新型配电系统经济高效的电力电子化柔性配电解决方案

汇报人：施刚单位：上海交通大学电气工程学院 汇报提纲 配电网新能源发展机遇及挑战 分布式可再生能源、电动汽车等电气化负荷的广泛接入，配电网面临着电压越限、线路过载、新能源消纳能力不足等问题，严重影响配电网的安全运行 “双滕“目标范动下，分布式电源快速发展 传统配电网辐射型架构以及有限调控能力=>用电设备损坏及线路、变压器过载烧毁！!！ 配电网泛电气化发展机遇及挑战 分布式可再生能源、电动汽车等电气化负荷的广泛接入，配电网面临着电压越限、线路过载、新能源消纳能力不足等问题，严重影响配电网的安全运行 传统配电网辐射型架构以及有限调控能力=>用电设备损坏及线路、变压器过载烧毁！!！ 配电网高品质供电发展机遇及挑战 分布式可再生能源、电动汽车等电气化负荷的广泛接入，配电网面临着电压越限、线路过载、新能源消纳能力不足等问题，严重影响配电网的安全运行 与国内其他先进城市存在差距 较国际领先水平存在较大差距 世行营商环境报告中国际领先水平的大型城市用户平均停电时间为：东京0.02小时，首尔0.04小时，新加坡0.06小时纽约0.18小时，柏林0.25小时。对标国际领先水平，公司配电网的建设、运行、管理水平尚需进一步提升。 以国内50个重点城市指标情况为例，2020年排名前五的城市分别为：深圳0.21小时、州0.3小时、上海0.3小时、宁波0.31小时、杭州0.34小时，公司城网可靠性指标最好水平与南网存在差距。 常规解决方案及问题 储能装置接入 变压器与配电线路增容改造 具有较好的功率平滑和削峰填谷功能但经济性有待商椎，存在安全隐患 但城市输配电走廊增容困难，线路整体改造成本高 函需探索更为经济、安全、有效的电力调节手段 新型解决思路一网络化、互联化 基于互联网“共享”的思想，打通传统的交互壁垒，通过网络化、互联化以提升设备的综合利用率，以提升配电网的高效可靠供电、源荷接纳、灵活运行能力 柔性互联：采用电力电子变换器取代传统的机械式联络开关，以灵活、快速、精确地控制网络间的潮流，实现区域配电网间常态化“软连接”，构成柔性网络化系统 汇报提纲 典型应用场景①新型源-荷-储高密度接入 新能源消纳及新型电气化负荷接入 多端互联互济，配网合环运行优化系统潮流，缓解馈线堵塞实现分布式能源、新型用电负荷与储能的友好接入 典型应用场景②柔性配电故障自愈 柔性配电系统故障状态实现自愈 故障状态下灵活实现负荷转供■充分利用馈线剩余容量，提高馈线利用率配电网韧性大大提升 典型应用场景③能源互联网的核心纽带 配电网络化互联化，为绿色智慧的城市能源系统提供电气枢纽通道：成为联结电热、水、气等多种能源，实现能量统一调控分配的关键纽带 国内外应用示范现状 ■国家陆续发布双碳目标、新型电力系统等国家战略。 ■直流与交流深度融合，新能源占比不断提升，是新型电力系统重要形态特征 柔性互联应用得到验证，但是基于柔直结构的多端口方案普遍存在成本高、体积大、效率低等问题，阻碍了柔性互联应用的进一步推广 汇报提纲 多端口潮流调控原理 现有示范装备：多个全功率电力变换器通过中压或者低压直流耦合成多端口柔性互联装备，装置成本高、运行损耗大、占地面积广 所提装备：通过串联可调电压源部分功率型电力变换，实现多端潮流灵活控制，且提出无工频变压器设计，降低成本和体积 多端口潮流调控装备对比 相比于BTB-MMC方案，所提拓扑在器件数量、经济性、占地体积上具备较大优势 *发明专利： 装备拓扑及应用拓展 针对新型配电网的应用，可以灵活扩展：多中压交流端口、中压直流端口、低压直流端口以及内嵌储能等，实现配电网分布式能源、储能与新型负荷的高比例接入 多端口潮流调控应用①中压交流柔性互联 中压交流端口灵活扩展，可实现多条馈线间的潮流柔性调控，可提供无功支撑，改善电能质量，适用于分布式能源广泛接入、负荷不均衡与馈线堵塞的交流配电网， 多端口潮流调控应用②区域配电网“储能共享 子模块直流侧增加电池单元，构成多中压交流端口链式电池储能高压直挂功率变换系统能够实现储能电池分割管控及多网间功率互济与储能共享，提高储能系统利用率 *发明专利：一种多交流端口高压直挂储能电其控制方法（ZL202111400858.3） 多端口潮流调控应用③低压多端联合供给 具有多个中压交流端口与低压直流端口，可以灵活调节多条交流馈线与低压直流端口之间的功率交互，实现低压用户的多端联合供给 种多中压交流端口固态变压器及其控制方法（ZL202110714166.X） 多端口潮流调控应用④中压直流多端馈入 具有多个中压交流端口与中压直流端口，可实现多条馈线与中压直流间的潮流调控实现中压直流多端馈入，适用于中压直流“源-荷-储”广泛接入的交直流混合配电网 *发明专利：法和系统（ZL202110714164.0） 汇报提纲 未来愿景 城市智慧能源体系，以灵活、可控的柔性互联化配电系统为纽带，构建电、热、气等多种能源网络通道，实现多异构能互联互通可控的综合优化调控 路线与展望 汇报结束集裹心感谢各位专家 面向双碳需求，立足电气前沿互联互通，解决配网瓶颈问题