直流配电网的优势及发展现状

孙希盈

摘 要：交流配电网是当前配电网的主要形式，未来配电网将大量接入分布式发电和多样化的负荷，这对交流配电网的供电可靠性、电能质量、经济环保运行提出了更高要求。直流的配电网可作为未来配电网发展方向，应用直流配电技术对传统交流配电网进行升级，解决当前配电网面临的问题。本文通过对比交流配电网，总结了直流配电网的优势，并介绍其发展现状。

关键词：直流配电网；优势；发展现状

未来以风力、光伏等发电为主的新能源发电将以分布式方式广泛接入配电网，新能源发电成为解决能源危机的重要途径。

分布式发电接入交流配电网，会引起的各种问题。直流配电网通过各种变流器将分布式电源和负荷连接到同一直流母线上，组成独立可控的系統，可避免交流配电网出现的很多问题。直流配电技术可解决当前问题以满足未来配电网的发展需求[ 1-2 ]。

1 交流配电网面临的问题

经济性方面，配电网供电侧将有多种分布式发电接入，直流发电单元经DC/AC变换、交流发电单元经AC/DC/AC变换，均需大量换流器才能接入交流配电网；用电侧，直流电机、电动汽车等直流负荷，以及电冰箱、空调等采用变频技术的交流负荷，需AC/DC变换或AC/DC/AC变换接入交流配电网；输电侧，城市用电负荷增长迅速，交流配电网要通过架设新的输电线路来提高输电容量，供电容量与城市用地的矛盾加剧。系统供电侧和用电侧都将增加换流器投资和换流损耗，输电走廊建设成本增高，降低配电网的经济性。

稳定性方面，各种分布式发电接入交流电网需要经过电压、频率、相位的同步过程，易造成对配电系统振荡；分布式发电具有随机性和不确定性，其接入会造成系统电压偏移、频率波动、高次谐波污染等问题，降低电能质量，影响负荷正常工作。

环境保护方面，由于交流电本身的特点和部分配电网规划的不合理性，交流配电网产生的噪音和电磁污染严重影响电网附近人们的身心健康。

2 直流配电网的优势

直流配电技术现已成功应用在通信、船舶、航天、地铁等供电领域，若将其应用到电力系统配电网可发挥以下优势。

1）直流配电网有利于分布式发电接入。风力发电、微型燃气轮机发电等交流电源发电要接入交流电网，受频率、幅值、相位等条件的约束，同步過程复杂；若接入直流配电网，经AC/DC变换，无需同步。光伏发电、蓄电池等直流电源通过DC/DC变换直接与直流母线连接。直流配电网降低了分布式发电接入难度。

2）直流配电可提高电能质量和供电可靠性。直流配电网可有效解决交流接入时发生的电压闪变、频率波动、高次谐波污染等问题；直流配电网可独立控制系统有功功率和无功功率；直流配电网能隔离交流电网故障；接入储能装置可保证电网故障时对重要负荷的供电可靠性。

3）直流配电网输电容量更大。交流配电网一般采用三相四线制，其额定线电压和额定线电流分别为UAC、IAC，功率因数λ=0.9；直流配电网采用双极供电，其额定电压、额定电流分别为UDC、IDC，若交流导线和直流导线的绝缘水平相同，则有：

其功率比可表示为：

可见，采用两条导线的直流线路与采用三条导线的交流线路输电功率相当，直流配电网单条线路的输送功率是交流线路的1.5倍。

4）直流配网降低系统的电能损耗。当前，直流负荷接入交流配电网，需要AC/DC变换；采用变频技术的交流负荷，需AC/DC/AC变换。若用直流配电网供电，则直流负荷直接接入，交流负荷只需DC/AC即可实现变频，降低换流损耗。直流配电线路只存在电阻和电导损耗，不存在涡流损耗和无功损耗。

5）直流配网的干扰小。当交流配电网发生故障时，其电磁暂态过程复杂且持续时间长，出现的负序、零序等不对称分量将干扰变压器、电动机以及通信线路等。直流配电网采用直流电，在故障条件下过渡时间短，无负序、零序分量，对外界的干扰小。

综合看来，直流配电网相比交流配电网具有无可比拟的优势。

3 直流配电网的发展现状

新能源、新材料、电力电子技术不断发展，直流配电网得到越来越多地关注，很多国家都开始了对直流配电网的研究。

2004年，意大利米兰理工大学提出了基于分布式电源的双极型直流配电网结构。

2007年，罗马尼亚的布加勒特理工大学对基于交替供电电源的直流配电系统进行了研究。

2000年，美国通用电气已开始对没有中央控制单元的低压直流配电系统研究；美国弗吉尼亚理工大学于2007年提出“Sustainable Building Initiative（SBI）”的研究计划；2010年，该计划发展为“Sustainable Building and Nanogrids（SNB）”；2011年，美国北卡罗莱纳大学研究未来自动灵活配电的“The Future Renewable Electric Energy Delivery and Management（FREEDM）”系统结构。

2004年，日本提出了基于低压直流微网的配电系统结构，并已经实现了一套10kW的直流配电系统样机。

韩国成立了智能微电网研究中心，计划投资建立直流微电网供电系统。

自2009年起，国内的研究机构开始了直流配电网的研究。2012年，中国建立了城市电网先进技术研究中心，实施对直流配电技术的研究；2013年，国家863项目“基于柔性直流的智能配电关键技术研究与应用”由深圳供电公司正式启动，重点研究低压直流配电。

4 结语

本文通过介绍传统交流配电网当前面临的问题，对比直流配电网的技术特点，总结出直流配电网的优势，并简单介绍了国内外直流配电网的发展现状。可见，直流配电网将满足社会发展对配电网提出的方便分布式发电接入、安全可靠供电、经济环保运行等要求，是配电网发展的方向之一。

参考文献：

[1] 崔福博，郭剑波，荆平，等.直流配电技术综述[J].电网技术，2014，38（3）：556-564.

[2] 徐通，王育飞，张宇，等.直流配电网发展现状与应用前景分析[J].华东电力，2014，42（6）：1069-1074.