直流配电系统的组网技术及其应用

张建文

【摘 要】新能源以及智慧能源的广泛推进，直流配电系统自身功率容易掌控，且便于接纳分布式清洁能源的优势受到了密切关注，并引入了我国城市建筑工程中。基于此，本文就直流配电系统关键技术及应用做了详细分析。

【关键词】直流配电系统;交直流配电系统;配电技术

一、直流配电系统性能分析

（一）直流配电系统互动化接入优势

未来配电网的发展趋势及特征正逐渐趋于可再生能源分布式并网方向。而分布式能源、电动汽车充电站以及储能设备等一般均以直流方式开展工作的，因此在直流配电系统中，相关设备的控制技术以及并网接口操作非常简单，且分布式能源直接存储产生的电能，还可以用于负载，这极大减少了转换过程中损失的能耗。

（二）直流配電系统供电电能质量

在直流配电系统中，供电电能质量是用户最关心的问题。直流配电系统主要通过控制用户侧的交流电压及频率，并调节直流电压，就能很好的实现高质量电能的供应。从配电系统定性来看，柔性的支流技术配电系统比交流配电网有着更大优势，能有效改善用户供电质量。直流配电系统在朝着智慧化发展进程中，分布式能源以及各类负荷的互动化接入相对复杂，使得直流配电系统谐波含量变大，因此在采取较低直流电压供电时出现电压降落较大问题，这就需要充分发挥出直流配电系统的控制作用，以此提高直流配电系统供电电能质量。

（三）中低压直流配电系统的安全性优势

我国一般采取220V交流低压进行供电，电压超出了人体可承受安全电压水平，这使得每年都会有大量人因触电导致身亡，尤其在城市暴雨后引发的群众触电事件，这极大引起了相关供电单位的关注。若群众使用的家电采取48V±直流安全电压供电系统进行供电，则可以有效避免触电事故发生率，这也是直流配电系统的主要优势。此外，因电压等级较低，所有直流配电系统在建设时需要占据较大的面积，且功能和能量密度也受到影响。因此可以采取48V±和375V±直流组合进行供电，即户级配电采取375V±供电，低功率用电设备级采取48V±供电，以此提高直流配电系统的安全性。

二、直流配电系统拓扑结构及供电模式

（一）中低压直流配电系统拓扑结构

在中低压直流配电系统中，其拓扑结构是确保系统有效接纳智能化配电性，且提高供电质量的关键组成部分。在拓扑结构中包括中低压直流母线、直流变压器、储能、光伏以及燃料电池等结构。此外，系统依托多供电电位进行供电，因此有着较强的冗余性，且直流变压器的引入有效连接了中、低压直流母线，从而使中低压直流配电系统电压控制更加灵活，但也增加了控制复杂度。

（二）供电模式

依据上层电网传输方式，直流配电系统可分为直流传输配电系统以及交流传输的配电系统;依据负载供电方式，直流配电系统可分为模块式 以及集中性供电模式。同时，不同上层传输方式也对直流配电系统的控制方式产生着影响，因此可以根据系统接入上层电网形式来确定合理的配电网供电模式，以此提高整个配电系统的安全、经济性。此外，不同负载供电模式对用户的供电质量以及配电系统供电可靠性也产生着一定的影响，因此基于集中式直流配电系统一般适用于负荷与电源相对集中的情况，模块式配电系统则适用于负荷与电源相对分散的情况。

三、柔性直流配电技术应用分析

（一）交直流混合配电网的应用

智慧能源技术发展背景下，传统能源与再生能源、交流负荷以及直流负荷共同存在，因此交直流混合配电网势必会成为未来配电网发展的新形势。交直流配电网的应用能有效提高用户供电安全性，且有着一定的技术经济优势。在交直流配电系统中，中低压交流母线侧和直流侧母线依托换流器实现了互联，从而使交流侧能量与直流侧能源双向流动，这极大提高了配电工程的灵活性。同时，直流侧低压母线依托相关装置还可以有效互联直流负荷、低压交流母线以及分布式能源，从而实现智慧能源灵活供给和清洁能源的消纳。

现如今，我国在柔性直流配电和交直流混合配电方面取得了一定成效，例如2018年在杭州投入建设的全国首个10kV±智能直流配电系统示范工程，且达到了30MW的总换流容量。该工程实现了多段互联网下的配电网，为未来交直流混合配电网发展奠定了坚实的基础。2018年12月，我国在广东珠海成功投运了全球最大规模的多端交直流混合柔性配电网互联工程，依托柔性中低压直流配电系统结构，混合了多个交直流电压等级（10kV±、375V±、110V±）。

（二）能源互联网的应用

能源互联网主要依托信息技术、互联网技术等新兴技术，并以电力系统为核心，以分布式能源为主要一次能源，与城市交通网络、天然气网络等城市系统密切相关的多复杂性网流系统。如今，在互联网技术与智能电网和能源网深入融合发展的背景下，能源互联网也将成为电网未来发展趋势。此外，能源互联网的核心装置为能量路由器，这对有效消纳再生能源、灵活转化电能起着决定作用。国外相关研究者提出交直流电网互联网智能能源管理设备，将能量路由器有效应用到其中，这对发展下一代能源互联网配电系统有着一定的指导作用。

依托直流配电系统的直流能量路由器能灵活调节能源互联网核心装置，因此其通信、能量管理、能量储备、故障处理以及系统规划等技术均是进一步提高直流配电系统运行效率的关键。

总结

综上所述，在经济水平飞速发展的社会背景下，我国电力负荷量呈现出持续、快速增长趋势，这使得传统交流配电系统和城市电网面临严峻挑战，尤其在蓬勃发展的发达城市，在供电线路走廊建设和配电系统电源方面的制约因素越来越多。而直流配电系统技术的出现，不仅缓解了城市供电压力，还在很大程度上提高了配电安全，对实现未来城市配电网智慧发展均起着积极作用。因此，直流配电系统在未来智慧能源建设中发挥着积极作用，但也同样会面临更多问题，仍需要相关学者针对直流配电网相关技术做深入分析，以此进一步提高直流配电系统控制水平。

参考文献：

[1]郑鹏威.柔性中压直流配电网电压控制的研究[D].西安理工大学，2017.

[2]康敏，钟智.基于柔性直流输配电系统控制策略研究[J].电工文摘，2015（06）：49-51.

[3]邱大强，邢大鹏.多端柔性直流输配系统控制策略研究[J].电气开关，2014，52（03）：23-26+32.

（作者单位：太原市建筑设计研究院）