智能直流配电网

发布时间:2019-03-31 点击次数:643次 类别:产业资讯
     随着电力电子技术的发展,相比交流配电网,直流配电网在很多领域取得了技术和经济优势,具有巨大的发展前景。智能直流配电是对于交流配电而言的,其网络母线主要是直流母线,可供直流负荷和交流负荷,其中直流负荷采用直流母线更有益。首先对直流配电的发展历程、优势及运行特点等进行了论述和分析;在此基础上,介绍了直流配电网在一些发达国家的研究现状与发展情况。其次,对直流配电网研究中的系统架构、控制技术、保护技术等关键问题和相关研究现状进行了全面的阐述。最后,对直流配电网在中国的发展进行了介绍和展望。
1)直流配电的发展历史
在输配电系统产生时,直流就被作为最主要的配电方式,但是由于当时直流输配电电压等级低、容量小等原因使得直流配电被交流配电所取代。
20世纪末,随着功率半导体技术的发展,直流供电技术的技术和经济优势逐渐体现。美国、日本和欧洲等国家和地区于20世纪90年代便开始了数据通信中心直流配电的研究。而军舰、航空以及混合电动汽车等特殊应用领域的直流区域配电技术也日趋成熟。这些都为直流配电向工厂、住宅等领域的推广应用提供了基础。
需要指出的是,这些领域的直流配电往往指的是传统意义上向负载供电的功能,而并不包含发电的概念。
2)分布式电源发展对直流配电的推动
20世纪70年代世界范围内的能源危机爆发后,环境污染和能源短缺等问题受到了全世界各国的普遍关注,而分布式能源系统由于具有负荷变动灵活、供电可靠、输电损失小以及便于可再生能源应用等特点,而受到越来越多的关注;另外,分布式电源的应用也使得传统的配电由单纯的供电功能,扩展出了发电的功能。
常见的分布式电源主要有光伏电池、燃料电池、风力机和燃气轮机等,而这些电源产生的电能均为直流电或可经过简单整流后变为直流电。如此分布式电源并入直流配电网将可以节省大量的换流环节。例如:光伏发电等产生的是直流电,通常需经过DC-DC和DC-AC两级变换才能并入传统的交流配电网;而风力机等虽然是以交流形式产生电能,但通常并不稳定,通常也需要经过AC-DC和DC-AC两级变换才能并入交流配电网。而如果这些分布式电源接入直流配电网,则可以省略上述的DC-AC环节,从而减小成本、降低损耗。
3)负荷发展对直流配电的推动
近几年,电力电子技术得到了快速的发展,这也导致了用户的用电方式发生了较大的变化。例如电力电子变频技术在空调、冰箱、洗衣机等产品中得到了广泛的应用。而在交流配电网中,需要经过AC-DC-AC转换才能达到变频。而对于直流配电网,则只需进行DC-AC转换,从而省略了AC-DC环节,降低了变换器损耗。
另外,现在很多电气设备本质上就是采用直流电驱动的,例如LED照明灯、电动车、个人电脑、手机等。而在交流配电网中,必须通过AC-DC转换才能供给电器使用。而对于直流配电网,不需要转换就可以直接给这些设备供电,节约了成本,也降低了损耗。
另外,对于敏感负荷供电,不间断供电都是由储能电池来保证的。但在交流系统中,需要经过AC-DC-AC转换来提供高质量电能,而在直流系统中,只需要DC-AC转换即可。在直流系统中,储能电池也可以直接或者经过DC-DC单级转换后接入直流母线上,因此降低能耗。
4)直流配电的自身优势
①线路成本低。
相比交流配电的三相四线制,直流配电只有两个线路,所需的建设费用少;此外,在交直流电有效值相同时,交流电压的峰值比直流电压峰值大,因此对电缆的绝缘强度要求也就更严格,所以直流电缆的成本也要低。
②输电损耗小。
由于直流配电只有两个线路,所以相比交流线路,导线的损耗小;另外,在输送相同的有功功率情况下,单相交流的输电损耗大于单极直流系统的损耗,而三相交流系统的损耗低于单极直流系统。如果直流系统为双极,则线路电流将变为原来的1/2,线路损耗变为原来的1/4,这将远远小于交流三相系统。
③供电可靠性高。
在交流配电网中,交流输电能力受到同步发电机间功角稳定问题的限制,且随着输电距离的增大,同步机间的电抗增大,输电能力受到更大的限制。而直流线路不存在频率稳定和无功功率等问题,供电可靠性也较高。
④具有环保优势。
直流线路的“空间电荷效应”使电晕损耗和无线电干扰都比交流线路小,产生的电磁辐射也小,具有环保优势。
5)现代直流配电的运行特点
综上所述,直流配电的发展很大程度上受到了分布式电源发展的推动,而分布式电源的应用也使得传统的配电由单纯的供电功能,扩展出了发电功能;另外分布式电源尽管优点突出,但本身存在诸多问题,例如分布式电源单机接入成本高、容量小、控制困难等。所以,分布式电源相对于大电网来说是一个不可控源,目前主网往往采取限制、隔离的方式来处置分布式电源,这就限制了分布式能源效能的充分发挥。
为了解决以上问题以及充分发挥分布式能源的效能,分布式电源往往采用微电网形式并入主网,即在直流配电网中,微电网将是最主要的运行方式。目前,微电网主要是以交流微电网的形式存在,而在直流配电网中,微电网的主要存在形式将为直流微电网。与交流微电网相比,直流微电网不需要对电压的相位和频率进行跟踪,可控性和可靠性进一步提高,因而更加适合分布式电源和负载的接入。

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