雙碳目標(biāo)下的配電側(cè)新型電力系統(tǒng)的探索與實踐 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能源消費產(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)能源消費比重終端能源電氣化革命革命終端用能用戶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年分布式儲微電網(wǎng)終端用能用戶車終端用能用戶2060間歇性波動性隨機性分布式能源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性一、背景——配網(wǎng)存在的問題據(jù)國家能源局統(tǒng)計，自2024年以來在廣東、河南、黑龍江等8個省超過問題一：配電網(wǎng)末端弱結(jié)構(gòu)掣肘了新型源荷承載能力凈負荷3月31日時間(天)22潛在的電能過剩潛在的電能過剩性能持續(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%的可靠性最終實現(xiàn)園區(qū)新型電力系統(tǒng)99+1的高可靠性和韌性提進一四五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首個五端柔性互聯(lián)配電網(wǎng)示范工程(貴州貴陽2018)線路線路線路1MMC#3MMC#2MMC#3MMC#2MMC#4MMC#4C500kVA)(500kW)風(fēng)機直流微風(fēng)機±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二、融合思路-蜂巢配電網(wǎng)不同的未來配電網(wǎng)形態(tài)方案：低壓直流儲能微網(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)通信上級電網(wǎng)網(wǎng)架O上級電網(wǎng)網(wǎng)架O功率聯(lián)絡(luò)點配網(wǎng)側(cè)新型電力系統(tǒng)組成風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)儲能系統(tǒng)風(fēng)機超級電容磷酸鐵鋰雙蓄用戶側(cè)發(fā)電并網(wǎng)用電充電不確定性柔性關(guān)鍵節(jié)點充電站交流負荷G同級直流負載儲能電站光伏電站△直流重要用戶配網(wǎng)電網(wǎng)成為能故能源互聯(lián)網(wǎng)平臺光伏發(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+源網(wǎng)荷儲充協(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)濟高效、供需協(xié)同、柔性靈活CCSG2020.AllRightsReserved屋頂光伏分布式風(fēng)機園區(qū)負載電動汽車生物生物質(zhì)能氯能_負荷3分式光伏單元式承載——微能網(wǎng)交流接口超級電容磷酸鐵鋰A棟通訊度交流負荷RLC可編程負載DcR可編程負載直流負線中國南方電網(wǎng)中國南方電網(wǎng)交流接口交流接口風(fēng)機鹽風(fēng)機鹽發(fā)發(fā)風(fēng)電3.分堿燃微能網(wǎng)光儲直柔建筑1光儲直柔建筑2風(fēng)機風(fēng)機光伏光伏配電側(cè)新型電力系統(tǒng)的演變—變電站級變電站級變電站1饋線3饋線級臺區(qū)互聯(lián)臺區(qū)互聯(lián)△變電站互聯(lián)變電站210kV饋線2層級互聯(lián)臺區(qū)內(nèi)互聯(lián)饋線互聯(lián)臺區(qū)內(nèi)臺區(qū)級多層次網(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)源荷儲充協(xié)同與多能互補5、配電與電網(wǎng)深度互補6、用戶與電網(wǎng)友好互動CCSG2020.AllRightsRes一川四——園區(qū)新型電力系統(tǒng)——氫儲能貴州電力科創(chuàng)園源網(wǎng)荷儲充規(guī)劃氫儲能微電網(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(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、地下停車場充電樁線纜三、城市應(yīng)用——園區(qū)新型電力系統(tǒng)線纜匯流箱380V,ACDC380V,AC樓背靠背實驗樓4層茶水間實驗樓4層備用實驗室單個房間示意圖單個房間示意圖照明插座48V適配器戶用配電箱戶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科研樓光儲直柔硬件裝置示意圖匯流箱多層次項目提供多層次項目提供電臺區(qū)DCDC設(shè)備間1DCDCDCAC科研樓4樓學(xué)術(shù)活動室科研樓6樓研討室科研樓7樓學(xué)術(shù)活動室科研樓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)單個房間示意圖單個房間示意圖照明插座48V適配器照明插座戶用配電箱直流戶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臺路器塑殼斷路器塑殼斷路器8臺塑殼斷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，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，實現(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)儲能系統(tǒng)IfIf電動汽車充電系統(tǒng)微網(wǎng)控制器逆變器儲能變流器儲能變流器交流負載交流負載直流快充樁交流負載交流負載三、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)—多端口交直流層級互聯(lián)>示范工程有四個微電網(wǎng)，與配電網(wǎng)>任何一個負荷點都有三種供電形式(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)建筑光儲直柔道建筑光儲直柔多端口層級互屬儲能A行入口高壓試驗大廳傳統(tǒng)10kV環(huán)網(wǎng)地人口劃路規(guī)直流配電計量中心直流配電環(huán)網(wǎng)柜環(huán)網(wǎng)柜建筑光10KV饋線互聯(lián)電科院實驗樓配電間環(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荷MMC2*1000kVA臺區(qū)低壓臺區(qū)低壓臺區(qū)氫儲能光伏直流負荷負荷負荷低壓臺區(qū)4端口變換器$低壓臺區(qū)BIPV2充電站光伏直流負荷儲能服務(wù)樓建筑光儲直柔微電網(wǎng)MMCMMCMMC負荷負荷充換電站光儲充一體化微電網(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)備長期/大范圍輕載與短期/局部重過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)日尖峰負荷持續(xù)時間LaEspanaviajeporunpaisquenuncaiajeporunpaisquenuncafue傳統(tǒng)按峰值負荷的配網(wǎng)設(shè)計建設(shè)模式難以支撐配電網(wǎng)的高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展如：貴州某辦公臺區(qū)變：配電變壓器的年最大負荷357.3kW、最小負荷0.5kW(年平均負荷34.42kW)網(wǎng)架薄弱、供電線路長(供電半徑超的臺區(qū)比比皆是，甚至超2km),電能質(zhì)量網(wǎng)架薄弱、供電線路長(供電半徑超的臺區(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線路存在多個超過35個以上的電源點),多電能質(zhì)量問題并發(fā)：高電壓頻發(fā)，電器燒毀嚴(yán)重；同時存在高壓越限和低壓越限；;>電壓曲線(高壓越限與低壓越限同時存在)砌刪--功率曲線(存在嚴(yán)重反向潮流)>>——>線損嚴(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：50kVA03-26.06:3003-2616:45>>三相不平衡問題突出四、鄉(xiāng)村應(yīng)用——六盤水羊場鄉(xiāng)新型電力系統(tǒng)示范區(qū)六盤水羊場鄉(xiāng)納木村是國家美麗鄉(xiāng)村、省級文明示范村、中國少數(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，并開展了屋頂分布式光伏發(fā)電項目，每戶村民都擁有了自己的“綠色電站”。隨著國家“雙碳”目標(biāo)的提出，納木村分布式光伏并網(wǎng)容量增長較快，擬通過分布式智能電網(wǎng)示范區(qū)建設(shè)，支撐鄉(xiāng)村綠色可靠用電，服務(wù)國家“鄉(xiāng)村振興”戰(zhàn)略。納木村關(guān)莊新村臺區(qū)負荷以戶用負荷為主，臺區(qū)變壓器容量315kVA,用電居民72戶(光伏用戶68戶)用戶光伏容量278kWp;橋孔1號臺區(qū)負荷以工業(yè)負荷為主，臺區(qū)變壓器容量50kVA,用電居民28戶(光伏用戶10戶)用戶光伏容量光伏車棚的光伏板57塊，其光伏容量30kWp。1、微電網(wǎng)+構(gòu)網(wǎng)型儲能+充電樁系統(tǒng)導(dǎo)數(shù)字李生運行監(jiān)控輔助服務(wù)經(jīng)濟分析規(guī)劃投資系統(tǒng)管理伏伏橋孔1號臺區(qū)充電樁充電樁23264678平橋孔88里四四、鄉(xiāng)村應(yīng)用-六盤水羊場鄉(xiāng)新型電力系統(tǒng)示范區(qū)低壓柔性互聯(lián)方案一：利用原有線路低壓柔性互聯(lián)方案一：利用原有線路串聯(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)互補互濟模式方案三：終端閉環(huán)互補互濟模式方案四：臺區(qū)閉環(huán)互補互濟模式方案四：臺區(qū)閉環(huán)互補互濟模式nnnB●N柔性整流升壓柔性AC/DC整流主機750V直流輸電±375V長距離供電線路逆變穩(wěn)壓柔性DC/AC逆變從機AC220VAC220VDC/ACDC/AC適用：末端用戶相對集中，線路無分支的場景。DC±375VDC±375VadcN變壓器側(cè)adcN變壓器側(cè)低電壓用戶低電壓用戶低電壓治理750V直流輸電750V直流輸電±375V逆變穩(wěn)壓柔性DC/ACAC/DC整流主機逆變從機適用：線路有分支，負荷重的場景。柔性DC/AC接入AC380V末端低電壓用戶光伏消納適用：供電可靠性差，低電壓問題突出，終端接近的場四、鄉(xiāng)村應(yīng)用——六盤水羊場鄉(xiāng)新型電力系統(tǒng)示范區(qū)在納木村關(guān)莊新村臺區(qū)首端、末端分別安裝并聯(lián)裝置(2*100kVA),通過±375V直流線相連。>在納木村關(guān)莊新村臺區(qū)首端、末端分別安裝并聯(lián)裝置(2*100kVA),通過±375V直流線相連。>因用電負荷大而引發(fā)的臺區(qū)末端低電壓問題因光伏接入引起的末端高電壓問題。>客戶側(cè)三相不平衡問題。>提升分布式電源接納能力在羊場納木村關(guān)莊新村臺區(qū)(315kVA)和橋孔1號臺區(qū)(50kVA),分別安裝柔性互濟裝置>低壓配電臺區(qū)正常運行時的動態(tài)增容變壓器負載率平衡，改善過載問題>光伏功率的轉(zhuǎn)移，提升分布式電源接納能力互聯(lián)互濟優(yōu)化能量傳輸路徑。四、鄉(xiāng)村應(yīng)用——六盤水羊場鄉(xiāng)新型電力系統(tǒng)示范區(qū)15%以上的時間15%以下的時間改造前臺區(qū)電流三相不平衡度改造后臺區(qū)電流三相不平衡度正常電壓250.正常電壓250.2023.1.19-1.25臺區(qū)電壓合格率2022.1.19-1.25臺區(qū)電壓合格率2023.1.19-1.25臺區(qū)電壓合格率羊場示范區(qū)網(wǎng)絡(luò)拓撲使用并聯(lián)和互濟的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)來改善電壓問題。對一天內(nèi)所有用戶電壓進行統(tǒng)計計算合格率，羊場示范區(qū)網(wǎng)絡(luò)拓撲使用并聯(lián)和互濟的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)來改善電壓問題。對一天內(nèi)所有用戶電壓進行統(tǒng)計計算合格率，改造前關(guān)莊新村電壓合格率僅為28.68%,大部分時段電壓處于越上限狀態(tài)甚至超過1.1p.u.,臺區(qū)整體電壓問題嚴(yán)重；改造后電壓合格率達到100%,電壓質(zhì)量高，供電可靠性得到大幅提升。V7865充電檻關(guān)莊新村臺區(qū)光伏車櫪LV435方案內(nèi)容方案內(nèi)容工費用(不同的現(xiàn)場存在差距)現(xiàn)場影響)費用(萬元)地市單位推廣數(shù)量(套)六盤水9銅仁3遵義2畢節(jié)凱里1都勻1新型電力網(wǎng)架成果解決低電壓問題，可以提高示范區(qū)分布式光伏消納能力，讓臺區(qū)電壓穩(wěn)定在198V-220V;同時可以利用現(xiàn)有電力線路進行同桿架設(shè)，不需要額外的征地、分割臺區(qū)和架設(shè)專線等，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強穩(wěn)固的電力保障。四、鄉(xiāng)村應(yīng)用——六盤水羊場鄉(xiāng)新型電力系統(tǒng)示范區(qū)分布式光伏+儲能功率曲線功率曲線柏有功0選取示范區(qū)的典型日功率曲線，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)基本實現(xiàn)完全的綠電供應(yīng)，區(qū)域