直流配電系統(tǒng)典型供用電模式研究

陳兆偉

【摘?要】近些年，隨著社會戶發(fā)展，我國的科學技術(shù)水平不斷進步。隨著充電設施、5G基站、直流家電等新型直流負荷及光伏等直流電源的快速發(fā)展，研究兼具安全、可靠、高效特性的直流配電網(wǎng)具有巨大的市場潛力和應用價值。提出了中壓直流配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及低壓直流用電系統(tǒng)母線結(jié)構(gòu)，分析了單極接線、雙極接線的特點及其適用情況，提出了由兩電平換流器、MMC換流器構(gòu)成的偽、真雙極直流配用電系統(tǒng)的接地方式。最后，以數(shù)據(jù)中心、居民樓宇等直流負荷集中區(qū)應用場景為例，從電壓等級、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、接線方式和接地方式等方面構(gòu)建其典型供用電模式。

【關鍵詞】直流配電;網(wǎng)架結(jié)構(gòu);接線方式;接地方式;典型供用電模式

1直流配電系統(tǒng)構(gòu)架

低壓直流配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：包括蓄電池組、降壓單元、集中控制單元、絕緣監(jiān)測單元等模塊。在實際運行中，兩路交流輸入經(jīng)交流配電單元互投后選擇其中一路交流輸入提供給充電模塊;充電模塊輸出穩(wěn)定的直流電源，一方面對蓄電池組補充充電和提供合閘輸出，另一方面通過降壓單元提供控制輸出，為負載提供正常的工作電流;絕緣監(jiān)測單元可在線監(jiān)測直流母線和各支路的對地絕緣狀況;集中監(jiān)控單元可實現(xiàn)對交流配電單元、充電模塊、直流饋電、絕緣監(jiān)測單元、直流母線和蓄電池組等運行參數(shù)的采集與各單元的控制和管理，并可通過遠程接口接受后臺操作員的監(jiān)控。系統(tǒng)監(jiān)控單元是低壓直流配電系統(tǒng)的核心單元，具有：系統(tǒng)檢測單元功能，為系統(tǒng)提供全方位的監(jiān)控;絕緣及蓄電池檢測功能，通過絕緣巡檢單元及蓄電池巡檢單元對相關量進行檢測;模塊監(jiān)視功能，讀取高頻模塊電壓、電流數(shù)據(jù)，控制充電電壓、電流;模擬量、開關量輸入輸出功能。

系統(tǒng)控制單元集中控制器設備結(jié)構(gòu)主要包括CPU單片機電路、隔離輸入回路、隔離輸出回路、顯示器與鍵盤、通信回路、工作電源等部分。隔離輸入回路設有16路光電隔離開關量信號輸入，可任意配置，可接入直流系統(tǒng)的一些主要狀態(tài)信號，如主開關、熔斷器、交流輸入電源等;設有5路帶光電隔離的RS-485通信接口，充電模塊、智能變送器、饋線盒、電池巡檢儀、微機型絕緣監(jiān)測儀具有內(nèi)置CPU，完成本身的信號采樣及協(xié)調(diào)控制，輸出設有隔離的RS-485接口，這些模塊通過串口通信接受集中監(jiān)控器的監(jiān)控。隔離輸出回路設有8路各自獨立的無源干接點信號輸出，可將直流系統(tǒng)的一些主要故障報警信號通過隔離輸出板輸出;另還設有1路監(jiān)控器裝置故障的無源干接點信號輸出。通信回路提供多種接口方式與上位機連接（綜合自動化、計算機監(jiān)控系統(tǒng)等），如標準帶隔離的RS-232、RS-485、RS-422等串口。工作電源電壓適應范圍寬，DC80-320V。

2中低壓直流配電系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

2.1中壓直流網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

未來很長一段時間內(nèi)，直流配電網(wǎng)和交流配電網(wǎng)是共存共生的關系，在局部形成交直流混合配電網(wǎng)。交直流混合配電網(wǎng)直流側(cè)中壓網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可分為輻射式結(jié)構(gòu)、單端環(huán)式結(jié)構(gòu)、雙端式結(jié)構(gòu)、多端式結(jié)構(gòu)、多端環(huán)式結(jié)構(gòu)等。輻射式結(jié)構(gòu)（見圖3）取自單個上級電源，通過單路或雙路輻射出線。單路輻射結(jié)構(gòu)不能滿足“N–1”校核，適用于電動汽車充換電設施等可靠性要求一般的場所;雙路輻射結(jié)構(gòu)滿足“N–1”校核，適用于可靠性要求較高的場所。

單端環(huán)式結(jié)構(gòu)（見圖4）與輻射式結(jié)構(gòu)類似，取自單個上級電源并采用雙路出線形成環(huán)型供電網(wǎng)絡，該拓撲滿足“N–1”校核，可靠性較輻射式結(jié)構(gòu)高，該拓撲結(jié)構(gòu)特別適用于分布式電源（DG）的多點分散接入。

雙端式/多端式結(jié)構(gòu)（見圖5）取自2個及以上上級電源，采用單路或雙路出線形式，單個電源故障所有負荷不失電。該拓撲滿足“N–1”校核，具有很高的供電可靠性，可滿足多點DG接入及高可靠供電需求。通過直流進行背靠背的交流供電系統(tǒng)也可采用雙端式結(jié)構(gòu)。

多端環(huán)式結(jié)構(gòu)（見圖6）是在多端式結(jié)構(gòu)的基礎上，將多電源點出線形成環(huán)形網(wǎng)絡閉環(huán)運行，供電容量大、可靠性高、運行方式靈活，滿足“N–1”校核，是直流配電系統(tǒng)發(fā)展后期的網(wǎng)絡形態(tài)。可滿足多點、大容量DG的分散接入及高可靠供電需求。

參考文獻：

[1]馬釗，趙志剛，孫媛媛，等.新一代低壓直流供用電系統(tǒng)關鍵技術(shù)及發(fā)展展望[J].電力系統(tǒng)自動化，2019，43（23）：12-22.

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（作者身份證號碼：431121198606155512）