支撑新型配电系统构建的交直流配电网、微电网多层级立体组网技术、装备与应用

网多层级立体组网技术、装备与应用汇报人：于海东刘洋国网山东省电力公司电力科学研究院配电技术中心2025年6月11日目录目录12.06亿干瓦!我国风电光伏装机提前六年10年增长2020年9月“双碳目标”被首次提出风电装机容量约4.4亿干瓦1]2021年3月风电装机容量约4.4亿干瓦1]构建以新能源为主体的新型电力系统的远景目标被提出■太阳能发电装机容量(万干瓦)■太阳能发电装机容量(万干瓦)构建新能源占比逐渐提高的新型电力系统”的中期目标被提出2023年7月磁师脑的悦者堵.中8边连，200他石8达“构建清洁低碳、安全充裕、经济高效、供磁师脑的悦者堵.中8边连，200他石8达2024年2月习总书记强调“大力推动我国新能源高质量[1国家能源局发布2023年全国电力工业统计数据国家电网国家电网装机规模大8年增长超8年增长超201620182020→→光伏总装机(万干瓦)*截至2024年12月底数据发用电弃光弃光弃光电能倒送b国家电网国家电网海量分布式光伏接不入、发不出、用不好国网山东省电力公司电力科学研究院“刚性拉合闸、调节能力弱”“刚性拉合闸、调节能力弱”刚性源荷接纳特性“强随机波动性、间歇性”不可控出力特性矛盾×50%波动性强能量短缺能量短缺90%间歇性强00传统配电网的交直流柔性转型已刻不容缓!国家电网国家电网国网山东省电力公司电力科学研究院◆2024年3月1日，国家发改委、国家即插即用国网山东省电力公司电力科学研究院交直流柔性配电网能安全高效承载海量分布式新能源，是构建新型电力系统的重要支撑全面构建以交直流柔性配电网为核心的新型配电系统关键技术支撑与通信直流换流器断路器/电缆电动汽车流骨干网直流配用电是构建交直流柔性配电网的核心技术，新型配电系统资源优化配置的关键环节国网山东省电力公司电力科学研究院局部负荷快速增长分布式能源渗透率提升局部用电负荷快速增长，一些区域的配电网出现了配电走廊紧张、配变负载率过高、馈线负荷分布不引起配电网潮流分布不均、电压偏差等供电质量和述问题进行抑制，进而会大幅度限制分布式新能源的接入对供电可靠性和质量要求提高新型负荷和储能增加迅猛随着高精尖产业的发展，用户对于供电可靠性和电能质量的要求也日益提高，配电网呈现运行方式多电动汽车等电力电子负荷预计将快速增长。配电网功率双向流动、重载线路，电压越限、网络阻塞等问题日益突出供电能力局部不足、全局不平衡传统配电网中使用常规联络开关，且其中压采用“闭环设计、开环运行”的结构不灵活，导致调控手段有限，配电网潮流难以通过传统手段进行调控。短路电流大范围超标、停电风国家电网国家电网细儒=低中高高新能源消纳能力低中高中高于星形网络供电能力低中优于多端并供结构高优于多端并供结构直流微网东莞松山湖中压柔性网示范工程苏州同里中低压直流配网/国网山东省电力公司电力科学研究院0101)核心装备成本下降直流断路器、换流阀、直流变压器等核心装备产品化、系列化取得了长足进步，近几年成本已经显著下降，技术推广障碍正在逐步打破。))核心器件国产化水平提升核心器件从长期依赖进口，形成卡脖子难题，到近年来逐步实现自由知识产权。成本和供货安全性均得到极大改善。03未来规模化后效益将显著提升随着双碳目标和以新能源为主体的新型电力系统建设推进，预计直流在电网中比重会随之提升，规模化发展是直流技术和装备的必经之路，也是实现高性价比的可靠保障。国家电网国家电网张北交直流配电网工程苏州吴江中低压直流配用电网工程珠海三端柔直配电网工程浙江上虞交直流混合微电网工程东莞交直流混合配电工程苏州金鸡湖四端柔直背靠背工程贵州中压五端直流配电中心杭州大江东柔性直流配电网工程国家电网国家电网国网山东省电力公司电力科学研究院支撑新型配电系统构建的中低压柔性直流灵活组网、经济配置、优化运行等关键技术经济配置方法国网山东省电力公司电力科学研究院国家电网国家电网国网山东省电力公司电力科学研究院1#主变1#主变缆缆国家电网国家电网中低压直流双级环网组网示范工程——中压组网方案通过建设基于MMC和三电平变流器混合的中压直流环网实现崔寨站、仙寨站与青宁站之间交流馈线异步合环运行，构建自平衡能力区域配电网1#主变母线1#主变母线10K甲10K甲仙寨站仙寨站崔寨站1#主变母线1#主变母线AC10MW三电平变流器·在崔寨站内建设20MW换流装置(拟采用MMC10MW三电平变流器青宁站方案),位于各变电站内(户外)青宁站国家电网国家电网国网山东省电力公司电力科学研究院中低压直流双级环网组网示范工程——低压组网方案400V-AC400V-ACM银状>功率调配范围更广国家电网国家电网中低压直流双级环网组网示范工程——直流蜂巢式能源站方案及应用25MW25MW1#主变1#主变1#主变口中母线口中母线10KV甲10KV甲1#主变母线1#主变母线国网山东省电力公司电力科学研究院基基于中低压直流立体组网的莱芜交直流柔性智慧配电网示范工程站址二(在建)站址二(在建)站址一(在建)工程涉及的变电站出线示意图工程架构图工程涉及的变电站出线示意图立体组网典型形态与工程案例基于中低压直流立体组网的莱芜交直流柔性柔性配电网数字管控系统柔性配电网数字管控系统基于全国产化IGBT器件的单模块串联两电平换流器珠海站义和站就地研判，快速动作110kV工业园站8中压馈线级基于全国产化IGCT器件直串的直中压馈线级小增3台区小增3台区中压+低压交流+直流分层分级协调控制小增1台区小增2台区小增1台区多端口能量配电设备轻量化智能感知装置低压台区级国家电网国家电网国网山东省电力公司电力科学研究院基于中低压直流立体组网的莱芜交直流柔性智慧配电网示范工程——莱芜小增家村级自治微电网村级微电网数字李生管控系统村级微电网数字李生管控系统数据流/控制流小增2台区小增3台区小增1台区小增2台区小增3台区小增1台区水泥产品预制厂水泥产品预制厂画互程画互程车棰直流光伏V2G直流充电桩V2G直流充电桩直渣储能装置15kW60kW国家电网国家电网国网山东省电力公司电力科学研究院平台由±750V真双极直流环网与±375V伪双极直流环网组成运行方式灵活：±750V真双极环网既可单极并联运行，也可双极运行。两级环网可独立运行，也具备正常态潮流运行模拟和故障态直流故障模拟功能直流端口直流端口负载端口电网端口国网山东省电力公司电力科学研究院交直流潮流运行控制交直流潮流运行控制直流故障模拟控制变流器控制模式多样变流器控制模式多样多类型直流故障模拟多类型直流故障模拟国网山东省电力公司电力科学研究院日前优化实现计及碳流目日前优化实现计及碳流目协同优化运行日内优化实时优化最优碳流优化运行界面目录目录国家电网国家电网PLeLe半桥拓扑结构半桥拓扑结构NMMC拓扑结构国家电网国家电网国网山东省电力公司电力科学研究院10MW级器件直串的三电平变流器创新采用10MW级器件直串的三电平变流器解决方案，成功突破器件直串技术，为大容量三电平变流器在中低压直流立体组网的应用奠定基础与MMC技术相比，成本可降低30%以上W国网山东省电力公司电力科学研究院靠性和取能问题，相较于传统模块化多电平换流器方案，有效降低交直流变换装备成本。性饵蛋旺性强哩强程程蛋平年醒理理性均压策略：电压排序子模块投切主动均压+关断桥臂CD被动均压优势：模块化串联桥臂，易于实现取能和冗余子模块辅助元件少，工作原理等同于器件直串国家电网国家电网基于器件直串的MW级直流变压器L国家电网国家电网05中压自然换流型混合式直流断路器基于复合机械断口的自然换流原理利用高弧压实现自然换流自自然换流能量吸收支路Moy-·主通流支路损耗低，可靠性高·无强迫换流组件，成本低同操动机构、多触点机械开关国网山东省电力公司电力科学研究院基于国产逆阻型IGCT器件，与同类产品相比体积、成本可减少20%以上采用重力热管散热+强迫风冷的散热方式，体积小、可靠性高能量吸收支路固态开关支路国家电网国家电网国网山东省电力公司电力科学研究院在双有源桥(DAB)基础上，拓展出模块化多有源桥(MMAB)拓扑结构，通过模块化有源桥的▶研发基于高频交流母线、多流向、多形态特点的方案优势：√端口可以独立运行，也可联合运行√端口之间电气隔离，接地方式互不干扰√任意端口故障，其他端口仍然可正常运行高频交流母线国网山东省电力公司电力科学研究院与基于直流母线的拓扑相比，基于高频交流母线拓扑的电力电子变压器可以节约变换器的器件数目和电能变换环节，显著节约成本。基于共高频交流母线两种拓扑结构所需半桥模块数目比较4(2个MMAB)4(2个MMAB)8(4个MMAB)08(2个DAB)16(4个DAB)75750直流基于共直流