直流配電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)及發(fā)展現(xiàn)狀

孫希盈

摘 要：交流配電網(wǎng)是當(dāng)前配電網(wǎng)的主要形式，未來(lái)配電網(wǎng)將大量接入分布式發(fā)電和多樣化的負(fù)荷，這對(duì)交流配電網(wǎng)的供電可靠性、電能質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)環(huán)保運(yùn)行提出了更高要求。直流的配電網(wǎng)可作為未來(lái)配電網(wǎng)發(fā)展方向，應(yīng)用直流配電技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)交流配電網(wǎng)進(jìn)行升級(jí)，解決當(dāng)前配電網(wǎng)面臨的問(wèn)題。本文通過(guò)對(duì)比交流配電網(wǎng)，總結(jié)了直流配電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，并介紹其發(fā)展現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：直流配電網(wǎng)；優(yōu)勢(shì)；發(fā)展現(xiàn)狀

未來(lái)以風(fēng)力、光伏等發(fā)電為主的新能源發(fā)電將以分布式方式廣泛接入配電網(wǎng)，新能源發(fā)電成為解決能源危機(jī)的重要途徑。

分布式發(fā)電接入交流配電網(wǎng)，會(huì)引起的各種問(wèn)題。直流配電網(wǎng)通過(guò)各種變流器將分布式電源和負(fù)荷連接到同一直流母線上，組成獨(dú)立可控的系統(tǒng)，可避免交流配電網(wǎng)出現(xiàn)的很多問(wèn)題。直流配電技術(shù)可解決當(dāng)前問(wèn)題以滿足未來(lái)配電網(wǎng)的發(fā)展需求[ 1-2 ]。

1 交流配電網(wǎng)面臨的問(wèn)題

經(jīng)濟(jì)性方面，配電網(wǎng)供電側(cè)將有多種分布式發(fā)電接入，直流發(fā)電單元經(jīng)DC/AC變換、交流發(fā)電單元經(jīng)AC/DC/AC變換，均需大量換流器才能接入交流配電網(wǎng)；用電側(cè)，直流電機(jī)、電動(dòng)汽車等直流負(fù)荷，以及電冰箱、空調(diào)等采用變頻技術(shù)的交流負(fù)荷，需AC/DC變換或AC/DC/AC變換接入交流配電網(wǎng)；輸電側(cè)，城市用電負(fù)荷增長(zhǎng)迅速，交流配電網(wǎng)要通過(guò)架設(shè)新的輸電線路來(lái)提高輸電容量，供電容量與城市用地的矛盾加劇。系統(tǒng)供電側(cè)和用電側(cè)都將增加換流器投資和換流損耗，輸電走廊建設(shè)成本增高，降低配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性。

穩(wěn)定性方面，各種分布式發(fā)電接入交流電網(wǎng)需要經(jīng)過(guò)電壓、頻率、相位的同步過(guò)程，易造成對(duì)配電系統(tǒng)振蕩；分布式發(fā)電具有隨機(jī)性和不確定性，其接入會(huì)造成系統(tǒng)電壓偏移、頻率波動(dòng)、高次諧波污染等問(wèn)題，降低電能質(zhì)量，影響負(fù)荷正常工作。

環(huán)境保護(hù)方面，由于交流電本身的特點(diǎn)和部分配電網(wǎng)規(guī)劃的不合理性，交流配電網(wǎng)產(chǎn)生的噪音和電磁污染嚴(yán)重影響電網(wǎng)附近人們的身心健康。

2 直流配電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)

直流配電技術(shù)現(xiàn)已成功應(yīng)用在通信、船舶、航天、地鐵等供電領(lǐng)域，若將其應(yīng)用到電力系統(tǒng)配電網(wǎng)可發(fā)揮以下優(yōu)勢(shì)。

1）直流配電網(wǎng)有利于分布式發(fā)電接入。風(fēng)力發(fā)電、微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電等交流電源發(fā)電要接入交流電網(wǎng)，受頻率、幅值、相位等條件的約束，同步過(guò)程復(fù)雜；若接入直流配電網(wǎng)，經(jīng)AC/DC變換，無(wú)需同步。光伏發(fā)電、蓄電池等直流電源通過(guò)DC/DC變換直接與直流母線連接。直流配電網(wǎng)降低了分布式發(fā)電接入難度。

2）直流配電可提高電能質(zhì)量和供電可靠性。直流配電網(wǎng)可有效解決交流接入時(shí)發(fā)生的電壓閃變、頻率波動(dòng)、高次諧波污染等問(wèn)題；直流配電網(wǎng)可獨(dú)立控制系統(tǒng)有功功率和無(wú)功功率；直流配電網(wǎng)能隔離交流電網(wǎng)故障；接入儲(chǔ)能裝置可保證電網(wǎng)故障時(shí)對(duì)重要負(fù)荷的供電可靠性。

3）直流配電網(wǎng)輸電容量更大。交流配電網(wǎng)一般采用三相四線制，其額定線電壓和額定線電流分別為UAC、IAC，功率因數(shù)λ=0.9；直流配電網(wǎng)采用雙極供電，其額定電壓、額定電流分別為UDC、IDC，若交流導(dǎo)線和直流導(dǎo)線的絕緣水平相同，則有：

其功率比可表示為：

可見(jiàn)，采用兩條導(dǎo)線的直流線路與采用三條導(dǎo)線的交流線路輸電功率相當(dāng)，直流配電網(wǎng)單條線路的輸送功率是交流線路的1.5倍。

4）直流配網(wǎng)降低系統(tǒng)的電能損耗。當(dāng)前，直流負(fù)荷接入交流配電網(wǎng)，需要AC/DC變換；采用變頻技術(shù)的交流負(fù)荷，需AC/DC/AC變換。若用直流配電網(wǎng)供電，則直流負(fù)荷直接接入，交流負(fù)荷只需DC/AC即可實(shí)現(xiàn)變頻，降低換流損耗。直流配電線路只存在電阻和電導(dǎo)損耗，不存在渦流損耗和無(wú)功損耗。

5）直流配網(wǎng)的干擾小。當(dāng)交流配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，其電磁暫態(tài)過(guò)程復(fù)雜且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，出現(xiàn)的負(fù)序、零序等不對(duì)稱分量將干擾變壓器、電動(dòng)機(jī)以及通信線路等。直流配電網(wǎng)采用直流電，在故障條件下過(guò)渡時(shí)間短，無(wú)負(fù)序、零序分量，對(duì)外界的干擾小。

綜合看來(lái)，直流配電網(wǎng)相比交流配電網(wǎng)具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。

3 直流配電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀

新能源、新材料、電力電子技術(shù)不斷發(fā)展，直流配電網(wǎng)得到越來(lái)越多地關(guān)注，很多國(guó)家都開(kāi)始了對(duì)直流配電網(wǎng)的研究。

2004年，意大利米蘭理工大學(xué)提出了基于分布式電源的雙極型直流配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

2007年，羅馬尼亞的布加勒特理工大學(xué)對(duì)基于交替供電電源的直流配電系統(tǒng)進(jìn)行了研究。

2000年，美國(guó)通用電氣已開(kāi)始對(duì)沒(méi)有中央控制單元的低壓直流配電系統(tǒng)研究；美國(guó)弗吉尼亞理工大學(xué)于2007年提出“Sustainable Building Initiative（SBI）”的研究計(jì)劃；2010年，該計(jì)劃發(fā)展為“Sustainable Building and Nanogrids（SNB）”；2011年，美國(guó)北卡羅萊納大學(xué)研究未來(lái)自動(dòng)靈活配電的“The Future Renewable Electric Energy Delivery and Management（FREEDM）”系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

2004年，日本提出了基于低壓直流微網(wǎng)的配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一套10kW的直流配電系統(tǒng)樣機(jī)。

韓國(guó)成立了智能微電網(wǎng)研究中心，計(jì)劃投資建立直流微電網(wǎng)供電系統(tǒng)。

自2009年起，國(guó)內(nèi)的研究機(jī)構(gòu)開(kāi)始了直流配電網(wǎng)的研究。2012年，中國(guó)建立了城市電網(wǎng)先進(jìn)技術(shù)研究中心，實(shí)施對(duì)直流配電技術(shù)的研究；2013年，國(guó)家863項(xiàng)目“基于柔性直流的智能配電關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”由深圳供電公司正式啟動(dòng)，重點(diǎn)研究低壓直流配電。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)介紹傳統(tǒng)交流配電網(wǎng)當(dāng)前面臨的問(wèn)題，對(duì)比直流配電網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)，總結(jié)出直流配電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，并簡(jiǎn)單介紹了國(guó)內(nèi)外直流配電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀。可見(jiàn)，直流配電網(wǎng)將滿足社會(huì)發(fā)展對(duì)配電網(wǎng)提出的方便分布式發(fā)電接入、安全可靠供電、經(jīng)濟(jì)環(huán)保運(yùn)行等要求，是配電網(wǎng)發(fā)展的方向之一。

參考文獻(xiàn)：

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