直流配电系统技术研究和设计

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1、直流配电系统技术研究和设计　　摘要近几年，交流配电系统渐渐难以满足人们的需求，不少国内外学者开始关注到直流配电技术。提高运作效率、提高供电可靠性、改善电能质量、使分布式电源有效安全接入成为现实等问题，为配电技术的进步带来了新机遇，也是配电系统所要解决的问题，使用直流主导的配电形式为解决以上难题开辟了新思路。本文对直流配电系统技术进行了分析，并提出对其的设计构想，以期能够进一步提升配电系统运行时的经济以及社会效益。【关键词】直流配电系统技术分析设计1前言相较于核电、水电、火电而言，太阳能发电和风力发电受地理条件制约、输出极不稳定、输出容量比较小，这导致

2、分布式电源接入交流电网时存在许多问题。一直用架空线输送电能的交流配电网容易发生故障，用电缆线配送电能的交流配电系统，其供电的范围易受充电电流的限制，这就使得用户不得不寻求电网智能化。电网智能化对电网的可控性要求极高，交流配电网可控性往往偏低，分析和设计直流配电系统将给电力行业提供解决配电系统难题的新方法。2直流配电系统技术分析6直流配电系统技术是指在配电系统中以直流电为主的电能配送技术；该技术与交流配电技术比较，直流配电系统技术存在很多优势。2.1直流配电系统可靠性高直流配电的可靠性往往高于同等电压的交流线路，对于两根导线的直流电路来说，如果直流配电

3、系统正极的线路出现故障时，负极的线路会同大地间形成一个通路，不断将部分乃至于所有功率输送出去。单极或单向瞬时接地的故障，其在线路故障中占据的比例高达80%以上，直流的配电系统比交流的配电系统的响应速度快、恢复时间短，可经过重复的再启动模式或降电压运作创造消除故障、恢复正常的运作环境等特点[1]。而使用电力电子变换器也能让直流配电系统分别形成独立区域，且各区域发生的故障不波及系统的运作。2.2直流配电系统不受频率稳定等问题影响传统交流配电系统工作时要受频率、相位和电压幅值等多方面影响，直流配电系统只受电压幅值影响，就只需控制电压幅值。采用电缆线路是配电

4、网发展的形势所趋，交流电使用电容较大的电缆配送电能时会产生大量电容充电电流，线路损耗程度以及线路的输电容量会分别因此增加和减少，直流输电正好能解决交流输电的这些难题。同时，直流配电还有供电的范围广、电能的质量高以及分布式电源方便互联等优点。62.3直流配电系统效率高交流配电系统的线路损耗高于直流配电系统，因为在直流配电系统中没有趋肤效应而产生的耗损，也不存在无功功率的问题。直流配电系统的电力电子变换器是耗损集中的主要部位，但现已研制出的直流变换器n21效率高达99%，半导体宽禁带电力电子器件的应用随科学的发展不断成熟，变换器的效率还可以往上提升，变换

5、器的研制和发展对于解决直流配电系统的耗损在电力电子变换器部分集中的问题具有重大意义[2]。随着直流电的负载越来越广泛和近几年许多旋转式负荷和变频调速的设备越来越趋向于一同使用的情况，为这些负载直接提供直流电将获得更高的效率。3直流配电系统的设计构想在以直流配电作为主导的配电形式真正成为现实以前，直流配电还有许多技术性的问题需要先行解决。3.1直流配电系统的运行和控制同交流配电系统中不能缺少变压器一样，直流配电系统也要用到电能变换的设备来完成直流配电网内部电压等级的转换。直流配电系统里的电力电子变换装置样式及数量很多，包含着许多电压等级配电网，储能装置

6、、分布式电源等都要通过各个变换器与直流母线连接。控制这些变换器6要顾及五个因素：一是保证系统的稳定性；二是电源依照其容量恰当进行负载分配；三是提高系统的可靠度及冗余度，实行系统自动控制；四是保持直流系统母线电压平稳，电压的波动范围不能超过额定范围的5%；五是要有好的系统模块性能。可以看出，电压对于直流配电系统产生着巨大影响，于直流配电系统而言，电压的控制和直流电均流控制乃是系统运作的基本。保持暂态与稳态工作状态下的电压稳定，是直流配电系统的控制存在的首要问题。3.2直流配电系统的网络结构改良跟设计直流电配送网络跟传统交流电配送网络由于电能配送形式的不

7、同而有极大区别，构建合适的网络结构成为直流配电系统发展的关键所在[3]。与交流电系统相似，直流配电系统在层次上也是一种多级配电网彼此合作的网络结构，直流配电系统的网络结构设计就网络接线方式来说，有环状、辐射状跟网状这三种结构，结构设计不同，其成本、控制的难易程度等也不相同。具体设计要根据实际应用场合、资金状况来决定恰当的形式。对大部分已建立交流配电网的地区来说，拆除交流配电网来建筑直流配电网究竟划不划算还值得商议。从理论上来说，先混合使用原有交流网和增加的直流网，再逐步用直流配电网全部代替的方案显得更加实际，合理布局直流变电站同样是直流配电系统网络结

8、构改良跟设计重点思考的对象。3.3直流配电系统的开关设备技术6开关设备是电力系统中分隔故障区域和故障线路，防