直流配電網的優勢及發展現狀

孫希盈

摘 要：交流配電網是當前配電網的主要形式，未來配電網將大量接入分布式發電和多樣化的負荷，這對交流配電網的供電可靠性、電能質量、經濟環保運行提出了更高要求。直流的配電網可作為未來配電網發展方向，應用直流配電技術對傳統交流配電網進行升級，解決當前配電網面臨的問題。本文通過對比交流配電網，總結了直流配電網的優勢，并介紹其發展現狀。

關鍵詞：直流配電網；優勢；發展現狀

未來以風力、光伏等發電為主的新能源發電將以分布式方式廣泛接入配電網，新能源發電成為解決能源危機的重要途徑。

分布式發電接入交流配電網，會引起的各種問題。直流配電網通過各種變流器將分布式電源和負荷連接到同一直流母線上，組成獨立可控的系統，可避免交流配電網出現的很多問題。直流配電技術可解決當前問題以滿足未來配電網的發展需求[ 1-2 ]。

1 交流配電網面臨的問題

經濟性方面，配電網供電側將有多種分布式發電接入，直流發電單元經DC/AC變換、交流發電單元經AC/DC/AC變換，均需大量換流器才能接入交流配電網；用電側，直流電機、電動汽車等直流負荷，以及電冰箱、空調等采用變頻技術的交流負荷，需AC/DC變換或AC/DC/AC變換接入交流配電網；輸電側，城市用電負荷增長迅速，交流配電網要通過架設新的輸電線路來提高輸電容量，供電容量與城市用地的矛盾加劇。系統供電側和用電側都將增加換流器投資和換流損耗，輸電走廊建設成本增高，降低配電網的經濟性。

穩定性方面，各種分布式發電接入交流電網需要經過電壓、頻率、相位的同步過程，易造成對配電系統振蕩；分布式發電具有隨機性和不確定性，其接入會造成系統電壓偏移、頻率波動、高次諧波污染等問題，降低電能質量，影響負荷正常工作。

環境保護方面，由于交流電本身的特點和部分配電網規劃的不合理性，交流配電網產生的噪音和電磁污染嚴重影響電網附近人們的身心健康。

2 直流配電網的優勢

直流配電技術現已成功應用在通信、船舶、航天、地鐵等供電領域，若將其應用到電力系統配電網可發揮以下優勢。

1）直流配電網有利于分布式發電接入。風力發電、微型燃氣輪機發電等交流電源發電要接入交流電網，受頻率、幅值、相位等條件的約束，同步過程復雜；若接入直流配電網，經AC/DC變換，無需同步。光伏發電、蓄電池等直流電源通過DC/DC變換直接與直流母線連接。直流配電網降低了分布式發電接入難度。

2）直流配電可提高電能質量和供電可靠性。直流配電網可有效解決交流接入時發生的電壓閃變、頻率波動、高次諧波污染等問題；直流配電網可獨立控制系統有功功率和無功功率；直流配電網能隔離交流電網故障；接入儲能裝置可保證電網故障時對重要負荷的供電可靠性。

3）直流配電網輸電容量更大。交流配電網一般采用三相四線制，其額定線電壓和額定線電流分別為UAC、IAC，功率因數λ=0.9；直流配電網采用雙極供電，其額定電壓、額定電流分別為UDC、IDC，若交流導線和直流導線的絕緣水平相同，則有：

其功率比可表示為：

可見，采用兩條導線的直流線路與采用三條導線的交流線路輸電功率相當，直流配電網單條線路的輸送功率是交流線路的1.5倍。

4）直流配網降低系統的電能損耗。當前，直流負荷接入交流配電網，需要AC/DC變換；采用變頻技術的交流負荷，需AC/DC/AC變換。若用直流配電網供電，則直流負荷直接接入，交流負荷只需DC/AC即可實現變頻，降低換流損耗。直流配電線路只存在電阻和電導損耗，不存在渦流損耗和無功損耗。

5）直流配網的干擾小。當交流配電網發生故障時，其電磁暫態過程復雜且持續時間長，出現的負序、零序等不對稱分量將干擾變壓器、電動機以及通信線路等。直流配電網采用直流電，在故障條件下過渡時間短，無負序、零序分量，對外界的干擾小。

綜合看來，直流配電網相比交流配電網具有無可比擬的優勢。

3 直流配電網的發展現狀

新能源、新材料、電力電子技術不斷發展，直流配電網得到越來越多地關注，很多國家都開始了對直流配電網的研究。

2004年，意大利米蘭理工大學提出了基于分布式電源的雙極型直流配電網結構。

2007年，羅馬尼亞的布加勒特理工大學對基于交替供電電源的直流配電系統進行了研究。

2000年，美國通用電氣已開始對沒有中央控制單元的低壓直流配電系統研究；美國弗吉尼亞理工大學于2007年提出“Sustainable Building Initiative（SBI）”的研究計劃；2010年，該計劃發展為“Sustainable Building and Nanogrids（SNB）”；2011年，美國北卡羅萊納大學研究未來自動靈活配電的“The Future Renewable Electric Energy Delivery and Management（FREEDM）”系統結構。

2004年，日本提出了基于低壓直流微網的配電系統結構，并已經實現了一套10kW的直流配電系統樣機。

韓國成立了智能微電網研究中心，計劃投資建立直流微電網供電系統。

自2009年起，國內的研究機構開始了直流配電網的研究。2012年，中國建立了城市電網先進技術研究中心，實施對直流配電技術的研究；2013年，國家863項目“基于柔性直流的智能配電關鍵技術研究與應用”由深圳供電公司正式啟動，重點研究低壓直流配電。

4 結語

本文通過介紹傳統交流配電網當前面臨的問題，對比直流配電網的技術特點，總結出直流配電網的優勢，并簡單介紹了國內外直流配電網的發展現狀。可見，直流配電網將滿足社會發展對配電網提出的方便分布式發電接入、安全可靠供電、經濟環保運行等要求，是配電網發展的方向之一。

參考文獻：

[1] 崔福博，郭劍波，荊平，等.直流配電技術綜述[J].電網技術，2014，38（3）：556-564.

[2] 徐通，王育飛，張宇，等.直流配電網發展現狀與應用前景分析[J].華東電力，2014，42（6）：1069-1074.