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近期，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”获2018年度广西壮族自治区科技进步一等奖。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，攻克了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。
让电能变换设备和配电网友好交互
近年来，我国高度重视智能电网发展。电能变换设备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，广西电力科学研究院电力系统所主任周柯表示：“电能变换设备和配电网的友好交互与和谐发展很重要。”
电能变换设备与智能配电网在“源—网—荷”各层级中交互不友好的现象普遍存在。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。电能变换设备与智能配电网的友好交互问题亟待解决。
为此，从2012年开始，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、6千伏至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，智慧社区逐渐走进生活。“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，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。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、光伏发电等发展迅速。“以风力发电为例，由于风速随时变化，造成发电功率长期处在较大区间波动频率上，这对于大电网的安全来说不是好事。”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说。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，影响大电网的安全稳定。
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。这个“水龙头”就是分布式虚拟同步机。该装置使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、6千伏至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4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。”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。
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。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，为当地带来了直接经济效益。6千伏至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。
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