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近日，好消息传来，由南方电网广西电网公司牵头攻关的科技成果“电能变换设备与智能配电网友好交互关键技术研究与应用”荣获2018年度广西壮族自治区科技进步一等奖。经过7年研究，该技术成果首次提出了电能变换设备与智能配电网“友好交互”的技术体系，实现了友好交互关键技术研究和核心装备研制的重大突破，攻克13项关键技术研究，填补了3项国内外空白，其中分布式虚拟同步发电机成果荣获了第46届日内瓦国际发明金奖。系列成果的取得为智能配电网发展按下了“快进键”。
智能配电网发展不断提速
近年来，我国高度重视智能电网发展，连续两年将发展智能电网写入政府工作报告，并在《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》中，明确提出了升级改造配电网、推进智能电网建设等十八项任务，要求全面提升电力系统的智能化水平，提高电网接纳和优化配置多种能源的能力，满足多元用户供需互动。
电能是一种商品，它不仅是人们生活的必需品，也是智能化生活的“催化剂”。众所周知，电能由电源产生，经过电网传输给千家万户。为了更加高效地利用电能，需要通过变压器、变频器、新能源发电设备、充电器等电能变换设备对电能进行各种“加工变换”。近年来，电能变换设备的种类和数量呈爆炸式增长，已成为智能配电网的核心装备之一。“电能变换设备与智能配电网友好交互关键技术研究与应用”项目负责人，南方电网广西电力科学研究院电力系统所主任周柯博士坦言，电能变换设备与智能配电网的关系，就如同人类与自然环境的关系，我们在强调人与环境友好相处的同时，也不能忽视电能变换设备和配电网的友好交互与和谐发展。
现阶段，电能变换设备与智能配电网在“源-网-荷”（；电源-电网-电能使用）各层级中交互不友好的现象仍普遍存在，周柯列举了一些事例，例如新能源发电的波动性和随机性导致与电网的互动还不够友好，造成弃风弃光比较严重；有些国家配电网的供电可靠性不高，停电时间较长；全世界因为劣质电能损失巨大，造成产品报废、设备损坏、用电损耗大等等。因此，电能变换设备与智能配电网的友好交互问题在一定程度上制约了智能配电网发展，已成为亟待解决的世界性技术难题。
为此，从2012年开始，由南方电网广西电网公司牵头，联合电网企业、国家级工程中心、先进制造企业等单位的研发力量和产业优势开展了长达7年的潜心研究，最终该成果以“安全、优质、智能”为目标，构建了电能变换设备与智能配电网友好交互的技术体系，提出了灵活互动的新能源友好接入、配电网高可靠供电的友好支撑、面向高电能质量的友好用电等三大关键技术，研制了具备友好交互能力的分布式虚拟同步机、三端口电力电子变压器、10千伏多功能可控模块化固态限流器、6千伏-35千伏 静止无功发生器、6千伏/10千伏高压变频器五类电能变换设备。
科技让“电”更智能
随着互联网时代的到来，智慧社区逐渐走进我们的生活当中。可以想象一下，住户还没回到家，就可以通过手机控制家里的一切电器。走在小区里，甚至会发现小区的光伏电灯不仅可以供自身使用，还为小区其他公共设施提供电能，这一系列生活的变化都来自配电网的“智能化”。
“随着智慧社区的不断发展，用电负荷的多样性、电能质量的高标准、电网结构的复杂性对配电网智能化水平要求越来越高，这要求配电网具备高可靠供电的友好支撑能力。”周柯表示。
三端口电力电子变压器就可以解决这一难题。它相当于智慧社区的“能源路由器”，满足社区安全、优质、智能的用电需求，甚至可以在局部缺电的情况下，通过灵活调控，实现小区基本用电，做到限电不停电，这是传统电力变压器无法实现的。同时，它还具备故障隔离和电能质量调节能力，提升了配电网中电能传输、变换和分配环节的供电可靠性。
近年来，各地风电、光伏发电等新能源发展迅速。“以风力发电为例，由于风速是随时发生变化，造成发电功率也长期处在较大区间波动频率上，这对于大电网的安全来说，并不是一件好事。”南方电网广西电网公司计划发展部电网二次规划与电源并网管理专责聂宇介绍，不仅如此，新能源发电并网设备故障穿越能力比较弱，如果遇到突发故障，容易发生连锁反应，就像推倒多米诺骨牌一样，影响到大电网的安全稳定。
因此，需要为新能源发电并网设备装上“水龙头”，实现新能源接入配电网的即插即用、新能源与配电网的优质互动、新能源抵御配电网扰动的稳定运行，综合形成灵活互动的新能源友好接入技术。而这个“水龙头”，就是分布式虚拟同步机，该装置使得振荡抑制能力提升了4倍，快速同步时间提升了160倍，解决了新能源发电并网设备的规模化可靠运行难题。
据项目主要参与人金庆忍介绍，该项目还研制了10千伏多功能可控模块化固态限流器、6千伏-35千伏静止无功发生器和6千伏/10千伏高压变频器，解决了部分电能变换设备引起的电能质量劣化、抗配电网扰动能力较弱等问题，显着提升了负荷侧用电的节能降损水平和抗电网扰动能力，实现了配电网与用户之间电能质量问题的双向综合防治，形成了面向高电能质量的友好用电技术。
据了解，这五类具备友好交互能力的电能变换设备在保障配电网的高可靠供电基础上，提升了配电网的用电节能降损能力，有着显着的经济、社会与生态效益，每年可减少燃煤约6万吨，减排二氧化碳约16万吨。
从实验室走向市场接受检验
“我们不希望项目成果从实验室出来就进了仓库，它应该走向市场接受检验”，这是每一个科研工作者的心声。
“三端口电力电子变压器的400伏交流端口采用了四个40千伏安 的功率输出模块并联，可以跟随负荷的变化进行内存条式的灵活配置，实现了供电容量的冗余调节和供电可靠性的提升。”南方电网广西北海供电局生技部专责洪刚介绍，新研发的三端口电力电子变压器在广西北海110千伏乾江变电站投运以来，运行情况稳定，实现了配电网中谐波超标、严重三相不平衡、短路故障等供电隐患的主动阻断、治理。
在云南楚雄110千伏东瓜变电站安装了新研发的10千伏多功能可控模块化固态限流器，经过现场测试，电能质量调节模式切换至故障限流模式整个过程控制在12毫秒以内，电压补偿深度达到20%，进一步确保了变电站的安全可靠运行。
据了解，该项目成果的五类电能变换设备在新能源发电、电力系统、工矿企业等多个行业和领域应用推广。其中值得一提的是，分布式虚拟同步机在天津中新生态城打造了世界上首个工程示范，在安徽省金寨县光伏发电精准脱贫工程中进行了推广运用，同时还在江苏、浙江等省份规模化应用，为当地政府和农户带来了直接经济效益，为光伏扶贫工程提供了有力支撑。不仅如此，6千伏-35千伏高压静止无功发生器先后在国内15个省份进行推广，部分产品远销海外。6千伏/10千伏高压变频器也在国内23个省份进行推广应用。
从“一张白纸”到项目实现重大突破、从“科研新品”到广泛应用，成绩背后，不仅来自该项目研究团队各方的付出和努力，也是南方电网广西电网公司对于科技创新的执着追求。
“近年来，广西电网公司坚持科研来源于生产经营，服务于生产经营的导向，着力研究解决生产中的疑难问题，全面强化自主创新，重点抓住智能电网、人工智能、综合能源服务等热点领域，积极开展”云、大、物、移、智“科研领域的科技项目，提升技术支撑能力，助力高质量发展。”南方电网广西电力科学研究院科研管理部主任刘路介绍。
统计数据显示，2018 年，广西电网公司新增有效专利数558 件，同比提升210%；累计有效专利数达1443 件，完成年度目标任务的142%，亿元营业收入有效专利拥有数达到2.67 的国际领先水平。
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