攻關(guān)直流供電技術(shù) 探索未來用電新模式

國(guó)電中星近日了解到：江蘇省電力科學(xué)研究院牽頭的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“中低壓直流配用電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”通過工信部專家組中期現(xiàn)場(chǎng)檢查。

作為該項(xiàng)目前瞻性示范工程——江蘇電科院中低壓直流配用電技術(shù)試驗(yàn)平臺(tái)將風(fēng)電、光伏發(fā)電、儲(chǔ)能等分布式能源接入電網(wǎng)，把交流供電模式轉(zhuǎn)化為直流供電模式，為園區(qū)提供源源不斷的電能。此外，集辦公、研發(fā)、庫(kù)房、數(shù)據(jù)中心、充電停車場(chǎng)為一體的高效節(jié)能智慧園區(qū)，勾勒出未來用電的新變化。

為何發(fā)展直流配用電技術(shù)？

近年來，隨著超導(dǎo)、絕緣新材料及計(jì)算機(jī)、電力電子等技術(shù)的迅猛發(fā)展，大規(guī)模利用清潔、低碳、安全、高效的清潔可再生能源已成為全球能源發(fā)展的重要方向，其中廣泛的分布式可再生能源發(fā)電將成為全球能源供應(yīng)鏈中不可或缺的部分。

然而，分布式可再生能源，如太陽(yáng)能發(fā)電、燃料電池等產(chǎn)生的電能均為直流電。日常生活中多應(yīng)用交流配電系統(tǒng)，但實(shí)際上，如計(jì)算機(jī)、LED燈等大多數(shù)家用電器內(nèi)部均使用直流電或含有直流環(huán)節(jié)，接入交流配網(wǎng)需經(jīng)過多次能量變換，會(huì)降低效率；若采用直流配網(wǎng)互聯(lián)，則可省去多個(gè)能量變換環(huán)節(jié)，提高能效。

為此，國(guó)網(wǎng)江蘇電力于2018年立項(xiàng)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“中低壓直流配用電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”，探索直流供用電模式，推動(dòng)電網(wǎng)向能源互聯(lián)互通、共享互濟(jì)方向發(fā)展。

作為國(guó)網(wǎng)江蘇電力的能源技術(shù)智庫(kù)，江蘇電科院發(fā)揮行業(yè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，組建了中低壓直流配用電技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，重點(diǎn)攻關(guān)中低壓直流變壓器等關(guān)鍵技術(shù)，有力支撐直流配網(wǎng)生態(tài)構(gòu)建及城市能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)實(shí)踐。

突破直流配用電技術(shù)壁壘

“交直流混合配電網(wǎng)的可控性、靈活性等都與傳統(tǒng)電網(wǎng)存在很大差異，要實(shí)現(xiàn)直流配用電的推廣，就必須要深挖直流配用電系統(tǒng)的特點(diǎn)，從規(guī)劃與設(shè)計(jì)、調(diào)度與控制、安全運(yùn)行與保護(hù)控制以及關(guān)鍵設(shè)備研制4個(gè)方面入手攻克難題。”江蘇電科院總工程師袁宇波說。

從2018年開始，國(guó)網(wǎng)江蘇電力中低壓直流配用電技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)深挖直流供電領(lǐng)域，重點(diǎn)攻關(guān)中低壓直流變壓器關(guān)鍵技術(shù)，以核心裝備為載體，以規(guī)劃設(shè)計(jì)、分層控制、保護(hù)策略為技術(shù)保障，以應(yīng)用示范為現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，對(duì)中低壓直流關(guān)鍵技術(shù)難題開展攻關(guān)和研究。

歷經(jīng)3年，團(tuán)隊(duì)完成了直流變壓器、模塊化多電平換流器等關(guān)鍵裝備的核心技術(shù)攻關(guān)，使電力電子變流器具備高效運(yùn)行、不同運(yùn)行策略在線靈活無縫切換的能力。團(tuán)隊(duì)研制的直流變壓器效率達(dá)到98.53%，效率指標(biāo)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，實(shí)現(xiàn)了不同電壓等級(jí)直流電網(wǎng)的柔性互聯(lián)；三端口直流用電適配器效率高達(dá)98.14%，能夠識(shí)別不同額定電壓和功率的負(fù)載，實(shí)現(xiàn)了低壓家電的即插即用，功率密度與效率在國(guó)內(nèi)外領(lǐng)先。

目前“中低壓直流配用電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目按計(jì)劃已執(zhí)行過半，累計(jì)獲得專利認(rèn)證80余項(xiàng)、制定標(biāo)準(zhǔn)10余項(xiàng)，發(fā)表論文80余篇、相關(guān)專題報(bào)告150余篇，形成了一套全面的中低壓直流配用電知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系。后續(xù)，項(xiàng)目攻關(guān)團(tuán)隊(duì)將持續(xù)推進(jìn)兩項(xiàng)電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)編制，篩選出具有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)潛質(zhì)的技術(shù)成果，推動(dòng)科研成果“走出去”。

全方位發(fā)展直流配用電技術(shù)

7月24日，真?zhèn)坞p極靈活可切換運(yùn)行的中低壓直流配網(wǎng)工程——江蘇電科院中低壓直流配用電技術(shù)試驗(yàn)平臺(tái)帶電試運(yùn)行。

“該平臺(tái)投運(yùn)后，將把江蘇電科院打造成集辦公、研發(fā)、庫(kù)房、數(shù)據(jù)中心及充電停車場(chǎng)為一體的高效節(jié)能智慧園區(qū)?！眹?guó)網(wǎng)江蘇電力設(shè)備部副主任王樹剛說，“依托該項(xiàng)目，我們還將在蘇州吳江建設(shè)示范工程，打通直流用能鏈條的‘最后一公里’。這將加速直流配用電設(shè)備上下游產(chǎn)業(yè)孵化，促進(jìn)供電公司轉(zhuǎn)型升級(jí)，對(duì)打開效益增長(zhǎng)空間具有重要意義?！?/p>

作為國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的前瞻性示范工程，江蘇電科院中低壓直流配用電技術(shù)試驗(yàn)平臺(tái)于2019年年底正式啟動(dòng)，由控保艙、模塊化多電平換流器艙等13個(gè)預(yù)制艙組成，提出了真?zhèn)坞p極可切換的直流供電方案。該供電方案可實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)行方式、多種電壓等級(jí)、多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞撵`活切換，具備將各類中低壓關(guān)鍵設(shè)備靈活接入和掛網(wǎng)檢測(cè)的條件。

此外，依托“中低壓直流配用電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目，江蘇電科院研發(fā)了多類直流家電設(shè)備，涵蓋大部分生活和辦公場(chǎng)景需求，為直流生態(tài)企業(yè)提供了可實(shí)施的技術(shù)方案。直流家居屋內(nèi)部配置了電視、冰箱、空調(diào)等家用電器，采用全直流供電方式，有效減少交直流變換環(huán)節(jié)，相較于交流供電方式可提高2%的使用能效。同時(shí)，廚房采用新型的無線直流供能方式，電飯煲、榨汁機(jī)、電水壺等廚房電器都省去了插拔插頭的操作。安全、高效和智慧融入直流用電體系中，打造了基于無線供電的未來家居生活方式。

“后續(xù)，我們將大力推進(jìn)直流源荷并網(wǎng)，新建屋頂光伏、分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)，充分挖掘江蘇電科院園區(qū)辦公樓、數(shù)據(jù)機(jī)房、庫(kù)房等潛在直流負(fù)荷需求，以高效節(jié)能、綠色環(huán)保、智能交互為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)綠色能源的本地消納，打造交直流配網(wǎng)領(lǐng)域‘靈活開放的試驗(yàn)平臺(tái)、前瞻高效的示范工程、智能互動(dòng)的展示窗口’。”該工程負(fù)責(zé)人楊景剛說。

國(guó)電中星是專業(yè)的電力測(cè)試設(shè)備廠家，密切關(guān)注直流供電技術(shù)相關(guān)發(fā)展動(dòng)態(tài)，了解更多訪問國(guó)電中星官網(wǎng)：www.afc-holcroft.com.cn。