淺談直流配電系統技術分析及設計構想

摘要：隨著科學技術與社會經濟的飛速發展，交流配電系統得到了迅猛發展，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量等問題成為現實。文章主要闡述了直流配電系統的相關技術，并對其設計構想進行了討論，冀望可以有效地使配電系統運行過程中的社會效益與經濟效益得到提升。

關鍵詞：直流配電系統；技術分析；系統設計；分布式電源；電能質量 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，風力發電與太陽能發電具有著輸出容量小、受地理條件限制與輸出不穩定等弊端，致使分布式電源在接入到交流電網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比較容易出現故障，而通過電纜線對電能進行配送的交流配電網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智能化進行尋求。對于電網智能化而言，其對于電網可控性具備著非常高的要求，而交流配電網可控性的較低，采取有效的措施對直流配電系統進行分析與設計，則可以為解決配電系統問題提供更多的思路與方法。

1 直流配電系統技術的相關分析

1.1 直流配電系統具備較高的效率

由于在直流配電系統內不存在趨膚效應所出現的耗損，也沒有無功功率的現象，則直流配電系統的線路損耗明顯地低于交流配電系統。直流配電系統的電子變換器是主要的損耗部位，但是目前研發出來的直流變換器的最高效率已經達到了99，而隨著科學的日趨發展，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展以及變頻調速與旋轉式負荷設備的廣泛應用，則使得直流配電系統具備著越來越高的效率。

1.2 直流配電系統具備較高的可靠性

在同等電壓下，直流配電系統具有的可靠性一般都高于交流配電系統，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生故障，其負極線路則會與大地之間形成通路，持續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著高達80%的比例，而直流配電系統具備著恢復時間短與響應速度快等特點，可以經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境。同時，選擇應用電力變換器，則可以確保直流配電系統形成相對獨立的區域，但是各區域出現的故障不會牽涉配電系統運作。

1.3 直流配電系統具備較少的影響因素

既有的交流配電系統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。在配電網發展的過程中，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象進行解決。此外，直流配電還具備著方便互聯、電能質量高以及供電范圍廣等

特征。

2 直流配電系統的具體設計構想

2.1 直流配電系統的結構改良與設計

因為電能配送方式的不同，導致傳統交流配電系統和直流配電系統存在著很大的差別，隨著科學技術的發展，直流配電系統在發展的過程中，其關鍵在于建立科學合理的網絡結構。直流配電系統的結構層次屬于多級配電網相互合作的網絡結構，而其接線方式主要有網狀、環狀與輻射狀等，直流配電系統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。

對于一些已經構建交流配電系統的區域而言，拆除交流配電網而構建直流配電網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與后來增加的直流網，再逐漸地通過直流配電網來取代交流網的方案比較實際，在對直流配電系統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 直流配電系統的設備開關技術

在電力系統中，其設備開關是對故障線路與故障區域進行分隔，避免故障牽涉其他正常區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。現階段，在直流配電系統的中低區域已經研發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展面臨著更多的挑戰與難題。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 直流配電系統的控制與運行

在交流配電系統內不可以沒有變壓器，而在直流配電系統中則不可以沒有完成直流配電系統內電壓等級轉換的電能轉換設備。同時，在直流配電系統內的電子變換裝置具備著較多的數量與樣式，其中包含著大量電壓等級配電系統，而分布式電源與儲能裝置等都需要經過變換器連接直流母線。所以，有效地對直流配電系統的控制與運行等問題進行解決，優化直流配電系統結構設計是直流配電系統面臨的重大挑戰。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，確保系統穩定性。

第二，電源根據其容量適當實施負載分配。

第三，提高系統的冗余度與可靠度，采取自動系統控制。

第四，確保直流系統電壓足夠的平穩，其電壓波動范圍不應該大于額定范圍的5%。

第五，應該有優越的系統模塊性能。

由此可知，電壓在直流配電系統中具備著很大的影響力，就直流配電系統來說，系統運作的關鍵在于直流電均流與電壓控制。同時，在對直流配電系統進行控制的過程中，確保在穩態和暫態工作狀態下，可以使電壓保持穩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，同交流配電網進行對比，以直流制為核心的直流配電網具備著很多的優勢，其具備著非常大的對現階段配電系統存在的問題進行解決的潛力與實力。同時，直流配電系統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可控性得到提升的同時，還致使整個網絡更加的復雜。所以，有效地對直流配電系統的控制與運行等問題進行解決，優化直流配電系統結構設計是直流配電系統面臨的重大挑戰。

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作者簡介：桂銘陽（1978-），男，四川大竹人，國網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）