含分布式電源的低壓直流配電網研究

趙永紅　唐鑫

摘 要：隨著智能電網建設工作的逐步深入，分布式電源有了長遠發展，其在低壓直流配電網中的應用也越來越多，也提高了電網運行的安全性和可靠性。本文基于大量的文獻資料分析了分布式電源和低壓直流配電網特點，然后對含分布式電源的低壓直流配電網建設提出了幾點建議，并具體探討了該電網建設中的關鍵技術，僅供參考借鑒。

關鍵詞：分布式電源；關鍵技術；低壓直流配電網

中圖分類號：TM744 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）22-0123-02

近些年來，隨著電網交流系統規模的不斷加大，其穩定性、安全性問題日益受到關注，傳統的穩定性設備已經很難滿足電網安全運行需求。此外，環境問題越來越突出，可再生能源應用呼聲越來越高，對交流配電網建設提出了更高要求。介于此，直流模式應用于交流配電網是必要的，利于適應當前交流配電網建設需要。加之，分布式電源與直流模式結合在一起，可在提高電網運行可靠性基礎上減少投資成本、降低能源消耗，為電力行業發展創造巨大潛力。

1 分布式電源

分布式電源，指的是功率在數千瓦至20MW之間的，和輸電系統不直接相連的一種獨立電源系統[1]。一般情況下，分布式電源電壓等級都在35kV以下，其中涵蓋可再生能源設備和部分儲能設備。如，太陽能發電設備、電磁儲能設備等。

2 低壓直流配電網

低壓直流配電網是近年來剛剛發展起來的，雖然技術成熟度有待進一步提升，但是其優勢特點有目共睹。第一，電源轉換效率高。低壓直流配電網中的可再生能源設備較多，這些設備產生的電能基本以直流電形式存在，直流電接入傳統的交流電網會出現逆變現象，很容易造成電能損失，降低新能源利用率[2]。而采用直流電網后，可再生能源設備產生的電能可以直接接入，或經逆變器進入，極大提高了電源轉換效率，且節省電能；第二，節省空間和成本。電網設備、計算機、家用電器設備等采用直流電源供電后，將這些設備接入低壓直流配電網中，可節能空間和成本；第三，供電可靠性高。為了分析低壓直流配電網供電可靠性高的特點，以通信系統為例。通信系統一般24小時不間斷通電，交流電網雖然配置了UPS系統，但是與直流供電系統相比，其技術依然存在一定不足，如變頻器會降低交流系統效率、電磁降低設備可維護性等。所以，采用低壓直流系統利用提高配電網運行可靠性。

3 含分布式電源的低壓直流配電網建設和關鍵技術

鑒于分布式電源和低壓直流配電網的特點，含分布式電源的低壓直流配電網有著很好的發展前景，其應用市場是非常寬廣的。但是以目前的技術水平和成熟度而言，想要大范圍應用這一種類型的低壓配電網有一定難度。下面結合現有技術和經驗進行了相關分析，對含分布式電源的低壓配電網建設提出了幾點建議。

3.1 建設建議

對含分布式電源的低壓配電網設計時，需要考慮四個方面因素[3]：第一，現階段電力市場中的配電網容量成本和不同電源的電價成本；第二，低壓配電網的供電可靠性、網損及運行費用等；第三，分布式電源的運行成本、投資費用，以及電源間的互補性等；第四，電力用戶、供電企業等相關利益主體的需求、利益等。綜合考慮以上各個方面因素后，依據變量要素確定三種設計方案：

第一種：單一的分布式電源設計。實際上，這種設計是一種在保證配電網饋線正常運行情況下，優化分布式電源的容量和安裝位置的一種方式。就目前而言，我國很多地方都采用這樣的設計方案，其應用范圍比較廣泛。在單一的分布式電源下，通過計算微增量進行排序，確定出分布式電源安裝最佳位置；對電壓改善程度、環境效益、網損等進行綜合考量，確定分布式電源容量；利用潮流計算中的模型分析分布式電源接入的整體影響，將分析重點工作放在對電壓質量的影響上，盡量降低對網損的影響，確保選址、定容科學合理。

第二種，分布式電源與低壓直流配電網網架協調設計。首先，將交流配電網直接改造為直流配電網，然后再進行分布式電源與直流配電網網架結構的協調設計，從整體上進行配電網全面優化。目前，從求解算法角度看，含分布式電源的低壓直流配電網設計具有約束條件復雜、目標混合等特點。為適合這一特點，可采用數學優化計算法、智能優化計算法等，滿足設計優化要求。

第三種：交流系統和直流系統混合設計。在現有交流系統基礎上直接引入直流系統，為用電提供交流、直流兩種電源，用戶根據自身需求選擇適合的供電電源。雖然這種設計方案一定程度上增加了變電站和配電網建設成本，但是方便了電力用戶用電，利于提高服務質量。

3.2 關鍵技術

含分布式電源的低壓直流配電網設計還處于發展階段，從現有技術條件看，這一電網設計需要利用以下關鍵技術。

3.2.1 電力電子接口技術

含分布式電源的低壓直流配電網中，分布式電源、儲能設備、可再生能源設備和各種負載基本都是直接或通過各種電力電子裝置與直流母線連接起來的，不同電源、不同負載需要使用不同的電力電子接口裝置，可見對電力電子接口有著較高要求。

當前，電力電子接口技術主要包括網側接口技術、負載側接口技術、分布式電源接口技術等[4]。第一，網側接口技術。網絡接口是一種低壓直流配電網與輸電線路連接的電力電子裝置，主要有雙向DC/DC、雙向AC/DC等變換器，這兩種變換器都能滿足能量雙向流動要求，可根據實際情況選用最適合的變換器。第二，負載側接口技術。結合各種負載的特點，將負載直接連到直流母線上，或通過DC/AC、DC/DC變換器，以及不同功率的電源適配器連接到直流母線上。DC/AC、DC/DC變換器的技術成熟度很高，轉換效率也很高，在這里建議采用這種連接方式，可降低故障率。此外，由于負載側接口距離使用者的距離比較近，如果選用這種電力電子接口技術，不僅能保證供電質量、供電安全，還能提高供電效率和設備可操作性。第三，分布式電源接口技術。采用分布式電源接口，能夠將太陽能、風力發電等分布式電源與低壓直流配電網連接起來，具有較高的集成性。但是，與直流配電網連接時仍然要采用DC/AC、DC/DC變換器，三端口變換器還在研發中。

3.2.2 母線電壓控制技術

對于含分布式電源的低壓直流配電網而言，由于分布式電源設備、儲能設備等較多，可能會出現電源、負載分布不均衡等現象，致使直流母線各點電壓不相等，在電源間產生環流問題。對此，對并聯變換器進行均流控制，抑制環流，確保直流母線電壓穩定。控制方式可采用集中控制、主從控制、無主從控制等[5]，其中無主從控制因為具有分布式特點，成為未來發展趨勢，也是當前研究工作的重點。

3.2.3 配電網保護技術和故障診斷技術

含分布式電源的低壓治理配電網運行過程中，低壓直流配電網保護技術和故障診斷技術是安全運行的基礎。與交流配電網相比，直流配電網的保護技術與故障診斷技術還不成熟，當下沒有完善的保護方案，但要持續加大接地方式、故障檢測、故障診斷、故障處理、繼電保護等方面的研究，不斷提高低壓直流配電網運行保護能力和故障排除能力，保證電網運行可靠性，放心使用含分布式電源的低壓直流配電網。

4 結語

綜上所述，分布式電源和低壓直流配電網都有著各自的優勢，在供電系統中的應用是當前及今后我國電網建設的主要方向，利于推動堅強智能電網建設。含分布式電源的低壓直流配電網可采用單一的分布式電源設計、分布式電源與低壓直流配電網網架協調設計、交流系統和直流系統混合設計等幾種方案。同時，注意電力接口技術、母線電壓控制技術、配電網保護技術及故障診斷技術等關鍵技術應用，支持并保證配電網運行安全。

參考文獻

[1]陳書波.含分布式電源的低壓配電網設計[J].企業技術開發，2015，34（33）：94+96.

[2]段雙明，郭陽，任俊，靳利光，吳薇.含分布式電源的低壓直流配電網研究綜述[J].東北電力大學學報，2015，35（06）：1-7.

[3]馮延明.含分布式電源的直流配電網及儲能規劃[D].華北電力大學，2013.

[4]黃芳.含分布式電源的中低壓配電網繼電保護研究[D].華北電力大學，2014.

[5]李晨政，孟濤，王偉，張海鋒，王迪.含分布式電源的配電網優化配置研究綜述[J].電氣開關，2017，55（3）：5-7.endprint