、鄉(xiāng)村應(yīng)用——六盤(pán)水羊場(chǎng)鄉(xiāng)新型電力系統(tǒng)示范區(qū)在納木村關(guān)莊新村臺(tái)區(qū)首端、末端分別安裝并聯(lián)裝置(2*100kVA),通過(guò)±375V直流線(xiàn)相連。>在納木村關(guān)莊新村臺(tái)區(qū)首端、末端分別安裝并聯(lián)裝置(2*100kVA),通過(guò)±375V直流線(xiàn)相連。>因用電負(fù)荷大而引發(fā)的臺(tái)區(qū)末端低電壓?jiǎn)栴}因光伏接入引起的末端高電壓?jiǎn)栴}。>客戶(hù)側(cè)三相不平衡問(wèn)題。>提升分布式電源接納能力在羊場(chǎng)納木村關(guān)莊新村臺(tái)區(qū)(315kVA)和橋孔1號(hào)臺(tái)區(qū)(50kVA),分別安裝柔性互濟(jì)裝置>低壓配電臺(tái)區(qū)正常運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)增容變壓器負(fù)載率平衡，改善過(guò)載問(wèn)題>光伏功率的轉(zhuǎn)移，提升分布式電源接納能力互聯(lián)互濟(jì)優(yōu)化能量傳輸路徑。四、鄉(xiāng)村應(yīng)用——六盤(pán)水羊場(chǎng)鄉(xiāng)新型電力系統(tǒng)示范區(qū)15%以上的時(shí)間15%以下的時(shí)間改造前臺(tái)區(qū)電流三相不平衡度改造后臺(tái)區(qū)電流三相不平衡度正常電壓250.正常電壓250.2023.1.19-1.25臺(tái)區(qū)電壓合格率2022.1.19-1.25臺(tái)區(qū)電壓合格率2023.1.19-1.25臺(tái)區(qū)電壓合格率羊場(chǎng)示范區(qū)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫褂貌⒙?lián)和互濟(jì)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)來(lái)改善電壓?jiǎn)栴}。對(duì)一天內(nèi)所有用戶(hù)電壓進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算合格率，羊場(chǎng)示范區(qū)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫褂貌⒙?lián)和互濟(jì)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)來(lái)改善電壓?jiǎn)栴}。對(duì)一天內(nèi)所有用戶(hù)電壓進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算合格率，改造前關(guān)莊新村電壓合格率僅為28.68%,大部分時(shí)段電壓處于越上限狀態(tài)甚至超過(guò)1.1p.u.,臺(tái)區(qū)整體電壓?jiǎn)栴}嚴(yán)重；改造后電壓合格率達(dá)到100%,電壓質(zhì)量高，供電可靠性得到大幅提升。V7865充電檻關(guān)莊新村臺(tái)區(qū)光伏車(chē)櫪LV435方案內(nèi)容方案內(nèi)容工費(fèi)用(不同的現(xiàn)場(chǎng)存在差距)現(xiàn)場(chǎng)影響)費(fèi)用(萬(wàn)元)地市單位推廣數(shù)量(套)六盤(pán)水9銅仁3遵義2畢節(jié)凱里1都勻1新型電力網(wǎng)架成果解決低電壓?jiǎn)栴}，可以提高示范區(qū)分布式光伏消納能力，讓臺(tái)區(qū)電壓穩(wěn)定在198V-220V;同時(shí)可以利用現(xiàn)有電力線(xiàn)路進(jìn)行同桿架設(shè)，不需要額外的征地、分割臺(tái)區(qū)和架設(shè)專(zhuān)線(xiàn)等，大大節(jié)省了配電網(wǎng)建設(shè)改造的投資成本，為鄉(xiāng)村振興的全面深化提供堅(jiān)強(qiáng)穩(wěn)固的電力保障。四、鄉(xiāng)村應(yīng)用——六盤(pán)水羊場(chǎng)鄉(xiāng)新型電力系統(tǒng)示范區(qū)分布式光伏+儲(chǔ)能功率曲線(xiàn)功率曲線(xiàn)柏有功0選取示范區(qū)的典型日功率曲線(xiàn)，白天返送部分電量約150kWh(圖中紅框所示),夜間使用電量約110kWh(圖中藍(lán)框所示),因此區(qū)域用電全部為光伏所發(fā)出的綠電。因此，示范區(qū)基本實(shí)現(xiàn)完全的綠電供應(yīng)，區(qū)域