含分布式電源的低壓直流配電網(wǎng)研究

趙永紅　唐鑫

摘 要：隨著智能電網(wǎng)建設(shè)工作的逐步深入，分布式電源有了長遠(yuǎn)發(fā)展，其在低壓直流配電網(wǎng)中的應(yīng)用也越來越多，也提高了電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性。本文基于大量的文獻(xiàn)資料分析了分布式電源和低壓直流配電網(wǎng)特點，然后對含分布式電源的低壓直流配電網(wǎng)建設(shè)提出了幾點建議，并具體探討了該電網(wǎng)建設(shè)中的關(guān)鍵技術(shù)，僅供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：分布式電源；關(guān)鍵技術(shù)；低壓直流配電網(wǎng)

中圖分類號：TM744 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）22-0123-02

近些年來，隨著電網(wǎng)交流系統(tǒng)規(guī)模的不斷加大，其穩(wěn)定性、安全性問題日益受到關(guān)注，傳統(tǒng)的穩(wěn)定性設(shè)備已經(jīng)很難滿足電網(wǎng)安全運(yùn)行需求。此外，環(huán)境問題越來越突出，可再生能源應(yīng)用呼聲越來越高，對交流配電網(wǎng)建設(shè)提出了更高要求。介于此，直流模式應(yīng)用于交流配電網(wǎng)是必要的，利于適應(yīng)當(dāng)前交流配電網(wǎng)建設(shè)需要。加之，分布式電源與直流模式結(jié)合在一起，可在提高電網(wǎng)運(yùn)行可靠性基礎(chǔ)上減少投資成本、降低能源消耗，為電力行業(yè)發(fā)展創(chuàng)造巨大潛力。

1 分布式電源

分布式電源，指的是功率在數(shù)千瓦至20MW之間的，和輸電系統(tǒng)不直接相連的一種獨立電源系統(tǒng)[1]。一般情況下，分布式電源電壓等級都在35kV以下，其中涵蓋可再生能源設(shè)備和部分儲能設(shè)備。如，太陽能發(fā)電設(shè)備、電磁儲能設(shè)備等。

2 低壓直流配電網(wǎng)

低壓直流配電網(wǎng)是近年來剛剛發(fā)展起來的，雖然技術(shù)成熟度有待進(jìn)一步提升，但是其優(yōu)勢特點有目共睹。第一，電源轉(zhuǎn)換效率高。低壓直流配電網(wǎng)中的可再生能源設(shè)備較多，這些設(shè)備產(chǎn)生的電能基本以直流電形式存在，直流電接入傳統(tǒng)的交流電網(wǎng)會出現(xiàn)逆變現(xiàn)象，很容易造成電能損失，降低新能源利用率[2]。而采用直流電網(wǎng)后，可再生能源設(shè)備產(chǎn)生的電能可以直接接入，或經(jīng)逆變器進(jìn)入，極大提高了電源轉(zhuǎn)換效率，且節(jié)省電能；第二，節(jié)省空間和成本。電網(wǎng)設(shè)備、計算機(jī)、家用電器設(shè)備等采用直流電源供電后，將這些設(shè)備接入低壓直流配電網(wǎng)中，可節(jié)能空間和成本；第三，供電可靠性高。為了分析低壓直流配電網(wǎng)供電可靠性高的特點，以通信系統(tǒng)為例。通信系統(tǒng)一般24小時不間斷通電，交流電網(wǎng)雖然配置了UPS系統(tǒng)，但是與直流供電系統(tǒng)相比，其技術(shù)依然存在一定不足，如變頻器會降低交流系統(tǒng)效率、電磁降低設(shè)備可維護(hù)性等。所以，采用低壓直流系統(tǒng)利用提高配電網(wǎng)運(yùn)行可靠性。

3 含分布式電源的低壓直流配電網(wǎng)建設(shè)和關(guān)鍵技術(shù)

鑒于分布式電源和低壓直流配電網(wǎng)的特點，含分布式電源的低壓直流配電網(wǎng)有著很好的發(fā)展前景，其應(yīng)用市場是非常寬廣的。但是以目前的技術(shù)水平和成熟度而言，想要大范圍應(yīng)用這一種類型的低壓配電網(wǎng)有一定難度。下面結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)和經(jīng)驗進(jìn)行了相關(guān)分析，對含分布式電源的低壓配電網(wǎng)建設(shè)提出了幾點建議。

3.1 建設(shè)建議

對含分布式電源的低壓配電網(wǎng)設(shè)計時，需要考慮四個方面因素[3]：第一，現(xiàn)階段電力市場中的配電網(wǎng)容量成本和不同電源的電價成本；第二，低壓配電網(wǎng)的供電可靠性、網(wǎng)損及運(yùn)行費用等；第三，分布式電源的運(yùn)行成本、投資費用，以及電源間的互補(bǔ)性等；第四，電力用戶、供電企業(yè)等相關(guān)利益主體的需求、利益等。綜合考慮以上各個方面因素后，依據(jù)變量要素確定三種設(shè)計方案：

第一種：單一的分布式電源設(shè)計。實際上，這種設(shè)計是一種在保證配電網(wǎng)饋線正常運(yùn)行情況下，優(yōu)化分布式電源的容量和安裝位置的一種方式。就目前而言，我國很多地方都采用這樣的設(shè)計方案，其應(yīng)用范圍比較廣泛。在單一的分布式電源下，通過計算微增量進(jìn)行排序，確定出分布式電源安裝最佳位置；對電壓改善程度、環(huán)境效益、網(wǎng)損等進(jìn)行綜合考量，確定分布式電源容量；利用潮流計算中的模型分析分布式電源接入的整體影響，將分析重點工作放在對電壓質(zhì)量的影響上，盡量降低對網(wǎng)損的影響，確保選址、定容科學(xué)合理。

第二種，分布式電源與低壓直流配電網(wǎng)網(wǎng)架協(xié)調(diào)設(shè)計。首先，將交流配電網(wǎng)直接改造為直流配電網(wǎng)，然后再進(jìn)行分布式電源與直流配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)設(shè)計，從整體上進(jìn)行配電網(wǎng)全面優(yōu)化。目前，從求解算法角度看，含分布式電源的低壓直流配電網(wǎng)設(shè)計具有約束條件復(fù)雜、目標(biāo)混合等特點。為適合這一特點，可采用數(shù)學(xué)優(yōu)化計算法、智能優(yōu)化計算法等，滿足設(shè)計優(yōu)化要求。

第三種：交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)混合設(shè)計。在現(xiàn)有交流系統(tǒng)基礎(chǔ)上直接引入直流系統(tǒng)，為用電提供交流、直流兩種電源，用戶根據(jù)自身需求選擇適合的供電電源。雖然這種設(shè)計方案一定程度上增加了變電站和配電網(wǎng)建設(shè)成本，但是方便了電力用戶用電，利于提高服務(wù)質(zhì)量。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

含分布式電源的低壓直流配電網(wǎng)設(shè)計還處于發(fā)展階段，從現(xiàn)有技術(shù)條件看，這一電網(wǎng)設(shè)計需要利用以下關(guān)鍵技術(shù)。

3.2.1 電力電子接口技術(shù)

含分布式電源的低壓直流配電網(wǎng)中，分布式電源、儲能設(shè)備、可再生能源設(shè)備和各種負(fù)載基本都是直接或通過各種電力電子裝置與直流母線連接起來的，不同電源、不同負(fù)載需要使用不同的電力電子接口裝置，可見對電力電子接口有著較高要求。

當(dāng)前，電力電子接口技術(shù)主要包括網(wǎng)側(cè)接口技術(shù)、負(fù)載側(cè)接口技術(shù)、分布式電源接口技術(shù)等[4]。第一，網(wǎng)側(cè)接口技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)接口是一種低壓直流配電網(wǎng)與輸電線路連接的電力電子裝置，主要有雙向DC/DC、雙向AC/DC等變換器，這兩種變換器都能滿足能量雙向流動要求，可根據(jù)實際情況選用最適合的變換器。第二，負(fù)載側(cè)接口技術(shù)。結(jié)合各種負(fù)載的特點，將負(fù)載直接連到直流母線上，或通過DC/AC、DC/DC變換器，以及不同功率的電源適配器連接到直流母線上。DC/AC、DC/DC變換器的技術(shù)成熟度很高，轉(zhuǎn)換效率也很高，在這里建議采用這種連接方式，可降低故障率。此外，由于負(fù)載側(cè)接口距離使用者的距離比較近，如果選用這種電力電子接口技術(shù)，不僅能保證供電質(zhì)量、供電安全，還能提高供電效率和設(shè)備可操作性。第三，分布式電源接口技術(shù)。采用分布式電源接口，能夠?qū)⑻柲?、風(fēng)力發(fā)電等分布式電源與低壓直流配電網(wǎng)連接起來，具有較高的集成性。但是，與直流配電網(wǎng)連接時仍然要采用DC/AC、DC/DC變換器，三端口變換器還在研發(fā)中。

3.2.2 母線電壓控制技術(shù)

對于含分布式電源的低壓直流配電網(wǎng)而言，由于分布式電源設(shè)備、儲能設(shè)備等較多，可能會出現(xiàn)電源、負(fù)載分布不均衡等現(xiàn)象，致使直流母線各點電壓不相等，在電源間產(chǎn)生環(huán)流問題。對此，對并聯(lián)變換器進(jìn)行均流控制，抑制環(huán)流，確保直流母線電壓穩(wěn)定?？刂品绞娇刹捎眉锌刂啤⒅鲝目刂啤o主從控制等[5]，其中無主從控制因為具有分布式特點，成為未來發(fā)展趨勢，也是當(dāng)前研究工作的重點。

3.2.3 配電網(wǎng)保護(hù)技術(shù)和故障診斷技術(shù)

含分布式電源的低壓治理配電網(wǎng)運(yùn)行過程中，低壓直流配電網(wǎng)保護(hù)技術(shù)和故障診斷技術(shù)是安全運(yùn)行的基礎(chǔ)。與交流配電網(wǎng)相比，直流配電網(wǎng)的保護(hù)技術(shù)與故障診斷技術(shù)還不成熟，當(dāng)下沒有完善的保護(hù)方案，但要持續(xù)加大接地方式、故障檢測、故障診斷、故障處理、繼電保護(hù)等方面的研究，不斷提高低壓直流配電網(wǎng)運(yùn)行保護(hù)能力和故障排除能力，保證電網(wǎng)運(yùn)行可靠性，放心使用含分布式電源的低壓直流配電網(wǎng)。

4 結(jié)語

綜上所述，分布式電源和低壓直流配電網(wǎng)都有著各自的優(yōu)勢，在供電系統(tǒng)中的應(yīng)用是當(dāng)前及今后我國電網(wǎng)建設(shè)的主要方向，利于推動堅強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)。含分布式電源的低壓直流配電網(wǎng)可采用單一的分布式電源設(shè)計、分布式電源與低壓直流配電網(wǎng)網(wǎng)架協(xié)調(diào)設(shè)計、交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)混合設(shè)計等幾種方案。同時，注意電力接口技術(shù)、母線電壓控制技術(shù)、配電網(wǎng)保護(hù)技術(shù)及故障診斷技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用，支持并保證配電網(wǎng)運(yùn)行安全。

參考文獻(xiàn)

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