PPT | 新型配电系统经济高效的电力电子化柔性配电解决方案

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核心速览

汇报围绕新型配电系统经济高效的电力电子化柔性配电解决方案展开，分析了配电网在新能源、泛电气化及高品质供电发展中的机遇与挑战，介绍了国内外应用示范现状、研究成果及创新点，并对未来进行了规划与展望。

配电网发展机遇及挑战

• 新能源发展
  ：“双碳”目标驱动下分布式电源快速发展，2021年国家能源局公布的676个县（市、区）整县分布式光伏开发试点地区光伏总规模近170GW。分布式可再生能源接入使配电网面临电压越限、线路过载、新能源消纳能力不足等问题，传统配电网辐射型架构及有限调控能力可能导致用电设备损坏及线路、变压器过载烧毁。
• 泛电气化发展
  ：电动汽车等电气化负荷广泛接入，如电动汽车充电桩并网可能导致变压器因过载被烧毁，传统配电网架构和调控能力难以应对，存在用电设备损坏及线路、变压器过载烧毁的风险。
• 高品质供电发展
  ：自然灾害导致的停电事故数量及影响逐年上升，我国配电网可靠性与国际领先水平存在较大差距，如2020年东京大型城市用户平均停电时间为0.02小时，首尔0.04小时，而国内排名前五的城市深圳为0.21小时、广州0.3小时等，配电网建设、运行、管理水平有待提升。
• 常规解决方案问题
  ：储能装置接入虽有功率平滑和削峰填谷功能，但经济性有待商榷且存在安全隐患；变压器与配电线路增容改造可提高配电能力，但城市输配电走廊增容困难，线路整体改造成本高，亟需更经济、安全、有效的电力调节手段。

新型解决思路及典型应用场景

• 网络化、互联化思路
  ：基于互联网“共享”思想，通过网络化、互联化提升设备综合利用率，以提高配电网高效可靠供电、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机械式联络开关，灵活、快速、精确控制网络间潮流，实现区域配电网间常态化“软连接”，构成柔性网络化系统。
• 典型应用场景
  ：新型源-荷-储高密度接入场景可实现多端互联互济、配网合环运行，优化系统潮流、缓解馈线堵塞，促进分布式能源、新型用电负荷与储能友好接入；柔性配电故障自愈场景能在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，提升配电网韧性；能源互联网核心纽带场景中，配电网络化互联化为绿色智慧城市能源系统提供电气枢纽通道，成为联结多种能源、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，如天津北辰柔性多状态开关工程、广州佛山智能配电柔性多状态开关工程等，但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，阻碍了进一步推广。

研究成果及创新点

• 多端口潮流调控原理
  ：现有示范装备通过多个全功率电力变换器耦合成多端口柔性互联装备，存在成本高、运行损耗大、占地面积广的问题；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，并提出无工频变压器设计，以降低成本和体积。
• 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。
• 装备拓扑及应用拓展
  ：针对新型配电网应用，可灵活扩展多中压交流端口、中压直流端口、低压直流端口及内嵌储能等，实现分布式能源、储能与新型负荷的高比例接入。
• 多端口潮流调控应用
  ：中压交流柔性互联可实现多条馈线间潮流柔性调控及无功支撑，改善电能质量；区域配电网“储能共享”通过子模块直流侧增加电池单元构成链式电池储能高压直挂功率变换系统，实现储能电池分割管控及多网间功率互济与储能共享；低压多端联合供给具备多个中压交流与低压直流端口，灵活调节功率交互，实现低压用户多端联合供给；中压直流多端馈入具有多个中压交流与直流端口，实现潮流调控，适用于交直流混合配电网。

规划与展望

• 未来愿景
  ：构建以灵活、可控的柔性互联化配电系统为纽带的城市智慧能源体系，实现电、热、气等多种能源网络通道互联互通及综合优化调控，形成多元融合、多态混合、区域自治的基于多端柔性互联的蜂窝状多环配网。

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