淺談直流配電系統(tǒng)技術分析及設計構想

摘要：隨著科學技術與社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，交流配電系統(tǒng)得到了迅猛發(fā)展，很多專家學者逐漸開始對直流配電技術進行關注。同時，如果想要使直流配電技術得到更好的發(fā)展，則應該確保安全有效地接入分布式電源、增強供電可靠性、加強運作效率以及改善電能質(zhì)量等問題成為現(xiàn)實。文章主要闡述了直流配電系統(tǒng)的相關技術，并對其設計構想進行了討論，冀望可以有效地使配電系統(tǒng)運行過程中的社會效益與經(jīng)濟效益得到提升。

關鍵詞：直流配電系統(tǒng)；技術分析；系統(tǒng)設計；分布式電源；電能質(zhì)量 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM72 文章編號：1009-2374（2015）04-0133-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0347

同火電、核電與水電等進行比較，風力發(fā)電與太陽能發(fā)電具有著輸出容量小、受地理條件限制與輸出不穩(wěn)定等弊端，致使分布式電源在接入到交流電網(wǎng)的過程中存在著大量的問題。其中，通過架空線對電能進行輸送的交流配電網(wǎng)比較容易出現(xiàn)故障，而通過電纜線對電能進行配送的交流配電網(wǎng)的供電范圍比較容易受到充電電流的制約，由此則導致用戶不斷地在對電網(wǎng)智能化進行尋求。對于電網(wǎng)智能化而言，其對于電網(wǎng)可控性具備著非常高的要求，而交流配電網(wǎng)可控性的較低，采取有效的措施對直流配電系統(tǒng)進行分析與設計，則可以為解決配電系統(tǒng)問題提供更多的思路與方法。

1 直流配電系統(tǒng)技術的相關分析

1.1 直流配電系統(tǒng)具備較高的效率

由于在直流配電系統(tǒng)內(nèi)不存在趨膚效應所出現(xiàn)的耗損，也沒有無功功率的現(xiàn)象，則直流配電系統(tǒng)的線路損耗明顯地低于交流配電系統(tǒng)。直流配電系統(tǒng)的電子變換器是主要的損耗部位，但是目前研發(fā)出來的直流變換器的最高效率已經(jīng)達到了99，而隨著科學的日趨發(fā)展，半導體寬禁帶電子器件也得到了廣泛的關注與應用，變換器效率也得到了很大的提升，以此為解決直流配電網(wǎng)的損耗具備起著非常重要的作用。隨著直流電負載的日趨發(fā)展以及變頻調(diào)速與旋轉(zhuǎn)式負荷設備的廣泛應用，則使得直流配電系統(tǒng)具備著越來越高的效率。

1.2 直流配電系統(tǒng)具備較高的可靠性

在同等電壓下，直流配電系統(tǒng)具有的可靠性一般都高于交流配電系統(tǒng)，如果某個直流電路存在兩根導線，一旦直流配電的正極線路發(fā)生故障，其負極線路則會與大地之間形成通路，持續(xù)不斷地把功率向外輸送。此外，在全部的線路故障中，單向或者是單極瞬時接地故障占據(jù)著高達80%的比例，而直流配電系統(tǒng)具備著恢復時間短與響應速度快等特點，可以經(jīng)過重復的降電壓運作與再啟動模式使故障得以消除，并使其快速地恢復到運作環(huán)境。同時，選擇應用電力變換器，則可以確保直流配電系統(tǒng)形成相對獨立的區(qū)域，但是各區(qū)域出現(xiàn)的故障不會牽涉配電系統(tǒng)運作。

1.3 直流配電系統(tǒng)具備較少的影響因素

既有的交流配電系統(tǒng)運行時往往受到電壓、頻率與相位幅值的影響，而直流配電系統(tǒng)則僅會受到電壓幅值帶來的影響，因此只需要對電壓幅值進行控制即可。在配電網(wǎng)發(fā)展的過程中，選擇使用電纜線路是一種必然的趨勢，交流電在應用較大電容的電纜對電能進行配送時，則會出現(xiàn)很多電容充電電流，其中線路輸電容量與線路損耗程度也會由此減少與增加，而直流輸電則可以有效地對交流輸電的此種現(xiàn)象進行解決。此外，直流配電還具備著方便互聯(lián)、電能質(zhì)量高以及供電范圍廣等

特征。

2 直流配電系統(tǒng)的具體設計構想

2.1 直流配電系統(tǒng)的結構改良與設計

因為電能配送方式的不同，導致傳統(tǒng)交流配電系統(tǒng)和直流配電系統(tǒng)存在著很大的差別，隨著科學技術的發(fā)展，直流配電系統(tǒng)在發(fā)展的過程中，其關鍵在于建立科學合理的網(wǎng)絡結構。直流配電系統(tǒng)的結構層次屬于多級配電網(wǎng)相互合作的網(wǎng)絡結構，而其接線方式主要有網(wǎng)狀、環(huán)狀與輻射狀等，直流配電系統(tǒng)的結構設計存在著差異，其控制難易程度與成本也存在著一定的差別。其具體要求應該依照實際的資金狀況與應用場合進行

決定。

對于一些已經(jīng)構建交流配電系統(tǒng)的區(qū)域而言，拆除交流配電網(wǎng)而構建直流配電網(wǎng)的意義還需要進一步進行研究。從理論上而言，先混合應用既有交流網(wǎng)與后來增加的直流網(wǎng)，再逐漸地通過直流配電網(wǎng)來取代交流網(wǎng)的方案比較實際，在對直流配電系統(tǒng)的結構進行改良與設計的過程中，合理地對直流變電站進行布局是至關重

要的。

2.2 直流配電系統(tǒng)的設備開關技術

在電力系統(tǒng)中，其設備開關是對故障線路與故障區(qū)域進行分隔，避免故障牽涉其他正常區(qū)域運行的一種關鍵設備。同直流電流進行對比，其中開關設備的分斷較為容易，但是卻比交流開關設備麻煩很多?，F(xiàn)階段，在直流配電系統(tǒng)的中低區(qū)域已經(jīng)研發(fā)出了可以斷開很大容量的直流斷路器，但是卻具備著較高的成本，由此導致直流開關設備的發(fā)展面臨著更多的挑戰(zhàn)與難題。就當前的技術而言，選擇半導體和機械混合式開關具備著較高的可行性。

2.3 直流配電系統(tǒng)的控制與運行

在交流配電系統(tǒng)內(nèi)不可以沒有變壓器，而在直流配電系統(tǒng)中則不可以沒有完成直流配電系統(tǒng)內(nèi)電壓等級轉(zhuǎn)換的電能轉(zhuǎn)換設備。同時，在直流配電系統(tǒng)內(nèi)的電子變換裝置具備著較多的數(shù)量與樣式，其中包含著大量電壓等級配電系統(tǒng)，而分布式電源與儲能裝置等都需要經(jīng)過變換器連接直流母線。所以，有效地對直流配電系統(tǒng)的控制與運行等問題進行解決，優(yōu)化直流配電系統(tǒng)結構設計是直流配電系統(tǒng)面臨的重大挑戰(zhàn)。在對變換器進行控制的過程中，應該注意以下五個因素：

第一，確保系統(tǒng)穩(wěn)定性。

第二，電源根據(jù)其容量適當實施負載分配。

第三，提高系統(tǒng)的冗余度與可靠度，采取自動系統(tǒng)控制。

第四，確保直流系統(tǒng)電壓足夠的平穩(wěn)，其電壓波動范圍不應該大于額定范圍的5%。

第五，應該有優(yōu)越的系統(tǒng)模塊性能。

由此可知，電壓在直流配電系統(tǒng)中具備著很大的影響力，就直流配電系統(tǒng)來說，系統(tǒng)運作的關鍵在于直流電均流與電壓控制。同時，在對直流配電系統(tǒng)進行控制的過程中，確保在穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)工作狀態(tài)下，可以使電壓保持穩(wěn)定是面臨的重要問題。

3 結語

總而言之，在直流負荷多和分布式電源多的情況下，同交流配電網(wǎng)進行對比，以直流制為核心的直流配電網(wǎng)具備著很多的優(yōu)勢，其具備著非常大的對現(xiàn)階段配電系統(tǒng)存在的問題進行解決的潛力與實力。同時，直流配電系統(tǒng)還可以簡單地實施運行控制，但是其在運行與控制的過程中還具備著獨特性，特別是存在著大量的變換裝置，眾多變換器在使直流配電網(wǎng)可控性得到提升的同時，還致使整個網(wǎng)絡更加的復雜。所以，有效地對直流配電系統(tǒng)的控制與運行等問題進行解決，優(yōu)化直流配電系統(tǒng)結構設計是直流配電系統(tǒng)面臨的重大挑戰(zhàn)。

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作者簡介：桂銘陽（1978-），男，四川大竹人，國網(wǎng)四川省電力公司達州供電公司工程師，研究方向：輸配電技術。

（責任編輯：蔣建華）