2024年9月27-28日，“碳足迹国际标准及低压直流系统创新发展大会”于中国国际工业博览会期间在上海顺利召开，华北电力大学教授、博士生导师张建华就《基于柔直互联的交直流混联配电网》作了精彩演讲，张教授基于目前的电网现状及未来的发展趋势，遵循循序渐进的思路，提出了一套解决"存量"和"增量"的系统性思路。这种方法论不仅对我国积极实施双碳战略有很好的参考作用，同时也对不同地区，不同国情的国家和地区提供了分类解决思路，对国际社会采用低压直流提供了更多的选项和选项组合。在全球碳中和目标引领下，随着直流器件价格不断降低和性能持续提高，直流系统正日益成为新型电力系统的关键技术支撑。尤其在大量分布式光伏接入配电网的当下，如何高效消纳分布式光伏并保障电网稳定运行，成为亟待解决的重要问题。此次将碳足迹与直流放在一起探讨，具有重大现实意义。我国新能源发展迅猛，从过去的10到15年，风、电、光伏总的装机增长150倍，发电量也大幅增长。分布式光伏装机容量同样快速攀升，如仅山东省在2023年分布式光伏接近5000万千瓦，户用光伏加入后更是接近6000万千瓦。同时，电力电量需求持续增长，预计到2030年人均电量达7500度，2050年人均超过1万度。到2050年，新能源电量占比将近一半，发电装机会占到2/3以上。张教授指出，我国配电网与发达国家相比，在供电可靠性方面仍存在差距。发达国家平均供电可靠率可达99.9996%以上，而我国平均供电可靠率在99.9400%左右，平均停电时间约5小时，在配电网结构、管理、电缆化率和配电自动化率等方面仍有很大提升空间。此外，随着敏感性负荷接入，电能质量问题日益突出，80%的电能质量投诉为电压暂降问题。同时，配电网还面临负荷尖峰化、峰谷差加大等问题，导致电力系统两端调节需求加大。而电力电子化趋势加速、储能发展以及市场机制下源网荷互动需求，成为直流系统发展的强大推动力。新型电力器件性能提升和柔性直流输电技术发展，使得高比例分布式光伏需接入大量电力电子器件，企业也有大量电力电子负荷需求，负荷以直流方式进入系统，推动了电力电子化趋势。储能作为支撑新型电力系统的重要手段，我国非抽水蓄能储能容量预计在2030年后与抽水蓄能相当，之后将大大超过抽水蓄能。市场机制下，源网荷储互动协调可实现能源高效利用和配置，提高新能源消纳水平，加强电网柔性控制能力，直流系统在此过程中发挥重要作用。基于柔性直流的交直流混合配电网具有诸多优势。大量分布式光伏接入配电网带来潮流双向流动、过电压、潮流倒送等问题，而柔性直流具有有功和无功独立控制调节的优势，可在多个台区之间实现柔性互连互济，提高分布式光伏消纳能力，均衡潮流和变压器负载率，限制电压越限和功率倒送问题。构网型柔性互联系统可实现台区之间功率互进，在瞬时故障时为交流配电网提供支撑，具有虚拟储能能力，提高城市配电系统可靠性和灵活性。直流互联系统有四个主要研究方向：机理建模、能量动态互济策略、构网型控制技术、故障程序控制。在高比例光伏接入情况下，交直流混联配电网在安全运行方面面临设备级、区域级、系统级的问题，需要进行稳定分析建模、抑制变流器震荡、协调多个变流器、构建分布式光伏功率预测软件等措施来解决。在实际应用中，山东、山西、南京、河北以及中海油等地的多个案例充分展示了交直流混联配电网的巨大潜力。这些案例在提高光伏消纳能力、增加光伏用户效益、减少电网建设投资和过电压改造投资、提高供电可靠性和运营效率、实现100%新能源消纳等方面取得了显著成效。
张教授最后指出，交直流混联配电网在需求响应方面也发挥着重要作用。通过分布式光伏精准预测支撑需求响应效果，解决了传统电源调节能力饱和、源荷分布不平衡的矛盾。因此基于柔性互联的交直流混联配电网为绿色低碳、友好互动、柔性可控、清洁高效的电力系统运行提供了重要解决方案，未来有望在新型电力系统建设中发挥更大的作用。
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