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技术科普 | 新型电力系统需要怎样的配电网?

发布日期:2024-12-30
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    配电网是电力系统末端的“毛细血管”,直接服务终端用户,承担着服务社会经济发展和改善人民生活水平的重要任务。当前,伴随新型电力系统建设持续深入,我国配用电体系也正步入一场前所未有的变革,需要克服诸多困难。国家发展改革委、国家能源局《关于新形势下配电网高质量发展的指导意见》指出,要适度超前规划建设配电网,持续优化网架结构,加快配电网建设改造和智慧升级,强化源网荷储协同发展。

配电网面临的挑战

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在构建新型电力系统的大背景下,分布式电源、分布式储能与新型负荷的大量接入,使得传统配电系统难以满足新的发展需求,面临的挑战日渐增多。

电力电量平衡问题:源荷不确定性导致峰谷差增大、网损增加、资产利用率降低。大量分布式发电、新型用能、存储和调控装备接入配电网,控制对象扩展到源网荷储的各个环节,控制规模指数级增长,传统放射状网络难以支撑区域内功率的多向流动,供电能力和新能源消纳能力不足日益凸显,发电侧与负荷侧的双重不确定性加剧了配电系统峰谷差问题。

动态稳定问题:电力电子装备规模化接入、微电网大量形成,稳定特性复杂、电能质量恶化。大量弱可控和强不确定性电源替代常规电源,大量电力电子设备代替传统电能转换与传输设备,但低惯性变流设备缺乏对系统惯性支撑,同时使配电系统谐波源呈现高密度、分散化、全网化趋势,影响供电质量。

数据资产管理问题:数据和多业务形态融合、信息安全愈发重要。资产数字化和装备智能化趋势下,新型配电网数据呈现多来源、多模态的特点,多源数据融合成为亟待解决的首要问题。

因此,需要结合新型电力系统的新特征与面临的新挑战,发展能够支撑“双碳”目标实现的新型配电网系统。

新型配电网发展趋势

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面对上述多重挑战,传统配电系统调度方式、运行控制策略、管理手段难以支撑低碳化的新型配电系统建设,同时,受到配用电技术发展、用户需求和政策机制等多元驱动力共同作用,其物理形态、运行形态和产业形态等方面将发生持续而重大的变化。

一是供电多元化。传统交流配电网通常是无源的,即只能从主网一个途径获取电能,而在新型电力系统中,为实现清洁低碳发电,以光伏、风电为代表的分布式新能源发电将得到大力发展,使配电系统中原本界限清晰的供电、用电环节逐渐模糊,负荷不再单纯从电网获取电能

二是用电互动化。新能源汽车逐渐取代传统燃油汽车,大量车辆随时按需充电,将会给配电系统带来巨大的增量负荷,此外,电制冷、电供暖等季节性负荷,进一步加剧了供电的峰谷差,需要需求侧响应技术缓解电力供应紧张,未来以电动车、储能、暖通空调、工商业用户为主体的源网荷储互动以及电力市场将会成为配电系统平衡控制的关键。

三是配电直流化。随着电力电子技术和装备的快速发展,中低压直流配电技术逐渐成熟,为配电网灵活性提供了新手段,不仅能控制线路开通和关断,还能连续调节有功、无功潮流,减少分布式发电与储能装置并入配网的电能变换环节,使配电系统更加安全、高效、绿色。

四是管理智能化。数字化技术的应用将会提升配电设备智能管理水平和电能利用效率,实现配电设备数字化、小型化、集成化,实现减少传统配电设备的占地面积和损耗,支撑配电网的节能降碳。

新型配电网关键技术

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新型配电系统面临管理和技术的革命,涵盖从电工基础材料、装备到配电网调度控制等一系列关键技术可分为分布式电源与微网技术、源荷互动技术、直流配电技术和数字化管理技术。

分布式电源与微网技术的核心是将风力、光伏等新能源发电和储能系统有机融合,构建离、并网型区域微网为负荷供电,并实现微网间的灵活互动、协同运行

源荷互动技术是指新能源发电处理动态变化时,根据系统源荷平衡关系,动态调节可控负荷消耗的电力,基于信息技术、传感技术、控制技术实现配电系统动态平衡的目的。目前,源荷不确定性的潮流预测计算方法,以及配电系统多目标优化调度技术是该领域研究的重点。

直流配电技术可以提升新型配电系统运行的经济性、灵活性、可靠性和电能质量,通过较少的电能变换环节接纳新能源发电装置以及向电动汽车等直流负荷进行供电,减少了电能多级变化带来的损耗和谐波,借助电力电子变流装置柔性可调特性,可实现潮流灵活控制

数字化技术泛指以云计算、大数据、物联网、人工智能、移动互联网等信息通信技术。数字化技术为电力系统处理复杂场景中海量多源异构数据提供了支撑,能够实现新型配电系统中的资产管理、电能质量管理、能源管理等协调控制问题。

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新型配电网的发展需要满足新型电力系统发展的基本要求,即“安全可靠、清洁低碳、经济高效”,随着其关键技术的日渐成熟,新型配电网将演变为各类先进技术广泛应用的创新平台和多种需求互动的服务平台。

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白云电气集团作为电力能源装备制造领域的领军企业,高度重视新型配电网相关装备、技术的研究与应用,探索建设“光储直柔充”新型配电网科研及产业化项目,以电力电子变压器及光储直柔充等一次、二次设备应用为基础,应用光伏发电、系统储能、透明供电、继电保护、能源管理、车网互动等核心技术,构建新型有源配电网调度模式的示范工程,助力工商业及产业园区新型配电网绿色低碳发展。

“双碳”目标下,配电网将不仅仅是电能传输管道,更是能源互联网中的关键节点,其作用和地位将日益凸显。配电网是新型电力系统的组成单元,其发展质量、低碳水平、智能化程度直接影响着新型电力系统建设的水平和质量。