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特变电工新能源黄浪:新型电力系统与储能的电力电子化解决方案探索与实践

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国储能网 发布时间:2021-06-02 浏览:次
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中国储能网讯:5月24-26日,由中国化学与物理电源行业协会主办,200余家机构共同支持的第十一届中国国际储能大会在杭州洲际酒店召开。本次大会主题是“坚守储能安全底线,推动产业创新发展”。

在5月24日下午的“新型电力系统与储能整体解决方案”专场,特变电工西安电气科技有限公司微电网产品线总经理黄浪分享了主题报告《新型电力系统与储能的电力电子化解决方案探索与实践》。经演讲人本人授权同意,小编整理了演讲速记,并将速记内容分享如下:

黄浪:各位专家、各位领导,大家下午好!非常荣幸代表特变电工新能源在储能大会上汇报新型电力系统与储能的电力电子化解决方案,也是传承特变电工70多年的输变电研发制造的经验,电力电子化也是特变电工在面对“双碳”目标下新型电力系统的创新和自我革命。

我的汇报分为四部分:第一,以新能源为主体的新型电力系统;第二,1500V大容量储能系统解决方案;第三,基于固态变压器的新型配用电解决方案;第四,新型电力系统展望与探索。

第一部分,以新能源为主体的新型电力系统。

新型电力系统,大家比较熟悉的就是“双碳”目标的提出,这个目标的提出对大家有什么影响呢?对我们来说,新能源好像挺火的,从数字上来说,就是2030年非化石能源从2020年的15.4%达到25%,风能、太阳能总装机从2020年底的4.6亿千瓦达到12亿千瓦以上。

这是关于“3060”目标下的电力系统结构分析,其中一个是2030年中国中部地区某电力接收省典型日平衡模拟,可以看到在典型场景下,蓝色的线可以看到发电和用电不匹配的部分,那么也就是说,“3060”目标下瞬时平衡的电力系统对可调节的灵活性资源需求大幅增加。

习总书记提出构建以新能源为主体的新型电力系统,在这样的情况下,采用柔直、固态变压器、微网与储能等解决方案是提高电力系统灵活性的近中期有效手段。基于这个分析,我们意识到未来的电力系统,可能第一大特征是电力电子化,也就是说,新型电力系统中发、输、配、用将全面呈现电力电子化,电力电子装备空间巨大。

特变电工成立了能源互联网与电力电子实验室,2013年被美国UL授予见证测试程序证书,2017年通过中国合格评定国家认可委员会认可,具备国际领先的电力电子等产品的技术开发及全性能测试能力,这个实验室服务于全球70多个国家和地区输变电和新能源。

第二部分,1500V大容量储能系统解决方案。

电力系统储能价值本质是以更经济的方式从不同时空尺度促进源荷平衡。它有不同的应用场景、不同的时间尺度,并且有不同的功能,不同的功能有不同的运行方式,不同的运行方式就有不同的盈利点,不同的盈利点就有不同的商业方式。这导致储能不仅仅是说追求简单的成本最低,更多是看怎么样的储能系统管理技术能发挥储能的价值,在它的市场上去发挥它的价值,这是储能的核心。

储能变流器作为电网与电池系统间能量交互核心装置,是储能系统的核心装置。在这样的情况下,我们研发了这样一个多功能的变流器,它具有多功能、友好性、高性价比。在多功能方面,采用虚拟同步机实现惯量支撑、一次调频调压、二次调频调压和调峰等功能,具备无功补偿能力,支持光储一体化接入。在友好性方面,采用交流侧双电流采样,引入虚拟阻抗控制算法,柔性并网,并网THD降低0.5%。在高性价比方面,单机功率1500kW,业界单机超大容量,系统配置更优,单瓦成本降低10%,系统度电成本降低3.2%。

电池系统有高可靠性、高效率、高循环次数电池以及三级BMS系统构成,三级BMS分别对应电池模块、电池簇和电池集装箱。同时,充分考虑产品全生命周期中的应用情况,精心设计各个环节,保证系统可靠性,通过各个关键部件的优化设计,保证系统高效、可靠、稳定。结构、热、消防联合设计,迭代优化,保证储能集装箱的高安全性。模块化、定制化能量管理系统,满足不同客户的需求。

这是我们在用户侧的一些典型案例,也是在做不同场景的探索,我不再赘述了。

这是微网的储能电站,是我们认为工业企业或者产业园去实现碳达峰的解决方案,我们是光储充这样的微网,实现了年均度电成本降低0.18元,可再生能源发电占比33%,年均年少碳排放量223万千克,电费节约占比26.6%。

这是我们特变电工取得的荣誉。

第三部分,基于固态变压器的新型配用电解决方案。

我们做了这样的固态变压器,以先进电能变换装置为核心,集成了现代通信技术、电力电子变换技术、现代控制技术以及人工智能等技术,实现局域电网的电能智能路由、分布式能源的高效利用的一二次融合电力设备,本质是电力电子变换器+中高频变压器电力电子积木。多端口、多级联、多流向、多形态的固态变压器是新型配用电系统的核心设备。

目前,固态变压器主要是基于模块化拓扑结构的智能冗余技术、碳化硅器件的低损耗、高功率密度设计技术、集群在线效率寻优技术以及全景感知、精准预知、精准控制的模块化人工智能路由技术。

我们针对不同场景对固态变压器做推广,在能源互联网及交直流混合配网、微网领域可以作为电能路由器,在边缘式数据中心电源和大数据中心供配电领域可以作为固态电源,在新型配电网领域,可以作为柔性合环装置。

场景一,交直流混合微网解决方案。网源荷储由电能路由器统一接入,效率高,并离网无缝切换,稳定可靠。采用电能路由器替代传统变压器、逆变器、储能变流器、网关接口柜、中央控制器,高度集成了一、二次设备。产品的特点是高效率、高可靠、高集成度、集群智能优化,并且能够降能耗、降施工周期、降初始投资、提升IRR。应用场景主要是工商业园区、校园、绿色小镇、电动汽车充电站、数据中心等。

场景二,分散式数据中心电源方案。它具有本质可靠、简约高效、智能优质、工厂预制等特点。

场景三,大数据中心电源方案。传统的UPS、HVDC等,本质都是用低压变流器+传统变压器的方式,如果采用固态变压器的话,就可以替代传统变压器和各种低压变流器,提高整个系统的运行效率。

场景四,新型配电柔性合环方案。可以看到,在正常状态,它可以实现互联调控优化,提升分布式能源消纳,而且可以实现电能质量隔离和主动治理,并且惯量和阻抗的模拟,更加稳定。在故障状态下,可以快速隔离,自动切换,避免供电中断,避免合环冲击。故障时维持负荷正常可靠供电,故障排除后恢复重组。

(图示)这是我们的典型案例与实践。

第四部分,以新能源为主体的新型电力系统展望与探索。

第一,信息物理融合。采用数字化技术实现新型电力系统下的微网、虚拟电厂、能源互联网等信息物理融合系统能有效抵御熵增。

第二,多能互补、供需协同。通过多能互补、供需协同是解决新能源强随机、高波动、低惯性问题的经济方案。

第三,交直流混合。因为有大量的电力电子设备嵌入这个系统,柔直和电能路由器技术终结了交直流之争,未来将是交直流混合能源系统。

第四,电网群集嵌套。要实现它的大量接入需要提高它的灵活性。

特变电工结合柔性输配电技术,探索嵌套式的区域级源网荷储一体化技术和方法,为高耗能产业基地及高资源禀赋新能源基地提供以新能源为主体新型电力系统解决方案。

以上是我的汇报,谢谢!

关键字:新型电力系统储能

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