未來城市配電網的發展方向

魏琳++唐玉光

摘 要 由于新型能源發電接入配電網的需求越來越高，電力電子技術的不斷進步和直流負荷的種類越來越多，這將給城市原有的交流配電模式帶來很多技術上的難題。而基于電壓源換流器的柔性直流輸電技術，從根本上解決了交流配電網的固有問題，這些新能源、新技術和新負荷的接入需求，使得城市配電網的結構由單純的交流配電模式向交直流混合配電模式的方向轉換。

【關鍵詞】交流配電網 直流配電網 柔性直流輸電技術 換流器 分布式能源

1 引言

隨著太陽能、風能等新型能源的利用規模日益擴大，其間歇性、分布式的特點使得采用傳統的交流電網實現大規模的新能源的接入面臨很多嚴峻的問題（如風電大規模并網的穩定性問題）。新能源的發展必將帶來配電網上電源高度分散的結果。未來城市配電網面臨著大量分布式能源和微網系統的廣泛接入問題，而這將給現有的交流配電網帶來很多技術上的難題。負荷的持續快速增長，城市輸電走廊的匱乏以及用戶對供電可靠性要求的不斷提高，使得城市配電網面臨著嚴重的挑戰。加快城市電網發展和保證供電安全可靠就成為了一項緊迫而又艱巨的任務。目前城市電網的供電方式主要采用基于架空線路的高中壓交流系統供電，一些大中城市中心區域采用地下交流電纜供電。高壓交流電纜供電在一定程度上解決了城市電網中輸電走廊匱乏、電力設施與城市景觀不和諧等問題，但依然受到供電距離、交流系統穩定性等因素的限制。

2 城市直流配電網應用前景

2.1 新型能源的接入需求

目前先進的風力發電機中都含有直流母線電子裝置以控制風機的穩態和暫態運行。一般的，進行一次交直流變換后損失的電能約為電源發出電能的2%-10%。現有交流電網的復雜性隨著新型能源接入電網容量的提升而提高，但是其接入效率和經濟性卻在不斷下降。如果將新型能源接入直流電網中，將忽略不必要的AC/DC變換過程，提高了系統運行的經濟性。

2.2 負荷類型改變

使用LED燈的城市照明系統，采用直流電機的新型家用電器提高了直流技術在實際生活中應用的可行性。同時，電動汽車的普及也給未來電力系統帶來重要的影響，成為未來城市配電系統中負荷的重要組成部分。而這些直流負載或者含有直流環節的負載在接入配電網時，如果使用傳統的交流配電網給這些直流負載供電時，那么就需要AC/DC變換器，大大降低了系統效率。

2.3 輸電能力問題

由于經濟的迅速發展，很多城市變得非常擁擠，對于電力系統而言，輸電走廊正變得異常匱乏而電力需求卻在不斷增加，因此需要擴充城市配電系統的輸電容量和供電能力，但由于城市人口膨脹和地區規劃的制約，一方面要求利用有限的輸電走廊輸送更多的電能，另一方面要求大量的配電網線路轉入地下。采用直流輸電系統為城市中心供電將成為未來城市增容改造的有效途徑。

3 城市配電網改造分析

中壓直流系統（MVDC）是城市直流配電網的核心組成部分，它通過變電站從高壓交流系統（HVAC）或通過換流站從高壓直流系統（HVDC）獲取電能，然后向低壓直流系統（LVDC）或用戶側低壓交流電網（LVAC）供電，與此同時，又整合城市范圍內中等容量的分布式發電系統和儲能資源，如光伏發電、風力發電和儲能裝置等。而低壓電網根據用戶的需求向用戶提供交流或者直流電能，同時整合中小規模的分布式發電系統、微網系統，確保其有效的運行。如圖1所示。

4 結束語

隨著城市用電負荷種類的變化、電力電子技術的發展和各種分布式能源的并網，傳統的城市交流配電網已經面臨著各種各樣的難題。本文重點分析了直流配電技術應用于城市供電系統的技術經濟性，提出了未來城市配電網是以中壓直流配電網為主干的交直流系統混合的配電網。

參考文獻

[1]鄭歡，江道灼，杜翼.交流配電網與直流配電網的經濟性比較[J].電網技術，2013，37（12）：3368-3374.

[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（06）：1069-1074.

[3]周逢權，黃偉.直流配電網系統關鍵技術探討[J].電力系統保護與控制，2014，42（22）：62-67.

[4]江道灼，鄭歡.直流配電網研究現狀與展望[J].電力系統自動化，2012，36（08）：98-104.

作者單位

1.四川警察學院 四川省瀘州市 646000

2.中國石油管道機械制造有限責任公司 河北省廊坊市 065000