直流配電系統的組網技術及其應用

張建文

【摘 要】新能源以及智慧能源的廣泛推進，直流配電系統自身功率容易掌控，且便于接納分布式清潔能源的優勢受到了密切關注，并引入了我國城市建筑工程中。基于此，本文就直流配電系統關鍵技術及應用做了詳細分析。

【關鍵詞】直流配電系統;交直流配電系統;配電技術

一、直流配電系統性能分析

（一）直流配電系統互動化接入優勢

未來配電網的發展趨勢及特征正逐漸趨于可再生能源分布式并網方向。而分布式能源、電動汽車充電站以及儲能設備等一般均以直流方式開展工作的，因此在直流配電系統中，相關設備的控制技術以及并網接口操作非常簡單，且分布式能源直接存儲產生的電能，還可以用于負載，這極大減少了轉換過程中損失的能耗。

（二）直流配電系統供電電能質量

在直流配電系統中，供電電能質量是用戶最關心的問題。直流配電系統主要通過控制用戶側的交流電壓及頻率，并調節直流電壓，就能很好的實現高質量電能的供應。從配電系統定性來看，柔性的支流技術配電系統比交流配電網有著更大優勢，能有效改善用戶供電質量。直流配電系統在朝著智慧化發展進程中，分布式能源以及各類負荷的互動化接入相對復雜，使得直流配電系統諧波含量變大，因此在采取較低直流電壓供電時出現電壓降落較大問題，這就需要充分發揮出直流配電系統的控制作用，以此提高直流配電系統供電電能質量。

（三）中低壓直流配電系統的安全性優勢

我國一般采取220V交流低壓進行供電，電壓超出了人體可承受安全電壓水平，這使得每年都會有大量人因觸電導致身亡，尤其在城市暴雨后引發的群眾觸電事件，這極大引起了相關供電單位的關注。若群眾使用的家電采取48V±直流安全電壓供電系統進行供電，則可以有效避免觸電事故發生率，這也是直流配電系統的主要優勢。此外，因電壓等級較低，所有直流配電系統在建設時需要占據較大的面積，且功能和能量密度也受到影響。因此可以采取48V±和375V±直流組合進行供電，即戶級配電采取375V±供電，低功率用電設備級采取48V±供電，以此提高直流配電系統的安全性。

二、直流配電系統拓撲結構及供電模式

（一）中低壓直流配電系統拓撲結構

在中低壓直流配電系統中，其拓撲結構是確保系統有效接納智能化配電性，且提高供電質量的關鍵組成部分。在拓撲結構中包括中低壓直流母線、直流變壓器、儲能、光伏以及燃料電池等結構。此外，系統依托多供電電位進行供電，因此有著較強的冗余性，且直流變壓器的引入有效連接了中、低壓直流母線，從而使中低壓直流配電系統電壓控制更加靈活，但也增加了控制復雜度。

（二）供電模式

依據上層電網傳輸方式，直流配電系統可分為直流傳輸配電系統以及交流傳輸的配電系統;依據負載供電方式，直流配電系統可分為模塊式 以及集中性供電模式。同時，不同上層傳輸方式也對直流配電系統的控制方式產生著影響，因此可以根據系統接入上層電網形式來確定合理的配電網供電模式，以此提高整個配電系統的安全、經濟性。此外，不同負載供電模式對用戶的供電質量以及配電系統供電可靠性也產生著一定的影響，因此基于集中式直流配電系統一般適用于負荷與電源相對集中的情況，模塊式配電系統則適用于負荷與電源相對分散的情況。

三、柔性直流配電技術應用分析

（一）交直流混合配電網的應用

智慧能源技術發展背景下，傳統能源與再生能源、交流負荷以及直流負荷共同存在，因此交直流混合配電網勢必會成為未來配電網發展的新形勢。交直流配電網的應用能有效提高用戶供電安全性，且有著一定的技術經濟優勢。在交直流配電系統中，中低壓交流母線側和直流側母線依托換流器實現了互聯，從而使交流側能量與直流側能源雙向流動，這極大提高了配電工程的靈活性。同時，直流側低壓母線依托相關裝置還可以有效互聯直流負荷、低壓交流母線以及分布式能源，從而實現智慧能源靈活供給和清潔能源的消納。

現如今，我國在柔性直流配電和交直流混合配電方面取得了一定成效，例如2018年在杭州投入建設的全國首個10kV±智能直流配電系統示范工程，且達到了30MW的總換流容量。該工程實現了多段互聯網下的配電網，為未來交直流混合配電網發展奠定了堅實的基礎。2018年12月，我國在廣東珠海成功投運了全球最大規模的多端交直流混合柔性配電網互聯工程，依托柔性中低壓直流配電系統結構，混合了多個交直流電壓等級（10kV±、375V±、110V±）。

（二）能源互聯網的應用

能源互聯網主要依托信息技術、互聯網技術等新興技術，并以電力系統為核心，以分布式能源為主要一次能源，與城市交通網絡、天然氣網絡等城市系統密切相關的多復雜性網流系統。如今，在互聯網技術與智能電網和能源網深入融合發展的背景下，能源互聯網也將成為電網未來發展趨勢。此外，能源互聯網的核心裝置為能量路由器，這對有效消納再生能源、靈活轉化電能起著決定作用。國外相關研究者提出交直流電網互聯網智能能源管理設備，將能量路由器有效應用到其中，這對發展下一代能源互聯網配電系統有著一定的指導作用。

依托直流配電系統的直流能量路由器能靈活調節能源互聯網核心裝置，因此其通信、能量管理、能量儲備、故障處理以及系統規劃等技術均是進一步提高直流配電系統運行效率的關鍵。

總結

綜上所述，在經濟水平飛速發展的社會背景下，我國電力負荷量呈現出持續、快速增長趨勢，這使得傳統交流配電系統和城市電網面臨嚴峻挑戰，尤其在蓬勃發展的發達城市，在供電線路走廊建設和配電系統電源方面的制約因素越來越多。而直流配電系統技術的出現，不僅緩解了城市供電壓力，還在很大程度上提高了配電安全，對實現未來城市配電網智慧發展均起著積極作用。因此，直流配電系統在未來智慧能源建設中發揮著積極作用，但也同樣會面臨更多問題，仍需要相關學者針對直流配電網相關技術做深入分析，以此進一步提高直流配電系統控制水平。

參考文獻：

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（作者單位：太原市建筑設計研究院）