DQZHAN技術(shù)訊：直流配電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

未來(lái)配電網(wǎng)的形態(tài)將是多個(gè)電壓等級(jí)構(gòu)成多層次環(huán)網(wǎng)狀、交直流混聯(lián)、具備統(tǒng)一規(guī)范的互聯(lián)接口、基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論靈活自組網(wǎng)的架構(gòu)模式。直流配電網(wǎng)是未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)的基本支撐環(huán)節(jié)，以柔性直流技術(shù)為代表的中壓配用電網(wǎng)也會(huì)是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。本期的主題為《直流配電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)》。

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目前，直流配電網(wǎng)各項(xiàng)技術(shù)尚不成熟，需要進(jìn)行更深入的研究。

(一)直流配電網(wǎng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)

1、直流配電網(wǎng)接地方式：無(wú)論是單極還是雙極系統(tǒng)，都要對(duì)直流配電網(wǎng)VSC換流器直流側(cè)的接地問(wèn)題進(jìn)行研究。若直流側(cè)不接地，接地電位將因VSC的開(kāi)關(guān)頻率而發(fā)生振蕩，影響直流傳輸線上的電壓。因此，對(duì)于單極系統(tǒng)而言，直流側(cè)多采用線路接地方式，而雙極系統(tǒng)則采用分裂電容接地的方式。此外，交流側(cè)的聯(lián)接變壓器多數(shù)采用Yo/A或YdY接線方式，以避免構(gòu)成零序回路對(duì)低壓直流配電網(wǎng)影響。

2、直流配電網(wǎng)電壓等級(jí)的選擇：直流配電網(wǎng)電壓等級(jí)是直流配電網(wǎng)研究的重要內(nèi)容：①直流配電網(wǎng)的供電距離(供電半徑)；②電氣絕緣和保護(hù)；③系統(tǒng)成本和設(shè)計(jì)。若考慮將交流配網(wǎng)改造為直流配網(wǎng)，直流電纜允許直流電壓為交流額定線電壓峰值，因此可據(jù)此對(duì)直流配電網(wǎng)的電壓等級(jí)進(jìn)行初步選擇，即將現(xiàn)有中壓交流配電網(wǎng)線電壓的峰值選擇為直流配網(wǎng)的額定電壓。

在直流配網(wǎng)低壓側(cè)，過(guò)大的直流電壓不利于負(fù)荷接入，且會(huì)引起較為嚴(yán)重的**問(wèn)題，因此需將電壓中點(diǎn)接地成為雙極系統(tǒng)，并利用線電壓對(duì)大功率負(fù)載供電，小功率負(fù)載則利用單極對(duì)地電壓供電，即每個(gè)極所接入的負(fù)荷并不完全平衡。

在目前歐洲230V交流配電網(wǎng)平臺(tái)上，采用截面積分別為1.5mm2和2.5mm2的交流導(dǎo)線，對(duì)326V、230V、120V、48V四種直流電壓進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，當(dāng)直流電壓降低時(shí)，壓降、電流和損耗快速增高，當(dāng)直流電壓下降至48V時(shí)，直流電流和直流壓降均超出允許值。

當(dāng)前，直流配網(wǎng)電壓等級(jí)的選擇方法尚未有定論，還需進(jìn)一步的探索研究。

3、直流配電網(wǎng)儲(chǔ)能設(shè)備的優(yōu)化布點(diǎn)及其容量配置：在直流配網(wǎng)中配置蓄電池、超級(jí)電容等儲(chǔ)能設(shè)備，可以達(dá)到提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行穩(wěn)定性，抑制直流電壓閃變以及提高故障穿越能力的目的。當(dāng)前，超級(jí)電容響應(yīng)速度快，便于測(cè)量、**無(wú)毒，但其儲(chǔ)存電能的容量相對(duì)較小，供電時(shí)間短；相對(duì)而言，蓄電池能量密度高、供電時(shí)間長(zhǎng)，但是響應(yīng)速度慢。然而，目前尚未有文獻(xiàn)研究?jī)?chǔ)能裝置的優(yōu)化布點(diǎn)及容量配置，相關(guān)內(nèi)容還需要深入探索和驗(yàn)證。

(二)直流配電網(wǎng)的調(diào)度與控制

1、直流配網(wǎng)的調(diào)度方案-調(diào)度是直流配電網(wǎng)運(yùn)行的關(guān)鍵，應(yīng)綜合考慮實(shí)際負(fù)荷曲線以及儲(chǔ)能設(shè)備和分布式電源的類(lèi)型與容量，進(jìn)而具體分析直流配網(wǎng)的調(diào)度方案。

直流配網(wǎng)調(diào)度方案，低壓配網(wǎng)中各類(lèi)電源與負(fù)載的等效電路及相關(guān)控制。直流配電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，分布式電源始終輸出*大功率，網(wǎng)絡(luò)中壓側(cè)經(jīng)直流變壓器提供或吸收電能，為儲(chǔ)能設(shè)備充電。當(dāng)進(jìn)入孤島運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況控制分布式電源的輸出功率，系統(tǒng)不足或剩余的電能由儲(chǔ)能設(shè)備提供或吸收。

2、直流配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制：中壓直流配電網(wǎng)與柔性多端直流輸電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制策略相類(lèi)似，即采取電壓下垂控制或主從控制方式，進(jìn)而對(duì)多個(gè)換流器進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。

利用負(fù)載側(cè)換流器帶有的儲(chǔ)能單元，對(duì)換流器的等效阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免換流器負(fù)阻特性引起的穩(wěn)定性問(wèn)題。給出了低壓直流配電網(wǎng)各類(lèi)電源與相關(guān)設(shè)備在正常工作與故障情況下的控制策略，如超級(jí)電容、蓄電池、各類(lèi)換流器、柴油發(fā)電機(jī)及分布式電源等。與直流輸電網(wǎng)不同的是，在直流配網(wǎng)采用雙極結(jié)構(gòu)，且接有不平衡負(fù)荷時(shí)，為了避免引起直流電壓過(guò)大的偏差，必須在系統(tǒng)中接入電壓平衡裝置。

（三）直流配電網(wǎng)**運(yùn)行與保護(hù)

直流配電網(wǎng)劃分為四個(gè)部分：直流負(fù)載側(cè)、直流線路側(cè)、交流負(fù)載側(cè)及交流電網(wǎng)側(cè)。無(wú)法判斷故障發(fā)生的位置，僅能對(duì)故障發(fā)生的層級(jí)進(jìn)行判斷，準(zhǔn)確的故障定位仍然是研究的重點(diǎn)與難點(diǎn)，尤其是線路較短時(shí)，故障定位難度更大。因此，直流線路需安裝相應(yīng)限流裝置，在故障發(fā)生時(shí)用于限制短路電流上升率，將短路電流在保護(hù)裝置動(dòng)作前限制在可允許范圍內(nèi)

直流網(wǎng)絡(luò)的故障限流裝置，利用電力電子開(kāi)關(guān)的高速開(kāi)通與關(guān)斷能力限制短路電流，同時(shí)保持非故障區(qū)域的正常供電。直流配電網(wǎng)保護(hù)方案作為直流配電網(wǎng)運(yùn)行的關(guān)鍵問(wèn)題，其相關(guān)研究尚不成熟，需要進(jìn)一步深入探討。

（四）直流配電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備研制

直流斷路器作為直流配網(wǎng)運(yùn)行保護(hù)的關(guān)鍵設(shè)備之一，對(duì)限制故障范圍起到了重大作用。由于直流系統(tǒng)沒(méi)有過(guò)零點(diǎn)，這給高壓大容量直流斷路器的研制與應(yīng)用帶來(lái)了巨大的困難。目前在工程中應(yīng)用的機(jī)械式斷路器由于自身結(jié)構(gòu)的制約，無(wú)法實(shí)時(shí)、靈活、快速的動(dòng)作。而近年來(lái)出現(xiàn)的固態(tài)斷路器具有開(kāi)斷時(shí)間短、無(wú)弧光等優(yōu)點(diǎn)，已受到廣泛關(guān)注。近年來(lái)，在低壓領(lǐng)域，400V及以下的低壓直流斷路器已有工程應(yīng)用。而在中高壓領(lǐng)域，雖然直流斷路器的研發(fā)已經(jīng)取得了較大突破，但實(shí)現(xiàn)其廣泛的工程應(yīng)用仍然存在困難。

若在低壓直流配電網(wǎng)中直接應(yīng)用現(xiàn)有的交流開(kāi)關(guān)、插頭等裝置，電磁爐、暖風(fēng)機(jī)等大功率負(fù)載的直流電流無(wú)法**快速地開(kāi)斷。因此直流配網(wǎng)專(zhuān)用的插頭和開(kāi)關(guān)的研發(fā)，已成為另一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

此外，直流配網(wǎng)的研究還必須對(duì)直流電纜、換流器以及直流變壓器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和研發(fā)。