试析直流配电系统技术分析及设计构想

齐咏 刘爱莲 宋现云

摘 要：本文阐述了直流配电系统的发展现状，总结了直流配电系统技术的相关特点并提出一些设计思路和新的设计构想，以期能够推动我国直流配电系统技术的发展，让直流配电系统实现更高的社会价值和经济效益。

关键词：直流配电系统；配电技术；技术分析；设计构想

直流配电系统的特点是在工作过程中受到的影响因素小，基本上只需要控制电力系统中的电压幅值就能保证直流配电系统工作的稳定性，而在传统的交流配电系统中，其会受到相位、电压幅值、频率等多方面因素的影响，在工作中的耗损量也大，直流配电系统的出现刚好能够弥补交流配电系统的种种不足。系统配电设计技术决定着直流配电系统后期的工作状态，因此确保直流配电系统安全有效地接入分布式电源、提高电力系统的运作效率便成为电力发展过程中亟待解决的问题。

1 直流配电技术的相关分析

1.1 直流配电系统可靠性高

直流配电系统中电路的基本构成只有两根导线，当直流配电系统中的正极线路出现故障时，负极线路仍可以通过与大地相连形成回路继续将功率向外输出。在实际应用中，有80%以上的故障都是单相或单极接地故障，因此通常也不会影响配电系统的正常工作，检修人员也有了缓冲时间对配电系统做出及时调整[1]。当配电系统出现故障时，相对于交流配电系统，直流配电系统的恢复速度快、恢复效果好，通常只需要重启系统就能排除故障恢复正常工作。通常情况下，在设计直流配电系统时，也会设置电力电子变换器，这样在某个区域发生故障时，电子变换器就能将直流配电系统分隔为独立的区域，其他区域就不会受到影响。

1.2 直流配电系统工作效率高

直流配电系统在工作过程中传输功率的性能稳定，因此线路的损耗就少，系统的使用寿命相对来说也比交流配电系统要长。在直流配电系统中，耗损量最大的是电力电子变换器，研究人员为了解决这一问题，目前也研发出了效率高达99%的直流变换器，以目前科技的发展趋势来看，未来一定还会出现更加高效的变换器[2]。

基于直流配电系统工作效率高、负载电荷能力强的特点，在众多电子移动设备中，直流配电也发挥着重要作用，不光是手机、计算器等小型设备，直流电动器或电动汽车等大中型设备也常常使用直流配电系统。

1.3 直流配电系统在工作中受到的影响因素少

相较于传统的交流配电系统，为了保证直流配电系统工作的稳定性，只需要控制电压幅值，会影响交流配电系统工作状态的其他因素如频率、相位等，都不会影响直流配电系统的工作状态。

2 直流配电系统的运行和控制

在直流配电系统的运行和控制过程中，多采用的主要电能变换设备是电力电子转换器，电力电子转换器的主要功能是完成直流配电过程中电网内部电压等级的转换，对直流配电系统起到保护作用。在直流配电系统中的储能装置、分布式电源等多个部分都需要安装电力电子转化器来将设备与直流母线相连接，因此直流配电系统中所用到的转换器的种类和转换电压等级的数量都非常多。

在控制直流配电系统的过程中，最主要的问题就是要保持电压的稳定性，为了能够有效控制电压和保证直流电均流，在安装电力电子转换器时要基于以下几点来选择合适的仪器：（1）以保持系统的稳定性、保障系统的安全为原则。（2）以电源容量合理分配负载为原则。（3）以提高系统的可靠性和稳定性为原则。（4）以保持直流配电系统母线电压波动范围不超过5%为基准。（5）以建立优良的系统模块性能为原则[3]。

电压的状态决定着直流配电系统的工作状态，因此时刻保持电力系统中电压的稳定性在直流配电系统占据首当其冲的地位。

3 直流配电系统技术的设计构想

3.1 直流配电系统网络结构的设计与改良

直流配电系统与交流配电系统的网络结构相似，其结构设计原理都是一种将多级配电网相互交合在同一个网络结构中，使其形成一个拓扑网结构。從设计方式上来看，直流配电系统的网络接线方式有环状、网状和辐射状3种，根据实际要求的不同所选择的网络拓扑结构也都不同。不同的网络结构适用于不同的电能配电系统中，在具体设计时，要按照地区的基本情况、资本状况、有无特定应用需求来对其成本和控制程度进行考量。

由于我国大部分地区或电力系统之前所采用的配电方式都是交流配电，因此在进行电力系统改良时就有一定的难度。为了保持在正常供电输送的情况下将交流配电系统更换为直流配电系统，通常采用的手段是先拆除一部分交流配电系统并建立新的直流配电系统，两者结合交替工作，合理布局彻底进行地区的网络结构改良。

3.2 直流配电系统开关设备技术

开关设备是防止电力系统故障波及其他正常区域的重要设备，在开关设备的设置上，直流配电系统相对于交流配置系统要难得多，在目前的技术上来说，采用机械与半导体混合式开关的可行性比较高，但是要彻底解决直流配电系统开关设备技术问题还需要做更多的研究。

4 结束语

随着科技的发展和社会的进步，人们对电力系统的要求越来越高，交流配电系统逐渐难以满足人们的需求，不少研究人员开始将目光转向对直流配电系统的研究。如何提高电力的运行效率、提高供电的质量和可靠性、降低断电事故发生的频率是当下社会面临的新挑战。

参考文献

[1]王丹，毛承雄，陆继明，等.直流配电系统技术分析及设计构想[J].电力系统自动化，2013，（8）：82-87.

[2]冯锦新，马向攀.直流配电系统技术分析及设计[J].电子技术与软件工程，2013，（20）：209.

[3]桂铭阳.浅谈直流配电系统技术分析及设计构想[J].中国高新技术企业，2015，（4）：133-134.

（作者单位：国网山东省电力公司巨野县供电公司）