試析直流配電系統技術分析及設計構想

齊詠 劉愛蓮 宋現云

摘 要：本文闡述了直流配電系統的發展現狀，總結了直流配電系統技術的相關特點并提出一些設計思路和新的設計構想，以期能夠推動我國直流配電系統技術的發展，讓直流配電系統實現更高的社會價值和經濟效益。

關鍵詞：直流配電系統；配電技術；技術分析；設計構想

直流配電系統的特點是在工作過程中受到的影響因素小，基本上只需要控制電力系統中的電壓幅值就能保證直流配電系統工作的穩定性，而在傳統的交流配電系統中，其會受到相位、電壓幅值、頻率等多方面因素的影響，在工作中的耗損量也大，直流配電系統的出現剛好能夠彌補交流配電系統的種種不足。系統配電設計技術決定著直流配電系統后期的工作狀態，因此確保直流配電系統安全有效地接入分布式電源、提高電力系統的運作效率便成為電力發展過程中亟待解決的問題。

1 直流配電技術的相關分析

1.1 直流配電系統可靠性高

直流配電系統中電路的基本構成只有兩根導線，當直流配電系統中的正極線路出現故障時，負極線路仍可以通過與大地相連形成回路繼續將功率向外輸出。在實際應用中，有80%以上的故障都是單相或單極接地故障，因此通常也不會影響配電系統的正常工作，檢修人員也有了緩沖時間對配電系統做出及時調整[1]。當配電系統出現故障時，相對于交流配電系統，直流配電系統的恢復速度快、恢復效果好，通常只需要重啟系統就能排除故障恢復正常工作。通常情況下，在設計直流配電系統時，也會設置電力電子變換器，這樣在某個區域發生故障時，電子變換器就能將直流配電系統分隔為獨立的區域，其他區域就不會受到影響。

1.2 直流配電系統工作效率高

直流配電系統在工作過程中傳輸功率的性能穩定，因此線路的損耗就少，系統的使用壽命相對來說也比交流配電系統要長。在直流配電系統中，耗損量最大的是電力電子變換器，研究人員為了解決這一問題，目前也研發出了效率高達99%的直流變換器，以目前科技的發展趨勢來看，未來一定還會出現更加高效的變換器[2]。

基于直流配電系統工作效率高、負載電荷能力強的特點，在眾多電子移動設備中，直流配電也發揮著重要作用，不光是手機、計算器等小型設備，直流電動器或電動汽車等大中型設備也常常使用直流配電系統。

1.3 直流配電系統在工作中受到的影響因素少

相較于傳統的交流配電系統，為了保證直流配電系統工作的穩定性，只需要控制電壓幅值，會影響交流配電系統工作狀態的其他因素如頻率、相位等，都不會影響直流配電系統的工作狀態。

2 直流配電系統的運行和控制

在直流配電系統的運行和控制過程中，多采用的主要電能變換設備是電力電子轉換器，電力電子轉換器的主要功能是完成直流配電過程中電網內部電壓等級的轉換，對直流配電系統起到保護作用。在直流配電系統中的儲能裝置、分布式電源等多個部分都需要安裝電力電子轉化器來將設備與直流母線相連接，因此直流配電系統中所用到的轉換器的種類和轉換電壓等級的數量都非常多。

在控制直流配電系統的過程中，最主要的問題就是要保持電壓的穩定性，為了能夠有效控制電壓和保證直流電均流，在安裝電力電子轉換器時要基于以下幾點來選擇合適的儀器：（1）以保持系統的穩定性、保障系統的安全為原則。（2）以電源容量合理分配負載為原則。（3）以提高系統的可靠性和穩定性為原則。（4）以保持直流配電系統母線電壓波動范圍不超過5%為基準。（5）以建立優良的系統模塊性能為原則[3]。

電壓的狀態決定著直流配電系統的工作狀態，因此時刻保持電力系統中電壓的穩定性在直流配電系統占據首當其沖的地位。

3 直流配電系統技術的設計構想

3.1 直流配電系統網絡結構的設計與改良

直流配電系統與交流配電系統的網絡結構相似，其結構設計原理都是一種將多級配電網相互交合在同一個網絡結構中，使其形成一個拓撲網結構。從設計方式上來看，直流配電系統的網絡接線方式有環狀、網狀和輻射狀3種，根據實際要求的不同所選擇的網絡拓撲結構也都不同。不同的網絡結構適用于不同的電能配電系統中，在具體設計時，要按照地區的基本情況、資本狀況、有無特定應用需求來對其成本和控制程度進行考量。

由于我國大部分地區或電力系統之前所采用的配電方式都是交流配電，因此在進行電力系統改良時就有一定的難度。為了保持在正常供電輸送的情況下將交流配電系統更換為直流配電系統，通常采用的手段是先拆除一部分交流配電系統并建立新的直流配電系統，兩者結合交替工作，合理布局徹底進行地區的網絡結構改良。

3.2 直流配電系統開關設備技術

開關設備是防止電力系統故障波及其他正常區域的重要設備，在開關設備的設置上，直流配電系統相對于交流配置系統要難得多，在目前的技術上來說，采用機械與半導體混合式開關的可行性比較高，但是要徹底解決直流配電系統開關設備技術問題還需要做更多的研究。

4 結束語

隨著科技的發展和社會的進步，人們對電力系統的要求越來越高，交流配電系統逐漸難以滿足人們的需求，不少研究人員開始將目光轉向對直流配電系統的研究。如何提高電力的運行效率、提高供電的質量和可靠性、降低斷電事故發生的頻率是當下社會面臨的新挑戰。

參考文獻

[1]王丹，毛承雄，陸繼明，等.直流配電系統技術分析及設計構想[J].電力系統自動化，2013，（8）：82-87.

[2]馮錦新，馬向攀.直流配電系統技術分析及設計[J].電子技術與軟件工程，2013，（20）：209.

[3]桂銘陽.淺談直流配電系統技術分析及設計構想[J].中國高新技術企業，2015，（4）：133-134.

（作者單位：國網山東省電力公司巨野縣供電公司）