淺談直流配電系統(tǒng)技術(shù)分析及設(shè)計(jì)構(gòu)想

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(xué)者逐漸開始對(duì)直流配電技術(shù)進(jìn)行關(guān)注。同時(shí)，如果想要使直流配電技術(shù)得到更好的發(fā)展，則應(yīng)該確保安全有效地接入分布式電源、增強(qiáng)供電可靠性、加強(qiáng)運(yùn)作效率以及改善電能質(zhì)量等問題成為現(xiàn)實(shí)。文章主要闡述了直流配電系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)，并對(duì)其設(shè)計(jì)構(gòu)想進(jìn)行了討論，冀望可以有效地使配電系統(tǒng)運(yùn)行過程中的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益得到提升。

關(guān)鍵詞：直流配電系統(tǒng)；技術(shù)分析；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；分布式電源；電能質(zhì)量 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM72 文章編號(hào)：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(jìn)行比較，風(fēng)力發(fā)電與太陽能發(fā)電具有著輸出容量小、受地理?xiàng)l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(duì)電能進(jìn)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(duì)電能進(jìn)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(dǎo)致用戶不斷地在對(duì)電網(wǎng)智能化進(jìn)行尋求。對(duì)于電網(wǎng)智能化而言，其對(duì)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(duì)直流配電系統(tǒng)進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)，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(shù)的相關(guān)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(yīng)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(dá)到了99，而隨著科學(xué)的日趨發(fā)展，半導(dǎo)體寬禁帶電子器件也得到了廣泛的關(guān)注與應(yīng)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(fù)載的日趨發(fā)展以及變頻調(diào)速與旋轉(zhuǎn)式負(fù)荷設(shè)備的廣泛應(yīng)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(gè)直流電路存在兩根導(dǎo)線，一旦直流配電的正極線路發(fā)生故障，其負(fù)極線路則會(huì)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(shí)接地故障占據(jù)著高達(dá)80%的比例，而直流配電系統(tǒng)具備著恢復(fù)時(shí)間短與響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，可以經(jīng)過重復(fù)的降電壓運(yùn)作與再啟動(dòng)模式使故障得以消除，并使其快速地恢復(fù)到運(yùn)作環(huán)境。同時(shí)，選擇應(yīng)用電力變換器，則可以確保直流配電系統(tǒng)形成相對(duì)獨(dú)立的區(qū)域，但是各區(qū)域出現(xiàn)的故障不會(huì)牽涉配電系統(tǒng)運(yùn)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(yùn)行時(shí)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(huì)受到電壓幅值帶來的影響，因此只需要對(duì)電壓幅值進(jìn)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(shì)，交流電在應(yīng)用較大電容的電纜對(duì)電能進(jìn)行配送時(shí)，則會(huì)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(huì)由此減少與增加，而直流輸電則可以有效地對(duì)交流輸電的此種現(xiàn)象進(jìn)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(shè)計(jì)構(gòu)想

2.1 直流配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)改良與設(shè)計(jì)

因?yàn)殡娔芘渌头绞降牟煌?，?dǎo)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(xué)技術(shù)的發(fā)展，直流配電系統(tǒng)在發(fā)展的過程中，其關(guān)鍵在于建立科學(xué)合理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。直流配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次屬于多級(jí)配電網(wǎng)相互合作的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yīng)該依照實(shí)際的資金狀況與應(yīng)用場(chǎng)合進(jìn)行

決定。

對(duì)于一些已經(jīng)構(gòu)建交流配電系統(tǒng)的區(qū)域而言，拆除交流配電網(wǎng)而構(gòu)建直流配電網(wǎng)的意義還需要進(jìn)一步進(jìn)行研究。從理論上而言，先混合應(yīng)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(shí)際，在對(duì)直流配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良與設(shè)計(jì)的過程中，合理地對(duì)直流變電站進(jìn)行布局是至關(guān)重

要的。

2.2 直流配電系統(tǒng)的設(shè)備開關(guān)技術(shù)

在電力系統(tǒng)中，其設(shè)備開關(guān)是對(duì)故障線路與故障區(qū)域進(jìn)行分隔，避免故障牽涉其他正常區(qū)域運(yùn)行的一種關(guān)鍵設(shè)備。同直流電流進(jìn)行對(duì)比，其中開關(guān)設(shè)備的分?jǐn)噍^為容易，但是卻比交流開關(guān)設(shè)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(dǎo)致直流開關(guān)設(shè)備的發(fā)展面臨著更多的挑戰(zhàn)與難題。就當(dāng)前的技術(shù)而言，選擇半導(dǎo)體和機(jī)械混合式開關(guān)具備著較高的可行性。

2.3 直流配電系統(tǒng)的控制與運(yùn)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(jí)轉(zhuǎn)換的電能轉(zhuǎn)換設(shè)備。同時(shí)，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(jí)配電系統(tǒng)，而分布式電源與儲(chǔ)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(duì)直流配電系統(tǒng)的控制與運(yùn)行等問題進(jìn)行解決，優(yōu)化直流配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是直流配電系統(tǒng)面臨的重大挑戰(zhàn)。在對(duì)變換器進(jìn)行控制的過程中，應(yīng)該注意以下五個(gè)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(dāng)實(shí)施負(fù)載分配。

第三，提高系統(tǒng)的冗余度與可靠度，采取自動(dòng)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(dòng)范圍不應(yīng)該大于額定范圍的5%。

第五，應(yīng)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(yùn)作的關(guān)鍵在于直流電均流與電壓控制。同時(shí)，在對(duì)直流配電系統(tǒng)進(jìn)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(jié)語

總而言之，在直流負(fù)荷多和分布式電源多的情況下，同交流配電網(wǎng)進(jìn)行對(duì)比，以直流制為核心的直流配電網(wǎng)具備著很多的優(yōu)勢(shì)，其具備著非常大的對(duì)現(xiàn)階段配電系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行解決的潛力與實(shí)力。同時(shí)，直流配電系統(tǒng)還可以簡(jiǎn)單地實(shí)施運(yùn)行控制，但是其在運(yùn)行與控制的過程中還具備著獨(dú)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(shí)，還致使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)更加的復(fù)雜。所以，有效地對(duì)直流配電系統(tǒng)的控制與運(yùn)行等問題進(jìn)行解決，優(yōu)化直流配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是直流配電系統(tǒng)面臨的重大挑戰(zhàn)。

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作者簡(jiǎn)介：桂銘陽（1978-），男，四川大竹人，國(guó)網(wǎng)四川省電力公司達(dá)州供電公司工程師，研究方向：輸配電技術(shù)。

（責(zé)任編輯：蔣建華）