由國網(wǎng)北京電力牽頭研發(fā)的“交直流混聯(lián)物理試驗(yàn)平臺”，基于真實(shí)電網(wǎng)的各種電氣設(shè)備搭建試驗(yàn)環(huán)境，可進(jìn)行電源電壓、頻率、相位快速調(diào)節(jié)以及不同負(fù)荷特性的模擬。平臺建成一年多來，在模擬試驗(yàn)充電設(shè)施建設(shè)對電網(wǎng)安全和供電可靠性的影響、驗(yàn)證供電保障方案的科學(xué)性等方面發(fā)揮著作用。
4月13日，北京市通州區(qū)，在國網(wǎng)北京市電力公司“交直流混聯(lián)物理試驗(yàn)平臺”負(fù)荷模擬實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)，工作人員正在模擬城市配電網(wǎng)環(huán)境下的電動汽車充電，進(jìn)行能量調(diào)度系統(tǒng)驗(yàn)證試驗(yàn)。在加快新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)度背景下，國網(wǎng)北京電力落實(shí)國家電網(wǎng)有限公司有關(guān)工作要求，加快技術(shù)創(chuàng)新步伐，助推充電設(shè)施建設(shè)發(fā)展。
打造真實(shí)試驗(yàn)平臺助力新技術(shù)新產(chǎn)品檢測與應(yīng)用
隨著“新基建”加速落地，新能源汽車充電設(shè)施建設(shè)成為熱點(diǎn)之一。充電設(shè)施建設(shè)將對電網(wǎng)安全和供電可靠性產(chǎn)生哪些影響？“交直流混聯(lián)物理試驗(yàn)平臺”能預(yù)知答案。
與以往停留在理論研究和軟件仿真不同，“交直流混聯(lián)物理試驗(yàn)平臺”基于真實(shí)電網(wǎng)的各種電氣設(shè)備搭建試驗(yàn)環(huán)境，構(gòu)建了容量為10000千瓦的10千伏交直流混聯(lián)配電網(wǎng)。
平臺包括交流電壓模擬區(qū)、系統(tǒng)網(wǎng)架區(qū)、負(fù)荷模擬區(qū)、被測實(shí)驗(yàn)區(qū)4部分，含44臺10千伏開關(guān)柜、40臺10千伏環(huán)網(wǎng)柜所組成的2座開閉站和8個電纜分界室及監(jiān)控系統(tǒng)，可以進(jìn)行電源電壓、頻率、相位快速調(diào)節(jié)以及不同負(fù)荷特性的模擬。在能量調(diào)度系統(tǒng)驗(yàn)證試驗(yàn)中，平臺能全景模擬電動汽車充電、儲能、能源調(diào)配、回饋等各個流程，同時采集各節(jié)點(diǎn)的電流、電壓、諧波等電參數(shù)，為充電樁充電效率、功能的提升等提供重要參考依據(jù)。
“在技術(shù)更新或新產(chǎn)品投運(yùn)前，需要經(jīng)過一系列檢測。如果用真實(shí)電網(wǎng)試驗(yàn)，難免會給用戶或電網(wǎng)帶來影響，還要考慮各種風(fēng)險因素。”國網(wǎng)北京電力所屬北京華商三優(yōu)新能源科技有限公司總工程師杜巖平介紹，“交直流混聯(lián)物理試驗(yàn)平臺”提供了一種全新的試驗(yàn)方法，可構(gòu)建不少于7種交直流混合配電網(wǎng)拓?fù)洌M各種真實(shí)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，驗(yàn)證新產(chǎn)品或新技術(shù)在真實(shí)電網(wǎng)中的應(yīng)用情況，體現(xiàn)出超強(qiáng)的適應(yīng)性與匹配性。
模擬真實(shí)用電負(fù)荷特性科學(xué)驗(yàn)證供電保障方案
在“交直流混聯(lián)物理試驗(yàn)平臺”智能自組網(wǎng)識別技術(shù)實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)，林立著交直流負(fù)荷開關(guān)陣列、電流傳感器模塊和處理器。北京華商三優(yōu)新能源科技有限公司潞電電氣總工程師王興越和同事們正研究冬奧場館供電方案的可行性。他們通過平臺對重要用電負(fù)荷提供全工況、全模擬、全演練的技術(shù)驗(yàn)證，通過運(yùn)行數(shù)據(jù)采集、分析，掌握負(fù)荷啟動和電壓跌落敏感特性，為負(fù)荷的供電方案制定提供數(shù)據(jù)支撐。他們還通過平臺利用5G通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)本地?cái)?shù)據(jù)監(jiān)測功能,充分論證供電方案的科學(xué)性和可靠性。
2019年1月，由國網(wǎng)北京電力牽頭承擔(dān)的“交直流混合配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)”863計(jì)劃課題順利通過科技部驗(yàn)收，作為任務(wù)支撐的首個10千伏交直流混聯(lián)物理試驗(yàn)平臺隨之落成。“平臺具備開展交直流混合配電網(wǎng)試驗(yàn)的能力。這是強(qiáng)化基礎(chǔ)前瞻性技術(shù)研究、支撐電網(wǎng)生產(chǎn)、經(jīng)營創(chuàng)新發(fā)展的有益嘗試。”驗(yàn)收專家組評價。
平臺建成一年多來，國網(wǎng)北京電力將這項(xiàng)嘗試落到了實(shí)處。目前，平臺可實(shí)現(xiàn)智能配電網(wǎng)設(shè)備，風(fēng)電、光伏、儲能、充電等新能源設(shè)備與電網(wǎng)接入、互動技術(shù)的研究和測試，并在慶祝新中國成立70周年活動、北京2022年冬奧會測試賽籌備等供電保障任務(wù)中發(fā)揮了重要作用。慶祝新中國成立70周年活動銜接緊湊，對關(guān)鍵設(shè)備、重要負(fù)荷的供電保障要求高。如何保障現(xiàn)場700余個用電點(diǎn)位的供電可靠性，是供電保障工作的重點(diǎn)。應(yīng)用“交直流混聯(lián)物理試驗(yàn)平臺”，國網(wǎng)北京電力圍繞重點(diǎn)場所和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，把現(xiàn)場可能發(fā)生的各種情況提前納入驗(yàn)證范圍，并根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果，將細(xì)節(jié)想深想透、將方案做細(xì)做實(shí)。
“活動中的煙花、大屏幕、舞臺威亞等各種用電負(fù)荷都在平臺做過驗(yàn)證。如果其中一路電源發(fā)生故障，在不停電的情況下，用電負(fù)荷能夠迅速、無感知地切入第二路電源，以保障供電可靠性。這也是在保電現(xiàn)場我們能得心應(yīng)手、有底氣的原因。”王興越說。
此外，“交直流混聯(lián)物理試驗(yàn)平臺”還可全面模擬分布式可再生能源的出電特性以及居民老舊小區(qū)配電設(shè)施等負(fù)荷特性，有效提升城市配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量和可靠性。
突破仿真試驗(yàn)瓶頸讓研究成果轉(zhuǎn)化更加精準(zhǔn)
“過去，有關(guān)電力領(lǐng)域的研究大多是用虛擬仿真平臺做試驗(yàn)，這是一種理想狀態(tài)，不夠真實(shí)，更不能根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)整試驗(yàn)條件。”4月15日，正在參與公交車充電站項(xiàng)目四期儲能設(shè)備測試的工作人員說。平臺落地后，試驗(yàn)中采用的儲能逆變柜、儲能電池柜等設(shè)備都是實(shí)打?qū)嵉?ldquo;真家伙”。平臺能夠測試儲能設(shè)備充放電的穩(wěn)定性及后臺控制策略，使研究成果的轉(zhuǎn)化更加精準(zhǔn)，有效解決充電站在高峰時段多樁同時充電時功率高于場站預(yù)定功率的問題，并通過后臺控制自動實(shí)現(xiàn)充放電，以達(dá)到削峰填谷的目的。
2015年4月，“交直流混合配電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)”863計(jì)劃課題獲得科技部立項(xiàng)批復(fù)，“交直流混聯(lián)物理試驗(yàn)平臺”研發(fā)工作正式啟動。此項(xiàng)目理念先進(jìn)、施工調(diào)試要求高，國內(nèi)外技術(shù)基礎(chǔ)幾乎為零。
項(xiàng)目研發(fā)團(tuán)隊(duì)需完成場地改造、設(shè)備搭建、系統(tǒng)聯(lián)調(diào)和指標(biāo)測試等多項(xiàng)任務(wù)。“我們所研發(fā)的項(xiàng)目是具有開創(chuàng)性的，無經(jīng)驗(yàn)可循。”最早加入研發(fā)團(tuán)隊(duì)的成員姜秀麗說。
如何模擬出一個真實(shí)的城市配電網(wǎng)，怎么滿足用戶對供電性能和電能質(zhì)量的需求，怎樣應(yīng)對越來越長的供電線路對配電網(wǎng)安全可靠性帶來的挑戰(zhàn)……都是他們要解決的問題。在平臺建設(shè)之初，研發(fā)團(tuán)隊(duì)花了大量時間在“架橋鋪路”上。研究方向把握不準(zhǔn)，團(tuán)隊(duì)成員就翻閱大量國內(nèi)外資料，再碰頭討論具體細(xì)節(jié)；設(shè)計(jì)方案拿不準(zhǔn)，就邀請內(nèi)外部技術(shù)專家進(jìn)行指導(dǎo)。經(jīng)過四年多的科研攻關(guān)，“交直流混聯(lián)物理試驗(yàn)平臺”各項(xiàng)考核指標(biāo)均以高水平通過國家科技部的驗(yàn)收，并在充電設(shè)施建設(shè)、重大活動保電方案驗(yàn)證等方面發(fā)揮重要作用。
