“雙碳”背景下，能源結構加速轉型，分布式光伏迎來新一輪快速發展，也給配電網安全穩定運行帶來新的挑戰。在福建省石獅市永寧鎮沙堤村，福建電科院試點建設應用了基于電力電子變壓器的能量路由系統，實現配電網多元負荷平衡調控與協同互動。

“當前系統正向功率12千瓦，功率模組正處于同步傳輸模式，符合系統預設工作模式。”5月8日，在福建省石獅市永寧鎮沙堤村，石獅市供電公司運維人員檢查了基于電力電子變壓器的能量路由系統運行狀態。該系統為有源配電網的運行管控提供了新手段。

隨著分布式光伏規模化發展，配電網從“無源”向“有源”轉變，功率從單向流動向雙向流動轉變。傳統的配電變壓器無法滿足電壓頻繁波動狀態下的調壓需求。國網福建省電力有限公司電力科學研究院創新提出基于電力電子變壓器的能量路由系統方案，提升了配電網消納分布式光伏發電量的能力，實現了有源臺區自治、源網荷協同互動、電能質量主動管理等。

開展技術攻關

提升配電網消納光伏發電量能力

近年來，福建分布式光伏項目建設保持快速增長態勢，截至4月底，福建光伏發電裝機容量達442萬千瓦，預計2025年達到900萬千瓦。目前，泉州市光伏發電裝機容量全省第一，達95萬千瓦。

沙堤村太陽能資源豐富，年利用小時數超過1300小時。截至4月底，沙堤村整村屋頂分布式光伏并網容量達1336千瓦。該村共有公用配電變壓器17臺，總容量8480千伏安，多個臺區光伏裝機滲透率已超過70%，存在光伏發電電量倒送等問題，影響配電網安全穩定運行。

“我們通常通過配電網增容改造來解決這一問題，但該方案在設備占地面積、投資規模、功率控制等方面不具備優越性，而且還有三相不平衡、電壓雙向越限等電能質量方面的問題需要解決。”福建電科院高供電可靠性配電技術攻關團隊核心成員范元亮介紹。

為解決這些問題，2021年，攻關團隊開始研究低壓柔直互聯微電網：多個臺區通過低壓柔性直流互聯技術互聯，構建臺區組微電網，實現多臺區分布式資源靈活互動和協同運行。但是這一方案主要適用于負荷具有互補特性的場景，當電網中含極高比例分布式光伏時，難以滿足配電網高可靠運行要求。

“和低壓柔直互聯微電網相比，能量路由系統可以實現交直流、多電壓等級的電能變換，運行調控模式更多，可進一步提升配電網運行的靈活性和可靠性，提高微電網和配電網間的協同能力。但相關技術對系統的安全邊界、運行控制、動態承載能力等提出更高要求，面臨的運行工況更加復雜。”范元亮說。自2022年起，他帶領團隊研究基于電力電子變壓器的能量路由技術，并在沙堤村建設示范工程。

采用合理控制策略

保證能量路由系統高效運轉

攻關團隊多次到現場調研，與一線技術人員深入交流，了解分布式光伏項目并網的影響以及低壓柔直互聯微電網在運行中易出現的問題，總結分析地區分布式光伏發電特性。

能量路由系統可以構建單元級的能源互聯網，通過信息交互實現單元內部的能量管理和調度、微電網和配電網間的協同、設備及臺區用電狀態監測，實現能量高效分配和友好交互。

“電力電子變壓器是能量路由系統的主要功率變換設備。而電力電子變壓器控制策略是決定其工作性能的關鍵因素，采用合理的控制策略才能保證能量路由系統正常運轉。光伏發電受天氣影響大，發電功率變化快。而傳統的電力電子變壓器控制策略較少考慮暫態問題，我們需要改變控制策略，進行暫態特性分析和功率控制模式切換調試。”攻關團隊成員陳偉銘說。

沿著這一思路，攻關團隊提出了基于“級聯H橋”及“基于高頻隔離變壓器的雙有源橋”拓撲結構的暫態功率自適應控制策略。一開始，團隊成員受限于傳統控制方法框架，設計出來的控制策略存在穩態誤差大、運行損耗高等問題。經過反復的優化調整，他們提出了一種基于廣義二階積分器的鎖相方法和暫態功率平滑切換控制技術方案，減小了穩態誤差，降低了運行損耗。

今年3月22日，攻關團隊開展了基于電力電子變壓器的能量路由系統測試工作。“請檢查電壓、電流和頻率是不是已在預設范圍內。”“再檢查下功率驅動信號、通信通道和工作模式有沒有問題。”各項工作準備就緒后，范元亮按下了系統啟動按鈕。測試結果顯示該系統運行情況良好，達到設計目標。

推動技術成果應用

建成新型交直流混合微電網

福建電科院聯合泉州供電公司、石獅市供電公司推動基于電力電子變壓器的能量路由技術應用于有源配電網。經過理論驗證、系統設計、全工況模擬測試等一系列流程，4月28日，能量路由系統在沙堤村正式投入運行。在此基礎上，基于中壓直掛電力電子變壓器的新型交直流混合微電網建成。

能量路由系統由一套10千伏/630千伏安電力電子變壓器、2套250千伏安柔性互濟裝置組成，實現了10千伏交流、380伏交流、750伏直流的安全、可靠、智能及高效轉換。該系統融合先進信息技術和電能變換技術，以直流的方式將多個臺區相連，提高了分布式電能利用和調控能力、源網荷協同優化運行水平。

能量路由系統具備較強的邊緣計算和能量調控功能，可接入光伏發電設備、新能源汽車充電樁和直流配電網系統等，結合臺區智能融合終端實現能效診斷、智能調控、需求響應、用能監測、智能運維、多臺區能量互補等功能。目前，依托能量路由系統建設工作，攻關團隊已申請4項國家發明專利授權。