双碳目标下的配电侧新型电力系统的探索与实践 2024

2024年11月CCSG2020.AllRightsReserved新型电力系统下配网结构演变新型电力系统下配网结构演变新型网架在城市园区的应用探索新型网架在城市园区的应用探索新型网架在美丽乡村的应用探索新型网架在美丽乡村的应用探索总结与展望总结与展望2电力行业占能源行业二氧化碳排放总量我国能源消费产生的二氧电力行业占能源行业二氧化碳排放总量非化石能源发能源消非化石能源发能源消费比重终端能源电气化革命革命终端用能用户CCSG2020.AllRightsReserved一、背景——双碳战略：配网是桥头堡2021年分布式2060年分布式2021年分布式储微电网终端用能用户车终端用能用户2060间歇性波动性随机性分布式能源6:008:0010:0012:0014:0终端用能消纳模终端用能差异性冲击性随机性一、背景——配网存在的问题据国家能源局统计，自2024年以来在广东、河南、黑龙江等8个省超过问题一：配电网末端弱结构掣肘了新型源荷承载能力净负荷3月31日时间(天)22潜在的电能过剩潜在的电能过剩性能持续吗?OCSG2020.AllRightsReservedOCSG2020.AllRightsReserved一、背景——研究目标>利用智能微电网、柔性互联等技术构建新能源与配电网相互支撑的新型电网结构>构建清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、柔性灵活的新型电力系统电网(配电网)新能源电网(配电网)(分布式)5>让新能源成为电网安全可靠和韧性提升的支撑(让分布式能源成为配电网的支撑)>让电网成为新能源的后盾，最终实现1+1>2的效果(让配电网成为分布式能源的支撑)密密配电网撑住99%的可靠性源荷储一体综合能源系统电能短期平衡作用，撑住配电网1%的可靠性最终实现园区新型电力系统99+1的高可靠性和韧性提进一四五CCSG2020.AllRightsReserved新型电力系统下配网结构演变新型电力系统下配网结构演变新型网架在城市园区的应用探索新型网架在城市园区的应用探索新型网架在美丽乡村的应用探索新型网架在美丽乡村的应用探索总结与展望总结与展望7首个五端柔性互联配电网示范工程(贵州贵阳2018)线路线路线路1MMC#3MMC#2MMC#3MMC#2MMC#4MMC#4C500kVA)(500kW)风机直流微风机±375V充电桩充电桩智能直流调度室交流微备用电源备用电济二、融合思路-蜂巢配电网不同的未来配电网形态方案：低压直流储能微网、能源局域网、综合配电网、P2P结构、单元控制区域、微4433917基站基站微网8PCC3PCC3储能ACDCDC微网微网6DCDC微网微网B0-DCDC微网微网B0-PCC1DCACPCC2基站控制器系统通信基站控制器系统通信上级电网网架O上级电网网架O功率联络点配网侧新型电力系统组成风力发电系统储能系统风机超级电容磷酸铁锂双蓄用户侧发电并网用电充电不确定性柔性关键节点充电站交流负荷G同级直流负载储能电站光伏电站△直流重要用户配网电网成为能故能源互联网平台光伏发电系统多种能源单元式承载+网格化闭环柔性互联+智慧透明的供需互动+源网荷储充协同优化新型网架新型应用=园区新型电力系统配网侧新型电力系统特征：清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、柔性灵活CCSG2020.AllRightsReserved屋顶光伏分布式风机园区负载电动汽车生物生物质能氯能_负荷3分式光伏单元式承载——微能网交流接口超级电容磷酸铁锂A栋通讯度交流负荷RLC可编程负载DcR可编程负载直流负线中国南方电网中国南方电网交流接口交流接口风机盐风机盐发发风电3.分碱燃微能网光储直柔建筑1光储直柔建筑2风机风机光伏光伏配电侧新型电力系统的演变—变电站级变电站级变电站1馈线3馈线级台区互联台区互联△变电站互联变电站210kV馈线2层级互联台区内互联馈线互联台区内台区级多层次网格化互联：变电站互联(超越园区范围)电网高韧性：2、99+1高可靠供电3、配电网交流解耦与韧性提升4、网源荷储充协同与多能互补5、配电与电网深度互补6、用户与电网友好互动CCSG2020.AllRightsRes一川四——园区新型电力系统——氢储能贵州电力科创园源网荷储充规划氢储能微电网1直柔1微电网2建筑光顶微电网3直柔3地源科示而光大微电网4站3、分布式风机(规划中)网(多层闭环交直流混合配网):2.智能照明2.光充一体化充电站3、地下停车场充电桩线缆三、城市应用——园区新型电力系统线缆汇流箱380V,ACDC380V,AC楼背靠背实验楼4层茶水间实验楼4层备用实验室单个房间示意图单个房间示意图照明插座48V适配器户用配电箱户用配电箱直流激断交流插座交派微断交流插座AC220VDC220VDCDCDCDCDCDCAC380V设备间2科研楼光储直柔硬件装置示意图汇流箱多层次项目提供多层次项目提供电台区DCDC设备间1DCDCDCAC科研楼4楼学术活动室科研楼6楼研讨室科研楼7楼学术活动室科研楼7楼研讨室科研楼8楼研讨室(大)科研楼8楼研讨室科研楼9楼研讨室(大)单个房间示意图单个房间示意图照明插座48V适配器照明插座户用配电箱直流户用配电箱直流交流插座交流激断交流插座220V380V,AC10kV,ACAC/DC塑壳断路器路器塑壳断塑壳断路器8台路器塑壳断路器塑壳断路器8台塑壳断AC380V塑壳断至科研楼380V交流CCSG2020.AllRightsReserved逆变器可零碳示范楼交流3楼直交流2楼直流负荷混合配混合配G三、城市应用——园区新型电力系统三、城市应用——信息流控制能量流能量路由器：作为系统中关键节点，信息流控制能量流能量路由器：作为系统中关键节点，实现AC10kV与DC750V的高效转换统光伏发电系统统光伏发电系统储能系统IfIf电动汽车充电系统微网控制器逆变器储能变流器储能变流器交流负载交流负载直流快充桩交流负载交流负载三、城市应用——园区新型电力系统——传统10kV交流环网—多端口交直流层级互联>示范工程有四个微电网，与配电网>任何一个负荷点都有三种供电形式(仅为示范，直流设备未全容量配置)>任何分布式能源(储能)都有3种消纳方式>系统的韧性与极限生存能力大幅提升天十院主规划路传统10kV环网建筑光储直柔道建筑光储直柔多端口层级互属储能A行入口高压试验大厅传统10kV环网地人口划路规直流配电计量中心直流配电环网柜环网柜建筑光10KV馈线互联电科院实验楼配电间环网柜配电间传统交流配网区传统交流配网区环网柜高压大厅配电间高压大厅配电间背靠背变搀器低压充电站光伏直流负荷MMC2*1000kVA台区低压台区低压台区氢储能光伏直流负荷负荷负荷低压台区4端口变换器$低压台区BIPV2充电站光伏直流负荷储能服务楼建筑光储直柔微电网MMCMMCMMC负荷负荷充换电站光储充一体化微电网园区交直流互联区单单元式承载载区日目四新型电力系统下配网结构演变新型电力系统下配网结构演变新型网架在城市园区的应用探索新型网架在城市园区的应用探索21断裂的乡村断裂的乡村口县域配电设备长期/大范围轻载与短期/局部重过载矛盾突出断裂的乡村>以南网为例，县域农村配电网断裂的乡村LaEspanav>区域电网日尖峰负荷持续时间LaEspanaviajeporunpaisquenuncaiajeporunpaisquenuncafue传统按峰值负荷的配网设计建设模式难以支撑配电网的高质量可持续发展如：贵州某办公台区变：配电变压器的年最大负荷357.3kW、最小负荷0.5kW(年平均负荷34.42kW)网架薄弱、供电线路长(供电半径超的台区比比皆是，甚至超2km),电能质量网架薄弱、供电线路长(供电半径超的台区比比皆是，甚至超2km),电能质量高比例新能源接入(部分10kV线路存在多个超过35个以上的电源点),多电能质量问题并发：高电压频发，电器烧毁严重；同时存在高压越限和低压越限；;>电压曲线(高压越限与低压越限同时存在)砌删--功率曲线(存在严重反向潮流)>>——>线损严重；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变压器穿鱼：50kVA03-26.06:3003-2616:45>>三相不平衡问题突出四、乡村应用——六盘水羊场乡新型电力系统示范区六盘水羊场乡纳木村是国家美丽乡村、省级文明示范村、中国少数民族特色村寨，少数民族占全村人口的2/3,全村共有3520人。该村全年光照资源丰富，主产稻谷、蔬菜、玉米等农作物，并开展了屋顶分布式光伏发电项目，每户村民都拥有了自己的“绿色电站”。随着国家“双碳”目标的提出，纳木村分布式光伏并网容量增长较快，拟通过分布式智能电网示范区建设，支撑乡村绿色可靠用电，服务国家“乡村振兴”战略。纳木村关庄新村台区负荷以户用负荷为主，台区变压器容量315kVA,用电居民72户(光伏用户68户)用户光伏容量278kWp;桥孔1号台区负荷以工业负荷为主，台区变压器容量50kVA,用电居民28户(光伏用户10户)用户光伏容量光伏车棚的光伏板57块，其光伏容量30kWp。1、微电网+构网型储能+充电桩系统导数字李生运行监控辅助服务经济分析规划投资系统管理伏伏桥孔1号台区充电桩充电桩23264678平桥孔88里四四、乡村应用-六盘水羊场乡新型电力系统示范区低压柔性互联方案一：利用原有线路低压柔性互联方案一：利用原有线路串联入网方案二：同杆架设低压直流CCSG2020.AllRightsReserved方案三：终端闭环互补互济模式方案三：终端闭环互补互济模式方案四：台区闭环互补互济模式方案四：台区闭环互补互济模式nnnB●N柔性整流升压柔性AC/DC整流主机750V直流输电±375V长距离供电线路逆变稳压柔性DC/AC逆变从机AC220VAC220VDC/ACDC/AC适用：末端用户相对集中，线路无分支的场景。DC±375VDC±375VadcN变压器侧adcN变压器侧低电压用户低电压用户低电压治理750V直流输电750V直流输电±375V逆变稳压柔性DC/ACAC/DC整流主机逆变从机适用：线路有分支，负荷重的场景。柔性DC/AC接入AC380V末端低电压用户光伏消纳适用：供电可靠性差，低电压问题突出，终端接近的场四、乡村应用——六盘水羊场乡新型电力系统示范区在纳木村关庄新村台区首端、末端分别安装并联装置(2*100kVA),通过±375V直流线相连。>在纳木村关庄新村台区首端、末端分别安装并联装置(2*100kVA),通过±375V直流线相连。>因用电负荷大而引发的台区末端低电压问题因光伏接入引起的末端高电压问题。>客户侧三相不平衡问题。>提升分布式电源接纳能力在羊场纳木村关庄新村台区(315kVA)和桥孔1号台区(50kVA),分别安装柔性互济装置>低压配电台区正常运行时的动态增容变压器负载率平衡，改善过载问题>光伏功率的转移，提升分布式电源接纳能力互联互济优化能量传输路径。四、乡村应用——六盘水羊场乡新型电力系统示范区15%以上的时间15%以下的时间改造前台区电流三相不平衡度改造后台区电流三相不平衡度正常电压250.正常电压250.2023.1.19-1.25台区电压合格率2022.1.19-1.25台区电压合格率2023.1.19-1.25台区电压合格率羊场示范区网络拓扑使用并联和互济的网架结构来改善电压问题。对一天内所有用户电压进行统计计算合格率，羊场示范区网络拓扑使用并联和互济的网架结构来改善电压问题。对一天内所有用户电压进行统计计算合格率，改造前关庄新村电压合格率仅为28.68%,大部分时段电压处于越上限状态甚至超过1.1p.u.,台区整体电压问题严重；改造后电压合格率达到100%,电压质量高，供电可靠性得到大幅提升。V7865充电槛关庄新村台区光伏车枥LV435方案内容方案内容工费用(不同的现场存在差距)现场影响)费用(万元)地市单位推广数量(套)六盘水9铜仁3遵义2毕节凯里1都匀1新型电力网架成果解决低电压问题，可以提高示范区分布式光伏消纳能力，让台区电压稳定在198V-220V;同时可以利用现有电力线路进行同杆架设，不需要额外的征地、分割台区和架设专线等，大大节省了配电网建设改造的投资成本，为乡村振兴的全面深化提供坚强稳固的电力保障。四、乡村应用——六盘水羊场乡新型电力系统示范区分布式光伏+储能功率曲线功率曲线柏有功0选取示范区的典型日功率曲线，白天返送部分电量约150kWh(图中红框所示),夜间使用电量约110kWh(图中蓝框所示),因此区域用电全部为光伏所发出的绿电。因此，示范区基本实现完全的绿电供应，区域