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完善微电网技术体系 推进分布式电源发展

文/胡月

双碳目标下,我国分布式发电将呈现爆发性的增长态势,新能源微电网可实现风、光、储等多类型分布式电源之间的有效协同控制,已成为世界各国关注的重点领域和新能源发展的重点方向。目前,对于微电网技术,成果多聚焦于微电网系统建设运行全环节中某个独立领域,缺乏系统性的技术研究成果,尤其是伴随新型交直流混合微电网群中多个微电网、多种分布式电源、多元负荷互动,多种控制策略及运行方式加大了微电网稳定控制和优化调度的复杂性,影响新能源微电网的发展和推广应用。

吕天光是山东大学电气工程学院电力系统研究所教授、博士生导师,山东大学齐鲁青年学者,主要从事电力系统智能感知与运行优化、能源系统与环境互动等关键技术的科研工作。为了完善微电网技术系统,吕天光教授带领其科研团队提出了“多微网新型配电系统互动调控关键技术及工程应用”成果。该成果主要涉及交直流多微网系统的源、荷功率预测、运行控制、优化调度与保护技术等全过程技术研发,对微电网的运行与发展都具有重要的理论意义和现实价值。

研究新能源发电技术 攻破区域能源网难关

随着国家大力推动新能源发展与多能互补系统示范,分布式能源呈现规模化和多样化的发展趋势,渗透率也将大幅提高。吕天光教授认为,由此产生的区域能源互联网将是未来城镇供能系统中的基本组成细胞,多个细胞又可根据自身能源特性和地理位置在利益驱动下形成组织,充分发挥系统集成优势并提供多元化的经济能源服务。然而,新能源发电出力难预测、不可控、抗扰动能力弱;本地具有支撑和可控能力的能源占比会逐渐降低。

吕天光教授针对未来区域能源网的运行难题,基于目前所积累的低碳电网优化、电力互动运行、分布式能源集群和智能感知技术等研究基础,他决心要进行区域能源互联网细胞 – 组织架构与建模研究,然后要实现多能耦合智能分层调控技术并发展以数字孪生为代表的智能感知技术,最终构建区域能源网与环境气候系统的交互机制。他将通过系统性研究,构建区域能源网运行的理论和方法体系,促进其高效运行和协同发展。

在吕天光教授的带领下,“多微网新型配电系统互动调控关键技术及工程应用”成果发表多篇高水平论文,其中发表在智能电网领域顶刊IEEE Transactions on Smart Grid 的研究“A data-driven stackelberg market strategy for demand response-enabled distribution systems.” 探索了配电需求响应的市场机制,为需求侧管理的智能化提供了非常有意义的理论参考。

传道授业解惑 培养后备人才

在实现自己学术理想的同时,吕天光教授注重优秀后备军团的培养,积极参与课程搭建和教学工作,不断夯实人才基础,助力学生科研学习发展。2020年起,吕天光担任山东大学电气工程学院教授。团队依托山东大学“电网智能化调度与控制”教育部重点实验室等优越平台,承担国家重大、重点科研项目,注重与电网公司等单位的合作和交流,促进研究成果转化。研究成果应用于多个国家电网示范项目并产生了显著的社会经济效益,收录于多本专著,被美国工程院院士、IEEE Fellow等国际知名专家所领导的课题组关注,并被美国阿贡国家实验室的研究论文引用。

积极与学生交流,鼓励学生参与学术活动。

在哈佛大学担任本科课程教员时,吕天光教授以助教组长和教研组核心人员身份参与了哈佛环境中心的课程改革,承担了两门能源-环境-经济交叉学科课程搭建和教学工作;并作为教研组中唯一具有能源和电力系统学术背景的参与者,独立承担了能源部分的教学改革和授课任务,在课程结束后的教学评估中,该课程被学生给予学院前5%的评价成绩;帮助教授完成《Future Energy Economies》;担任 2020 春季本科 / 研究生课程教员,帮助教授完成《The Challenge of Human Induced Climate Change:Transitioning to a Post Fossil Fuel Future》。2020 年开始,吕天光教授在山东大学主讲《电力系统调度与优化方法》与《全球能源互联网概论》。在此期间,他将擅长的交叉学科知识融入授课内容,不断拓宽学生视野;并通过教材新内容的引入让学生了解中国的电力系统现状,积极宣传我国的电力改革成绩,有效吸引优秀人才聚焦我国电力科研。

积极开展学术讲座

一片丹心育桃李,辛勤耕耘结硕果。吕天光教授在入职山东大学后,主动申请开设融合前沿理论知识的全新课程,承担/开设综合能源系统、人工智能方向的课程,独立编写课程教材,并根据同学实际需求不断修订教学内容;并积极搭建山东大学与哈佛大学,德州大学阿灵顿分校以及南卫理工会大学的合作桥梁,协助联系海外优秀学者开设中短期课程。在上课时吕天光教授注重知识传授及理想信念的树立,以自己在国外求学及工作时的经历不断激励学生,收到良好效果。在教学同时,他不忘指导本科生毕业设计和研究生的科研学习,他将前沿课题和我国现状相结合引导学生立题,带动学生进行创新型科研。

科研成果应用转化 带动产业转型升级

吕天光教授及其团队的科研成果已在山东长岛国家级微电网示范工程示范应用,高效提取了设备及线路的异常信息,有效辨别了网络薄弱节点,进而降低了设备故障率及停电时间,设备检修和维护费用分别减少17% 和23%,挽回经济损失约300万元。该成果显著提升了区域内供电可靠性和供电电能质量,增强了分布式可再生能源消纳能力,同时延缓/降低了电网设施投资,有力推动区域能源消费结构升级;成果获批“山东省分布式发电及微电网工程试验室”,推动相关技术成果在多家企业进行产品转化,累计新增销售额7.56 亿元,新增收益5.64 亿元,显著带动我国分布式发电及微电网领域相关高新技术产业发展,助推新旧动能转换。除此之外,该项目还在山东电力研究院园区微电网示范工程、承德高新区供电中心微电网系统,以及寿光华能风电场、东营河口风电场、日照莒县风电场、日照五莲风电场等多个风电企业所辖风电场得到推广应用。

研究成果适用于国内已建成或即将建设的交流、直流和交直流混合微电网,可为微电网协同优化运行控制提供“可复制、可推广”的技术解决方案和工程示范经验。成果优势同时反映到能源利用方面,突破了交直流混合微电网建设的关键技术,有效提高了可再生能源利用率,促进了能源清洁高效利用,减少了传统能源发电对环境的污染,对完成“碳达峰”、“碳中和”目标,推进节能减排和实现能源可持续发展具有重要意义,同时推进了能源发展及经营管理方式变革,转变能源结构,提高能源综合利用效率,转变经济增长方式,带动相关产业升级。

吕天光教授及其团队通过研究多类型分布式电源和用户负荷之间的协同优化控制,提升了应用区域内供电可靠性和供电电能质量;通过高精度功率预测,增强了可再生能源利用率;取得了显著的经济效益和社会效益。聚焦于社会民生方面,通过交直流混合微电网源荷功率预测、运行控制等一系列技术的开发应用,实现了多类型分布式电源最优调控和稳定运行,僻远海岛解决了因电受困的现实窘境,并可在工业园区、军事设施以及海岛、山区等偏远地区乃至广泛的配电网用户侧进行推广应用,为我国偏远地区及弱电网区域注入绿色新动能,有利于节约型社会形态的建设,有力地推动了新能源发电在全国的普及,造福更多人民。

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