為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)，高比例新能源將源源不斷地接入新型電力系統(tǒng)，這就要求配電網(wǎng)不斷進(jìn)化，變得更加安全可靠、綠色智能、友好互動、經(jīng)濟(jì)高效。數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型之后，一個更好的配電網(wǎng)，到底是什么樣？本報記者與你一起走進(jìn)國網(wǎng)福建省電力有限公司電力科學(xué)研究院，探索新型電力系統(tǒng)配電網(wǎng)最新科技成果。
感知升級，臺區(qū)級電網(wǎng)有了“中樞大腦”
走在福建省福州市長樂區(qū)濱海新城通達(dá)而平坦的道路上，來往車輛川流不息，幢幢高樓勾勒出城市的輪廓，塔吊林立、機(jī)械穿梭，一派欣欣向榮的景象。
長樂濱海新城是以“數(shù)字中國”示范區(qū)為目標(biāo)打造的智慧新城。一個更加“數(shù)字化”的城市，用電負(fù)荷將快速增長，配電網(wǎng)功能和形態(tài)也會發(fā)生顯著變化，對供電安全性、可靠性、適應(yīng)性的要求也越來越高。
“低壓配電網(wǎng)作為供電服務(wù)‘最后一公里’，運(yùn)行管理水平直接影響著用戶的供電質(zhì)量。越來越多的分布式光伏、電動汽車充電樁等接入低壓配電網(wǎng)，加強(qiáng)配網(wǎng)側(cè)數(shù)字與設(shè)備融合、提升設(shè)備智能化水平及電網(wǎng)全息感知能力，成為平衡電力系統(tǒng)、保障電網(wǎng)安全管理的當(dāng)務(wù)之急。”國網(wǎng)福建省電力有限公司電力科學(xué)研究院（以下簡稱“福建電科院”）發(fā)展部技術(shù)策劃管理主辦錢健告訴記者。
在福建福州供電公司，運(yùn)維人員用手機(jī)登錄“臺區(qū)智慧運(yùn)維”APP，不到1分鐘就完成了一條“低壓開關(guān)跳閘”工單接收，隨后工單自動流轉(zhuǎn)到下一個流程，搶修班在接單后第一時間出動，10分鐘后抵達(dá)現(xiàn)場，找到故障開關(guān)位置，及時排除了故障并迅速恢復(fù)供電。
臺區(qū)智能融合終端藏身于各個小區(qū)的配電站房、箱變及柱上變臺的綜合配電箱之中，是臺區(qū)的信息采集和處理核心。相較于原有的老式配變終端，它可以實(shí)現(xiàn)低壓臺區(qū)相關(guān)設(shè)備和用電數(shù)據(jù)共同采集及應(yīng)用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)拓?fù)渥詣幼R別、故障自動研判、配網(wǎng)運(yùn)行方式智能化等多項功能，相當(dāng)于臺區(qū)級高彈性電網(wǎng)的“中樞大腦”。
作為長樂濱海新城臺區(qū)智能融合終端實(shí)用化示范區(qū)建設(shè)的負(fù)責(zé)人，福建電科院互聯(lián)網(wǎng)中心感知技術(shù)研究室主管范元亮告訴記者，項目團(tuán)隊已經(jīng)牽頭研發(fā)了終端側(cè)15類應(yīng)用、物管平臺及配電云主站、移動手機(jī)端APP，建立了臺區(qū)側(cè)營配交互協(xié)同、主站側(cè)云邊協(xié)同、應(yīng)用側(cè)移動作業(yè)的實(shí)用化體系。他們還協(xié)助福州供電公司運(yùn)維人員完成了示范區(qū)內(nèi)228個臺區(qū)智能融合終端的安裝調(diào)試和實(shí)用化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了營配數(shù)據(jù)就地交互、低壓開關(guān)三遙功能、臺區(qū)電能質(zhì)量監(jiān)測、低壓故障就地研判、三相不平衡監(jiān)測與治理、分時分路停送電驗證拓?fù)涞?項場景的應(yīng)用。
“項目建成后，濱海新城核心區(qū)內(nèi)區(qū)域供電可靠率達(dá)99.999%，全年停電時長不超過5分鐘；實(shí)現(xiàn)中低壓全景感知100%覆蓋，推動數(shù)據(jù)向中臺集聚，支撐電網(wǎng)全感知、業(yè)務(wù)全管控、故障全研判、設(shè)備全遙控、運(yùn)行全評價的主配網(wǎng)調(diào)度運(yùn)檢智能化體系。”范元亮介紹。
更加智慧的電網(wǎng)，在不斷地延伸到更多城市。錢健透露，福建電科院已組建了福州長樂濱海數(shù)字孿生電網(wǎng)、寧德環(huán)三都澳儲能多元協(xié)同、泉州分布式光伏、湄洲島新型電力系統(tǒng)建設(shè)、廈門源荷聚合調(diào)控、水口閩江流域多能互補(bǔ)6個項目組，針對泉州南安局部高比例、高滲透分布式光伏接入消納問題，從調(diào)研問題線路、臺區(qū)中選取示范供區(qū)，研究中低壓兩張微電網(wǎng)構(gòu)建運(yùn)行技術(shù)，形成泉州南安區(qū)域高比例分布式光伏高效消納方案。
保護(hù)升級，故障隔離速度提升至毫秒
“現(xiàn)場開關(guān)的三遙信號與主站核對正確，可以開始魏厝線#034與#043開關(guān)相間短路故障試驗！”11月30日，在福建莆田110千伏前沁變10千伏魏厝線，福建電科院數(shù)字化高彈性配電網(wǎng)技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊?wèi)?yīng)用基于RT-LAB的半實(shí)物鏡像仿真平臺，開展了福建省首個基于深度融合配點(diǎn)開關(guān)的彈性配電網(wǎng)故障自愈現(xiàn)場試驗。在兩分鐘內(nèi)，魏厝線成功隔離了故障區(qū)間，恢復(fù)了非故障區(qū)間的供電。“成功了，我們的仿真測試平臺可行!”團(tuán)隊負(fù)責(zé)人張振宇和成員高興地歡呼起來。
“電動汽車、儲能裝置、柔性負(fù)荷的互動協(xié)調(diào)控制等眾多新的需求，將給傳統(tǒng)配電系統(tǒng)帶來巨大挑戰(zhàn)。”張振宇告訴記者，目前，發(fā)展快速有效的仿真技術(shù)和平臺，可對分布式電源規(guī)?；尤肱潆娋W(wǎng)的各種故障進(jìn)行反演與分析，成為了他們當(dāng)前迫切而意義重大的研究課題。
今年11月，張振宇和團(tuán)隊成員聯(lián)合福建莆田供電公司，開展了彈性配電網(wǎng)建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)踐，以新一代10千伏中壓配網(wǎng)深度融合柱上斷路器作為感知與保護(hù)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜故障精準(zhǔn)研判、就地隔離、網(wǎng)絡(luò)自動重構(gòu)與快速自愈。同時，他們還搭建了10千伏魏厝線數(shù)字鏡像仿真線路，利用RT-LAB半實(shí)物鏡像仿真平臺作為仿真線路與實(shí)際設(shè)備的數(shù)據(jù)交換平臺，將4臺一二次深度融合柱上斷路器融入仿真線路，模擬短路、接地和斷線后電源側(cè)/負(fù)荷側(cè)接地等故障，解決了此類故障試驗難以在實(shí)際線路中開展的問題，并還原了真實(shí)的配電網(wǎng)典型故障場景。
“‘半實(shí)物鏡像仿真平臺’就像鏡面一樣，孿生出一個真實(shí)的10千伏配電線路，可以在任意位置制造短路、斷線及接地等典型故障，方便技術(shù)人員測試驗證一二次融合成套配電開關(guān)的故障研判及配電自動化主站饋線自動化策略的準(zhǔn)確性。”張振宇介紹。
10千伏中壓配網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了故障自愈，110千伏線路也應(yīng)用上了新型差動保護(hù)技術(shù)。今年，福建省內(nèi)首個實(shí)現(xiàn)5G配網(wǎng)差動保護(hù)的電力線路——福州長樂10千伏新東湖Ⅰ線正式投入運(yùn)行，線路上任何一點(diǎn)故障均能以毫秒級的速度進(jìn)行隔離。
“電網(wǎng)110千伏及以上線路大部分用上了差動保護(hù)技術(shù)，但大多采用光纖通道，對于點(diǎn)多面廣的配電網(wǎng)線路而言，敷設(shè)光纖存在成本高、通道審批難、施工維護(hù)難、靈活性差、利用率低等問題，而4G及以前的移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)很難滿足差動保護(hù)對通信延時、可靠性和安全性的要求。”福建電科院電力通信技術(shù)研究與監(jiān)督專責(zé)陳錦山一直對5G技術(shù)很感興趣，如何把這項技術(shù)應(yīng)用在配網(wǎng)差動保護(hù)上，成了他這兩年一直研究的課題。
2020年6月，福建電科院與中國移動福建公司、清華大學(xué)、浙江大學(xué)合作成立了能源互聯(lián)網(wǎng)5G技術(shù)創(chuàng)新實(shí)驗室，陳錦山和團(tuán)隊成員充分利用5G通信技術(shù)具有高帶寬、低時延及安全可靠的特點(diǎn)，創(chuàng)新開展了“5G+配網(wǎng)差動保護(hù)”全方位測試研究。通過開展涵蓋終端、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)的全方位測試，他們發(fā)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)空口調(diào)度機(jī)制、被測保護(hù)裝置、CPE設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)切片安全隔離等方面存在不少問題，便針對性地提出了解決方案并督促相關(guān)方進(jìn)行改進(jìn)。
“通過我們不斷地測試和改進(jìn)，5G配網(wǎng)保護(hù)平均通信延時由原來200多毫秒降低到20毫秒以內(nèi)，雙向同時傳輸帶寬由原來小于5兆比特每秒提升到40兆比特每秒以上。我們還形成了5G電力應(yīng)用實(shí)驗室測試、現(xiàn)場測試、工程典型配置等方面的資料，為后續(xù)福建5G電力應(yīng)用及測試積累了經(jīng)驗和方法。”陳錦山說。
互聯(lián)升級，分布式光伏入網(wǎng)有了安全橋
福建位于我國東南沿海，常受臺風(fēng)侵襲，臺風(fēng)及其帶來的強(qiáng)降雨往往在短時間內(nèi)就會對電網(wǎng)造成嚴(yán)重破壞。為快速、精準(zhǔn)地進(jìn)行故障處置，張振宇和團(tuán)隊成員還研發(fā)了“基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)特征提取及畫像分析”技術(shù)，對配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全景畫像、智慧分析。
張振宇介紹，配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)“全景畫像”將模型數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、臺賬數(shù)據(jù)和外部數(shù)據(jù)等五類配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)關(guān)鍵數(shù)據(jù)納入數(shù)據(jù)池，按照供電質(zhì)量、供電能力、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、裝備水平、經(jīng)濟(jì)性五個維度，全景式反映配網(wǎng)饋線和主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，開展全壽命周期的配網(wǎng)健康狀態(tài)智慧評價。
以福州地區(qū)3000條10千伏饋線為例，運(yùn)維人員可以從海量數(shù)據(jù)中“一鍵式”精準(zhǔn)獲取配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，關(guān)聯(lián)分析一次設(shè)備指標(biāo)、二次設(shè)備指標(biāo)、業(yè)務(wù)指標(biāo)及氣象指標(biāo)等66類數(shù)據(jù)。根據(jù)計算機(jī)自動擬合的評價公式，按照積分制原則分為“優(yōu)”“中”“差”三個等級，以便掌握配網(wǎng)的實(shí)時健康狀態(tài)，進(jìn)行配網(wǎng)缺陷分析。同時，他們還能剖析電網(wǎng)運(yùn)行薄弱環(huán)節(jié)，及時消除重過載特性超過預(yù)警值的配網(wǎng)設(shè)備的安全風(fēng)險，保障配網(wǎng)安全可靠運(yùn)行。
談起“全景畫像”平臺的效果，張振宇頗為滿意：“通過對海量數(shù)據(jù)的實(shí)時處理，我們實(shí)現(xiàn)了2021年故障停電時戶數(shù)較2016年減少70%；通過多源數(shù)據(jù)深度融合，實(shí)現(xiàn)了臺風(fēng)等極端自然災(zāi)害配網(wǎng)故障平均停電時長縮短5.2小時/條，近兩年累計節(jié)省電量損失約1.65億元。”
在新型電力系統(tǒng)建設(shè)的背景下，實(shí)現(xiàn)新能源與配網(wǎng)柔性互聯(lián)，是配網(wǎng)技術(shù)升級的新突破點(diǎn)。
今年，福建電科院配電能源互聯(lián)技術(shù)專責(zé)黃興華和團(tuán)隊成員在智能融合終端示范區(qū)的基礎(chǔ)上，開展了低壓柔性互聯(lián)控制系統(tǒng)研究。低壓柔性互聯(lián)控制系統(tǒng)主要由配電臺區(qū)智能融合終端、低壓物聯(lián)開關(guān)、光伏逆變器三部分組成，采用“云管邊端”的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，充分發(fā)揮臺區(qū)智能融合終端的邊緣計算功能，在分布式光伏與配電網(wǎng)之間進(jìn)行柔性互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了對分布式光伏的靈活控制。
值得一提的是，在此項目中，他們自主研發(fā)了一款低壓光伏物聯(lián)開關(guān)。“這個開關(guān)扮演著信息通信‘二傳手’的角色，讓配電臺區(qū)融合終端與光伏逆變器之間進(jìn)行透明對話，在融合終端的指令下，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)外送功率連續(xù)調(diào)節(jié)。”黃興華說，“為了保護(hù)配電網(wǎng)，傳統(tǒng)開關(guān)只能實(shí)現(xiàn)全開、全關(guān)兩種狀態(tài)，在系統(tǒng)過載情況下，光伏發(fā)電系統(tǒng)將完全關(guān)閉，與配電網(wǎng)斷連。低壓光伏物聯(lián)開關(guān)就不一樣了，它可以根據(jù)配電網(wǎng)的負(fù)荷情況，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)出力從0到100%連續(xù)調(diào)節(jié)。”
以長樂區(qū)湖坂村“柔性互聯(lián)控制”低壓戶用光伏智慧臺區(qū)示范工程為例，國網(wǎng)福建省電力有限公司在湖坂村村委會屋頂安裝了遮雨棚式光伏系統(tǒng)后，黃興華和團(tuán)隊成員便在該光伏系統(tǒng)的計量箱內(nèi)安裝了低壓物聯(lián)開關(guān)，給光伏系統(tǒng)和上層控制主站搭了一座“橋”。通過低壓物聯(lián)開關(guān)，電網(wǎng)運(yùn)行人員可以采集和上傳光伏電站的運(yùn)行信息，也可以向光伏電站轉(zhuǎn)發(fā)來自控制主站的控制命令，進(jìn)一步掌握分布式光伏的運(yùn)行狀況。
此外，近年來福建電科院開展的有關(guān)儲能的研究，也進(jìn)一步保障了福建配電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。在移動式儲能系統(tǒng)研發(fā)與集成技術(shù)方面，福建電科院成功研制國內(nèi)首臺接入配電網(wǎng)末端、功率最大的移動式鋰電池儲能裝置，自主研制國內(nèi)首套移動儲能直流融冰系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)首次在高山地區(qū)配電網(wǎng)開展直流融冰作業(yè)；在大容量電池儲能系統(tǒng)研發(fā)應(yīng)用方面，福建電科院在福建湄洲島建成國內(nèi)外首個接入10千伏海島配電網(wǎng)的1兆瓦/2兆瓦時電池儲能電站，解決了末端配網(wǎng)變壓器過載、低電壓、供電可靠性差等問題，為湄洲島解決海纜故障、舉辦媽祖文化活動等提供了綠色、可靠的電力保障。
目前，福建電科院正依托寧德霞浦儲能電站、霞浦大規(guī)模風(fēng)電+高占比核電等資源條件，提出打造寧德霞浦共享儲能運(yùn)營與先進(jìn)儲能技術(shù)實(shí)證示范區(qū)，著力在儲能運(yùn)營新模式、核心新裝備、實(shí)證新平臺取得創(chuàng)新突破。
原標(biāo)題： 互聯(lián)升級，分布式光伏入網(wǎng)有了安全橋
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