由國網(wǎng)北京電力牽頭研發(fā)的“交直流混聯(lián)物理試驗平臺”，基于真實電網(wǎng)的各種電氣設備搭建試驗環(huán)境，可進行電源電壓、頻率、相位快速調節(jié)以及不同負荷特性的模擬。平臺建成一年多來，在模擬試驗充電設施建設對電網(wǎng)安全和供電可靠性的影響、驗證供電保障方案的科學性等方面發(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)物理試驗平臺”負荷模擬實驗區(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，進行能量調度系統(tǒng)驗證試驗。在加快新型基礎設施建設進度背景下，國網(wǎng)北京電力落實國家電網(wǎng)有限公司有關工作要求，加快技術創(chuàng)新步伐，助推充電設施建設發(fā)展。
打造真實試驗平臺助力新技術新產(chǎn)品檢測與應用
隨著“新基建”加速落地，新能源汽車充電設施建設成為熱點之一。充電設施建設將對電網(wǎng)安全和供電可靠性產(chǎn)生哪些影響？“交直流混聯(lián)物理試驗平臺”能預知答案。
與以往停留在理論研究和軟件仿真不同，“交直流混聯(lián)物理試驗平臺”基于真實電網(wǎng)的各種電氣設備搭建試驗環(huán)境，構建了容量為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)、負荷模擬區(qū)、被測實驗區(qū)4部分，含44臺10千伏開關柜、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)，可以進行電源電壓、頻率、相位快速調節(jié)以及不同負荷特性的模擬。在能量調度系統(tǒng)驗證試驗中，平臺能全景模擬電動汽車充電、儲能、能源調配、回饋等各個流程，同時采集各節(jié)點的電流、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)。
“在技術更新或新產(chǎn)品投運前，需要經(jīng)過一系列檢測。如果用真實電網(wǎng)試驗，難免會給用戶或電網(wǎng)帶來影響，還要考慮各種風險因素。”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)物理試驗平臺”提供了一種全新的試驗方法，可構建不少于7種交直流混合配電網(wǎng)拓撲，模擬各種真實電網(wǎng)結構，驗證新產(chǎn)品或新技術在真實電網(wǎng)中的應用情況，體現(xiàn)出超強的適應性與匹配性。
模擬真實用電負荷特性科學驗證供電保障方案
在“交直流混聯(lián)物理試驗平臺”智能自組網(wǎng)識別技術實驗區(qū)內(nèi)，林立著交直流負荷開關陣列、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荷提供全工況、全模擬、全演練的技術驗證，通過運行數(shù)據(jù)采集、分析，掌握負荷啟動和電壓跌落敏感特性，為負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通信技術實現(xiàn)本地數(shù)據(jù)監(jiān)測功能,充分論證供電方案的科學性和可靠性。
2019年1月，由國網(wǎng)北京電力牽頭承擔的“交直流混合配電網(wǎng)關鍵技術”863計劃課題順利通過科技部驗收，作為任務支撐的首個10千伏交直流混聯(lián)物理試驗平臺隨之落成。“平臺具備開展交直流混合配電網(wǎng)試驗的能力。這是強化基礎前瞻性技術研究、支撐電網(wǎng)生產(chǎn)、經(jīng)營創(chuàng)新發(fā)展的有益嘗試。”驗收專家組評價。
平臺建成一年多來，國網(wǎng)北京電力將這項嘗試落到了實處。目前，平臺可實現(xiàn)智能配電網(wǎng)設備，風電、光伏、儲能、充電等新能源設備與電網(wǎng)接入、互動技術的研究和測試，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，對關鍵設備、重要負荷的供電保障要求高。如何保障現(xiàn)場700余個用電點位的供電可靠性，是供電保障工作的重點。應用“交直流混聯(lián)物理試驗平臺”，國網(wǎng)北京電力圍繞重點場所和關鍵環(huán)節(jié)，把現(xiàn)場可能發(fā)生的各種情況提前納入驗證范圍，并根據(jù)驗證結果，將細節(jié)想深想透、將方案做細做實。
“活動中的煙花、大屏幕、舞臺威亞等各種用電負荷都在平臺做過驗證。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)場我們能得心應手、有底氣的原因。”王興越說。
此外，“交直流混聯(lián)物理試驗平臺”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)配電設施等負荷特性，有效提升城市配電系統(tǒng)的電能質量和可靠性。
突破仿真試驗瓶頸讓研究成果轉化更加精準
“過去，有關電力領域的研究大多是用虛擬仿真平臺做試驗，這是一種理想狀態(tài)，不夠真實，更不能根據(jù)實際情況靈活調整試驗條件。”4月15日，正在參與公交車充電站項目四期儲能設備測試的工作人員說。平臺落地后，試驗中采用的儲能逆變柜、儲能電池柜等設備都是實打實的“真家伙”。平臺能夠測試儲能設備充放電的穩(wěn)定性及后臺控制策略，使研究成果的轉化更加精準，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定功率的問題，并通過后臺控制自動實現(xiàn)充放電，以達到削峰填谷的目的。
2015年4月，“交直流混合配電網(wǎng)關鍵技術”863計劃課題獲得科技部立項批復，“交直流混聯(lián)物理試驗平臺”研發(fā)工作正式啟動。此項目理念先進、施工調試要求高，國內(nèi)外技術基礎幾乎為零。
項目研發(fā)團隊需完成場地改造、設備搭建、系統(tǒng)聯(lián)調和指標測試等多項任務。“我們所研發(fā)的項目是具有開創(chuàng)性的，無經(jīng)驗可循。”最早加入研發(fā)團隊的成員姜秀麗說。
如何模擬出一個真實的城市配電網(wǎng)，怎么滿足用戶對供電性能和電能質量的需求，怎樣應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。在平臺建設之初，研發(fā)團隊花了大量時間在“架橋鋪路”上。研究方向把握不準，團隊成員就翻閱大量國內(nèi)外資料，再碰頭討論具體細節(jié)；設計方案拿不準，就邀請內(nèi)外部技術專家進行指導。經(jīng)過四年多的科研攻關，“交直流混聯(lián)物理試驗平臺”各項考核指標均以高水平通過國家科技部的驗收，并在充電設施建設、重大活動保電方案驗證等方面發(fā)揮重要作用。
