柔性直流配電技術的優勢及發展現狀

王堅

摘要：近年來隨著國家建設的發展進步，持續大力推行節能環保政策，出現了大量以分布式電源和儲能為代表的直流電源以及以電動汽車等并網負荷為代表的直流負載，使交流配電網的電源形式、負荷形式都發生了變化。本文對柔性直流配電技術的優勢進行了分析，梳理了柔性直流配電的關鍵技術，并對柔性直流配電的發展現狀進行了粗淺總結。

關鍵詞：配電網;柔性直流配電;配電技術;發展現狀

1柔性直流配電技術優勢分析

直流配電技術相較于交流配電來說輸電線占地面積小、耗材少，靈活性好，運行損耗也更小，其兩側交流系統無需同步運行，具有技術經濟優勢。

1.1柔性直流配電技術更加先進

（1）分布式電源靈活接入直流配電系統，利用直流電不存在交流電的相位和頻率跟蹤優勢，能有效的提高分布式電源接入的靈活性和可靠性。（2）直流電不再存在交流電電能質量評價中的頻率偏差和三相不平衡指標，諧波與間諧波變成文波與高頻分量，電力高質量供應，電能質量問題更少。（3）柔性直流配電技術能減少變流環節，降低供電輸送時間，還具備潮流動態可控和限制短路電流的能力，使系統擁有高可控性。（4）柔性直流網架結構對于交流配電系統有更加的多樣性，區別交流配電的閉環設計、開環運行，有多端輻射以及環網等結構，為供電拓撲提供更多靈活設計方案。

1.2柔性直流配電技術更加經濟

在快速發展的社會中，不僅電動汽車和電子設備等直流負荷增多，還有變頻空調等需要直流驅動的交流負載。直流配電系統能直接向直流負荷和需要直流驅動的負荷供電，節省變流環節，降低成本和損耗。交流電壓峰值大于直流額定電壓且有效峰值相同時，直流配電的絕緣強度要求更低。

2柔性直流配電的關鍵技術梳理

在柔性直流配電技術規劃中首先要嚴格按照國家頒布的相關標準制定電壓等級，能為直流配電技術研究提供基礎保障。

2.1拓撲結構的設計

拓撲結構與系統運行管理方式和控制保護策略裝置有直接關系，也會影響到系統運行的經濟性和可靠性，在目前階段直流配電技術拓撲結構設計主要3個方案。單端輻射拓撲是在輻射式拓撲結構中最有代表性的設計，結構簡單，在低壓直流配網中運用有較高的可靠性，中壓層面可靠性會降低，如圖1所示。

雙端輻射拓撲也成雙端輻射式，兩端交流系統通過變流器給直流母線提供電力輸出，適用于電力負荷比較集中的區域，如圖2所示。

多端環網拓撲的支流網絡中有多條母線，有靈活的運行方式和較高的可靠性，一般應用于中壓直流配網中，如圖3所示。

2.2柔性直流配電系統的關鍵設備

直流配電系統中的硬件設備是故障多發區，而隨著高壓直流技術的發展已經有多種硬件設備得到完善，下面就能量路由器和直流變壓器進行分析。能量路由器是參照網絡路由器的衍生裝置，轉換電能接口功率流向不固定，功能多樣;其應用能夠使交直流混合作用得以實現，提高電力系統的靈活性和可靠性，能保證電能質量和系統運行效率，基于直流輸電技術的應用和發展，能提高直流配電技術場景適應性，能促進柔性直流配電技術發展。直流變壓器是通過電力電子器件完成電壓等級轉換，與傳統的電磁感應便也起相比，能直接完成直流到直流的轉換，也能通過擴展模塊完成直流到交流的電壓轉換。換流器能夠進行雙向變換，方便按需求進行直流電壓的升降壓，擴展出各電壓等級母線，構成直流配電系統，DC/DC電路可作為接口進行直流電源、負載的接入。

2.3柔性直流配電的控制保護策略

柔性直流配電的控制保護系統與高壓直流輸電相似，采用分層設計原則，通過分層控制來優化提高系統可靠運行。優化調度控制層實現交直流混合配電系統的經濟調度和優化;集中控制層根據調度層指令選定系統中換流器工作模式，監測電網運行信息，實現換流器功率優化和電壓恢復;分散自律控制層根據集中控制層指令實現換流器的控制模式和工作模式切換。直流配電的保護策略制定要按照系統典型故障及相互轉換關系來配置。

3直流配電發展現狀

與高壓直流輸電技術的發展應用類似，直流配電技術的研究應用尚處于初級階段，故以交直流混合為基礎，即基于交流配電系統發展直流配電，保證交流網架結構的不變，利用直流配電的技術優勢對交流系統進行擴展和優化。直流配電技術的研究尚在起步但發展迅速，首先在電壓等級方面已經發布了相關國家標準、團體標準，明確了電壓等級的范圍、電壓等級的劃分，其次在拓撲結構方面已經總結并公認了3種典型方案，再次在關鍵設備方面已經明確了直流配電系統為達到功能、性能目標而需要的電力電子裝置，并出現了能夠實現工程應用的成熟產品，而在控制保護策略方面，通過借鑒高壓直流輸電系統方案也出臺了具有直流配電針對性的方案。另外，在國家層面，直流配電同樣也列入了重點科研計劃中，如2018年國家重點專項——大規模可再生能源并網消納子課題：分布式光伏多端口接入直流配電系統關鍵技術和裝備（共性關鍵技術類）。

4結束語

雖然總體而言，中國直流配電技術的研究尚處于初級階段，僅在直流電壓等級方面發布了相關技術標準規范，但在世界范圍內屬于領先地位，隨著今后結合直流微電網工程應用、交直流混合配電工程應用的日益增多和推廣，可以預見中國直流配電技術的研究及應用將取得長足發展。

參考文獻

[1]葉龐琪，陳堃，代維謙.柔性直流配電技術的發展與現狀[J].湖北電力，2019，43（1）：18-24.

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