1月8日，河北省張家口市張北縣，氣溫已下降到零下22攝氏度，在通往阿里巴巴張北數(shù)據(jù)中心的道路兩邊，厚厚的積雪還沒有融化，一座座白色風機高高聳立，巨大的葉片悠悠轉動，成片光伏發(fā)電板整齊排列在草原之中。
國網(wǎng)冀北電力有限公司日前建成投運的張家口柔性變電站及交直流配電網(wǎng)示范工程，猶如一座橋梁，將該數(shù)據(jù)中心與張北縣德勝村億利集團光伏扶貧電站連接在一起，為該數(shù)據(jù)中心提供源源不斷的綠色能源。該示范工程首次實現(xiàn)了智能電網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的供用電深度結合，真正實現(xiàn)了阿里巴巴張北數(shù)據(jù)中心用能清潔化。
柔性變電技術 接受和分配電能更靈活可控
“冀北地區(qū)新能源資源豐富，尤其是光伏發(fā)電近年來發(fā)展迅猛。我們一直在想，如何找到一種變電技術，既能滿足配電網(wǎng)日益增長的復雜需求，又能直接應用光伏的直流電。”國網(wǎng)冀北電力科信部主任閆忠平告訴記者。
近年來，國網(wǎng)冀北電力立足于探索未來配電網(wǎng)的發(fā)展形態(tài)，服務于張家口可再生能源示范區(qū)建設，協(xié)同全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院、南瑞集團中電普瑞科技等單位，與阿里巴巴集團、億利集團緊密合作，以配電網(wǎng)技術創(chuàng)新引領“源-網(wǎng)-荷”協(xié)調發(fā)展，在全球首次提出了大膽的柔性變電技術設想，并成功將其變?yōu)楝F(xiàn)實。
2018年12月26日，世界首個柔性變電站及交直流配電網(wǎng)示范工程完成了近1年的全部試驗和試運行，正式投入商業(yè)運行。
該示范工程建設有10千伏光伏直流升壓站一座、10千伏柔性變電站一座。其中，10千伏柔性變電站的核心設備電力電子變壓器具有4個交直流端口，在配電網(wǎng)中如同一個“縱橫交錯江河中的碼頭”。示范工程在低壓側能夠提供直流750伏（含240伏）、交流380伏等3種靈活的供電方式，可實現(xiàn)多種能源、多元負荷和儲能的即插即用和靈活接入；打造了靈活開放的能源互聯(lián)網(wǎng)平臺，通過接入張北縣德勝村2.5兆瓦光伏扶貧發(fā)電，滿足了阿里巴巴張北數(shù)據(jù)中心綠色用能需求，實現(xiàn)了發(fā)電、電網(wǎng)、客戶等多利益主體的共贏。
“這是電力電子技術領域第一次由中國人提出概念并加以實現(xiàn)的偉大實踐，歷史將會記住這一天。”該示范工程正式投入商業(yè)運行時，全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院院長邱宇峰感嘆道。
“柔性變電站就是對不同形式的電壓和電流進行高效變換，并以靈活可控即插即用方式接受和分配電能?！弊鳛楣こ痰娜虆⑴c者，國網(wǎng)冀北電力科信部智能處處長徐彭亮解釋道，“柔性”主要體現(xiàn)在：電源和負荷接入是柔性的，可以交流供電也可以直流供電；不同端口間的功率調節(jié)平滑、無間斷，一路電源故障后，另一路電源自動承載全部負荷，沒有任何間斷；電源和負荷在電氣上是連接的，但電能質量問題是相互隔離的，相當于建立了一個防火墻，防止電網(wǎng)側的諧波污染進入客戶側，反之亦然。
而傳統(tǒng)變電站的調節(jié)只能二選一，具有排他性，交流和直流不可兼得；所有問題都會在電網(wǎng)和客戶之間互相傳遞。在傳統(tǒng)變電站條件下，客戶如果將新能源直接作為一路電源，因其間歇性，必然經(jīng)歷頻繁的電源切換和電源短時中斷，柔性變電站則可以完美解決這一問題。
攻克世界級難題 實現(xiàn)清潔能源就近消納
“首臺”“首次”“首套”成為示范工程建設中的高頻詞。示范工程作為集技術創(chuàng)新、新興產(chǎn)業(yè)多元供電服務、光伏扶貧、清潔能源消納于一體的能源互聯(lián)網(wǎng)示范項目，是我國率先提出并實現(xiàn)的交直流混合配電網(wǎng)技術。工程為應對配電網(wǎng)電源清潔化、多元化，網(wǎng)絡電力電子化、信息化以及負荷特性復雜化、互動化的發(fā)展需求，提供了重要解決方案。
“我們成功攻克了成套設計、‘源-網(wǎng)-荷’控制保護等一系列技術難題，終于打造出一個靈活開放的平臺，實現(xiàn)了發(fā)電、電網(wǎng)、客戶的共贏?，F(xiàn)在的柔性變電站裝備可實現(xiàn)多種能源、多元負荷和儲能即插即用，為客戶提供了豐富的自主選擇權。”徐彭亮說。
“常規(guī)的數(shù)據(jù)中心使用的是雙路交流電。阿里從2011年起就開始使用一路高壓直流電。高壓直流的優(yōu)勢在于沒有中間的逆變環(huán)節(jié)，減少能效損耗。柔變項目正好匹配我們的業(yè)務需求，最大的好處是就近消納了光伏發(fā)電的直流電。”阿里巴巴數(shù)據(jù)中心的工作人員說。
記者了解到，示范項目選址于此，是因為張北地區(qū)新能源資源豐富，還具備空氣清潔、氣溫低、電價低等特點，而看重這些特點的阿里巴巴數(shù)據(jù)中心一方面對使用綠色能源具有一定需求，同時對于電力可靠性也具有極高的要求。但是，新能源目前存在不穩(wěn)定的問題，且當前光伏+儲能造價成本太高，尚不具備經(jīng)濟性，通過示范項目則可將新能源和常規(guī)電網(wǎng)無縫連接，能夠較好地銜接發(fā)電企業(yè)與客戶的需求。
“在阿里巴巴張北云計算數(shù)據(jù)中心，通過直流升壓的方式，將光伏發(fā)電輸送至數(shù)據(jù)中心，接入系統(tǒng)作為備用，可以實現(xiàn)綠色能源的就近消納，余量還可上網(wǎng)。這套設備在一定程度上代表配電網(wǎng)的發(fā)展方向。”徐彭亮說道。
“簡而言之，基于柔性變電站的交直流配電網(wǎng)減少了轉換過程，縮小了設備體積，降低了能耗折損，同時也保證了數(shù)據(jù)中心的用電可靠性?！比蚰茉椿ヂ?lián)網(wǎng)研究院電力電子研究所所長鄧占鋒說，數(shù)據(jù)中心對用電的質量有較高的要求，而電網(wǎng)本身由于接入客戶眾多而存在諸多干擾因素。經(jīng)過這套裝置，電網(wǎng)的干擾不會傳導給客戶，同時，數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的干擾通過這套裝置進行了有效的隔離，也不會傳導至電網(wǎng)。
對于新能源發(fā)電企業(yè)而言，基于柔性變電站的配電網(wǎng)能夠降低能耗，保證新能源的就近消納，增加電站收益。
“光伏發(fā)電一般需要將直流電通過逆變器變成交流電再上網(wǎng)，客戶側需要將交流電變成直流電進行使用，過程中存在能耗損失?！眱|利集團張家口億源新能源有限公司副總經(jīng)理戚洪林介紹，基于柔性變電站的交直流配電網(wǎng)解決了分布式光伏電站就地消納的問題，實現(xiàn)了光伏發(fā)電兆瓦級容量不經(jīng)逆變環(huán)節(jié)，直接高壓直流并網(wǎng)，降低了過程中的損耗。按照市場常見光伏逆變器效率折算，該項目降低變換損耗約為2%，每年可為億源德勝光伏扶貧電站增加7萬余元收益。
示范工程成功投入商業(yè)運營，對未來交直流配電網(wǎng)的設計運行作出了有益探索。下一步，國網(wǎng)冀北電力將把這一技術應用到服務冬奧的智能配網(wǎng)中，提高新能源的消納水平，提高設備利用率，降低電網(wǎng)造價。
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