金秋十月，广东省东莞市各大产业园区内工厂开足马力，争分夺秒促生产。松山湖高新技术产业开发区与麻涌镇工业区内的三座配电房显得格外“高大上”，电房内各种新型设备正常运行。这三座配电房就是依托2017年国家重点研发计划“交直流混合的分布式可再生能源关键技术、核心装备和工程示范研究”项目(简称“国重4.1项目”)建设的交直流混合配电系统示范工程。
近日，国重4.1项目在东莞通过示范工程现场运行检查。项目建成了全国首个涵盖数据中心、工业园区、办公生活园区等多用能场景的交直流混合示范工程，实现了高比例分布式能源高效接入和源网荷储灵活互动需求，推动交直流混合配用电技术广泛应用及更多工程落地，助力大湾区城市能源转型，带动智能电网的进步和发展。
多用能场景示范 实现多种分布式能源接入和消纳
近年来，以IT类负载、变频空调及电动汽车为代表的广义直流用能设备比例快速升高，光伏发电、风力发电、光热发电系统等分布式可再生能源已成为推进能源转型的重要途径，负荷密集的东南沿海地区配电网面临分布式可再生能源可靠消纳及直流负荷经济用能的重大需求。
为满足不同类型用户的用能需求，国重4.1项目优选并建设了三个示范点，弥补了单一场景代表性不足的问题。“工程包含风力发电、光伏发电、太阳能热发电及热利用、储电、储热等多类型分布式可再生能源，系统总容量达到5.18兆瓦，直流负荷占比达54%，可再生能源占比达65.8%。”东莞供电局科技创新专责钟荣富介绍。
为保证交直流混合系统示范工程的可靠运行，在正式投入运行之前必须通过系统调试来检验其功能和性能，但目前尚无成熟的经验和技术标准借鉴。为此，东莞供电局组织各专业技术骨干，编制了一整套科学全面的调试方案，根据方案对设备进行试验并出具详细的调试报告。项目示范工程建设过程中克服了核心装备技术研发困难多、现场示范场景多、建设周期短、调试经验不足等多种难题，2020年11月，三个示范工程先后投入试运行。
三个示范点也代表了大湾区典型产业结构及用能特点，为将来推广应用提供了借鉴样本。该工程建成的安华数据中心、易事特工业园区、东莞理工学院办公生活园区多用能场景示范点，实现了多区域能源系统互联，解决了高比例分布式新能源高效接入和高比例直流源网荷储的应用难题。
值得一提的是，该工程还攻克了源网荷储因多样性、时变性、分散性和参数不确定性造成的匹配难题，突破了高渗透率分布式新能源高效接入交直流混合系统集群组网技术，实现了分布式新能源、装备与系统的高度融合，为新一代交直流混合电网发展提供了解决方案。
多机集群运行 实现系统能源高效转换
据介绍，办公生活园区示范点、工业园区示范点分别验证了电力电子变压器集群和集群的功能，数据中心示范点验证两种不同技术路线电力电子变压器集群的功能，首次建成了4台1兆瓦两种不同技术路线电力电子变压器的集群系统，同时利用云平台实现多点管控。
“在项目中，我们首次提出并应用了基于电力电子变压器集群的配用电双级、交直流混联的网架结构，推动配电网向集群组网、多维可控、源荷互动的新型交直流混合方向发展。”钟荣富介绍，“首次示范应用了共直流和共高频交流母线的两种电力电子变压器，运行最高效率达98.27%，推动交直流关键设备由‘多种设备组合’向‘多功能集成应用’方向发展。”
该示范工程运行过程中，充分发挥多机集群优势，通过集群效率寻优试验验证，系统效率可提升2个百分点，同时当一台电力电子变压器故障时，可实现在线主从切换，不影响用户供电。
此外，该工程还在固态直流断路器上首次示范应用了新一代国产化开断型IGCT(集成门极换流晶闸管)器件；提出基于电力电子变压器的协调控制策略、集群优化控制策略以及多能互补潮流优化运行策略，形成了多层级、多时空尺度、多能协调的控制架构。
据悉，东莞市列入了新型电力系统示范区建设规划，接下来，东莞供电局将积极推动新型配用电系统成套解决方案的商业化应用，支撑以新能源为主体的新型配用电系统更快发展，助力早日实现碳达峰、碳中和目标。
(陈成聪 何文志 赵树宏 成芷卉)
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