分布式光伏与台区友好互动 配网运行更安全

　　“双碳”背景下，能源结构加速转型，分布式光伏迎来新一轮快速发展，也给配电网安全稳定运行带来新的挑战。在福建省石狮市永宁镇沙堤村，福建电科院试点建设应用了基于电力电子变压器的能量路由系统，实现配电网多元负荷平衡调控与协同互动。

　　“当前系统正向功率12千瓦，功率模组正处于同步传输模式，符合系统预设工作模式。”5月8日，在福建省石狮市永宁镇沙堤村，石狮市供电公司运维人员检查了基于电力电子变压器的能量路由系统运行状态。该系统为有源配电网的运行管控提供了新手段。

　　随着分布式光伏规模化发展，配电网从“无源”向“有源”转变，功率从单向流动向双向流动转变。传统的配电变压器无法满足电压频繁波动状态下的调压需求。国网福建省电力有限公司电力科学研究院创新提出基于电力电子变压器的能量路由系统方案，提升了配电网消纳分布式光伏发电量的能力，实现了有源台区自治、源网荷协同互动、电能质量主动管理等。

　　近年来，福建分布式光伏项目建设保持快速增长态势，截至4月底，福建光伏发电装机容量达442万千瓦，预计2025年达到900万千瓦。目前，泉州市光伏发电装机容量全省第一，达95万千瓦。

　　沙堤村太阳能资源丰富，年利用小时数超过1300小时。截至4月底，沙堤村整村屋顶分布式光伏并网容量达1336千瓦。该村共有公用配电变压器17台，总容量8480千伏安，多个台区光伏装机渗透率已超过70%，存在光伏发电电量倒送等问题，影响配电网安全稳定运行。

　　“我们通常通过配电网增容改造来解决这一问题，但该方案在设备占地面积、投资规模、功率控制等方面不具备优越性，而且还有三相不平衡、电压双向越限等电能质量方面的问题需要解决。”福建电科院高供电可靠性配电技术攻关团队核心成员范元亮介绍。

　　为解决这些问题，2021年，攻关团队开始研究低压柔直互联微电网：多个台区通过低压柔性直流互联技术互联，构建台区组微电网，实现多台区分布式资源灵活互动和协同运行。但是这一方案主要适用于负荷具有互补特性的场景，当电网中含极高比例分布式光伏时，难以满足配电网高可靠运行要求。

　　“和低压柔直互联微电网相比，能量路由系统可以实现交直流、多电压等级的电能变换，运行调控模式更多，可进一步提升配电网运行的灵活性和可靠性，提高微电网和配电网间的协同能力。但相关技术对系统的安全边界、运行控制、动态承载能力等提出更高要求，面临的运行工况更加复杂。”范元亮说。自2022年起，他带领团队研究基于电力电子变压器的能量路由技术，并在沙堤村建设示范工程。

　　攻关团队多次到现场调研，与一线技术人员深入交流，了解分布式光伏项目并网的影响以及低压柔直互联微电网在运行中易出现的问题，总结分析地区分布式光伏发电特性。

　　能量路由系统可以构建单元级的能源互联网，通过信息交互实现单元内部的能量管理和调度、微电网和配电网间的协同、设备及台区用电状态监测，实现能量高效分配和友好交互。

　　“电力电子变压器是能量路由系统的主要功率变换设备。而电力电子变压器控制策略是决定其工作性能的关键因素，采用合理的控制策略才能保证能量路由系统正常运转。光伏发电受天气影响大，发电功率变化快。而传统的电力电子变压器控制策略较少考虑暂态问题，我们需要改变控制策略，进行暂态特性分析和功率控制模式切换调试。”攻关团队成员陈伟铭说。

　　沿着这一思路，攻关团队提出了基于“级联H桥”及“基于高频隔离变压器的双有源桥”拓扑结构的暂态功率自适应控制策略。一开始，团队成员受限于传统控制方法框架，设计出来的控制策略存在稳态误差大、运行损耗高等问题。经过反复的优化调整，他们提出了一种基于广义二阶积分器的锁相方法和暂态功率平滑切换控制技术方案，减小了稳态误差，降低了运行损耗。

　　今年3月22日，攻关团队开展了基于电力电子变压器的能量路由系统测试工作。“请检查电压、电流和频率是不是已在预设范围内。”“再检查下功率驱动信号、通信通道和工作模式有没有问题。”各项工作准备就绪后，范元亮按下了系统启动按钮。测试结果显示该系统运行情况良好，达到设计目标。

　　福建电科院联合泉州供电公司、石狮市供电公司推动基于电力电子变压器的能量路由技术应用于有源配电网。经过理论验证、系统设计、全工况模拟测试等一系列流程，4月28日，能量路由系统在沙堤村正式投入运行。在此基础上，基于中压直挂电力电子变压器的新型交直流混合微电网建成。

　　能量路由系统由一套10千伏/630千伏安电力电子变压器、2套250千伏安柔性互济装置组成，实现了10千伏交流、380伏交流、750伏直流的安全、可靠、智能及高效转换。该系统融合先进信息技术和电能变换技术，以直流的方式将多个台区相连，提高了分布式电能利用和调控能力、源网荷协同优化运行水平。

　　能量路由系统具备较强的边缘计算和能量调控功能，可接入光伏发电设备、新能源汽车充电桩和直流配电网系统等，结合台区智能融合终端实现能效诊断、智能调控、需求响应、用能监测、智能运维、多台区能量互补等功能。目前，依托能量路由系统建设工作，攻关团队已申请4项国家发明专利授权。

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