直流配電系統典型供用電模式研究

陳兆偉

【摘?要】近些年，隨著社會戶發展，我國的科學技術水平不斷進步。隨著充電設施、5G基站、直流家電等新型直流負荷及光伏等直流電源的快速發展，研究兼具安全、可靠、高效特性的直流配電網具有巨大的市場潛力和應用價值。提出了中壓直流配電網網架結構及低壓直流用電系統母線結構，分析了單極接線、雙極接線的特點及其適用情況，提出了由兩電平換流器、MMC換流器構成的偽、真雙極直流配用電系統的接地方式。最后，以數據中心、居民樓宇等直流負荷集中區應用場景為例，從電壓等級、網架結構、接線方式和接地方式等方面構建其典型供用電模式。

【關鍵詞】直流配電;網架結構;接線方式;接地方式;典型供用電模式

1直流配電系統構架

低壓直流配電系統結構：包括蓄電池組、降壓單元、集中控制單元、絕緣監測單元等模塊。在實際運行中，兩路交流輸入經交流配電單元互投后選擇其中一路交流輸入提供給充電模塊;充電模塊輸出穩定的直流電源，一方面對蓄電池組補充充電和提供合閘輸出，另一方面通過降壓單元提供控制輸出，為負載提供正常的工作電流;絕緣監測單元可在線監測直流母線和各支路的對地絕緣狀況;集中監控單元可實現對交流配電單元、充電模塊、直流饋電、絕緣監測單元、直流母線和蓄電池組等運行參數的采集與各單元的控制和管理，并可通過遠程接口接受后臺操作員的監控。系統監控單元是低壓直流配電系統的核心單元，具有：系統檢測單元功能，為系統提供全方位的監控;絕緣及蓄電池檢測功能，通過絕緣巡檢單元及蓄電池巡檢單元對相關量進行檢測;模塊監視功能，讀取高頻模塊電壓、電流數據，控制充電電壓、電流;模擬量、開關量輸入輸出功能。

系統控制單元集中控制器設備結構主要包括CPU單片機電路、隔離輸入回路、隔離輸出回路、顯示器與鍵盤、通信回路、工作電源等部分。隔離輸入回路設有16路光電隔離開關量信號輸入，可任意配置，可接入直流系統的一些主要狀態信號，如主開關、熔斷器、交流輸入電源等;設有5路帶光電隔離的RS-485通信接口，充電模塊、智能變送器、饋線盒、電池巡檢儀、微機型絕緣監測儀具有內置CPU，完成本身的信號采樣及協調控制，輸出設有隔離的RS-485接口，這些模塊通過串口通信接受集中監控器的監控。隔離輸出回路設有8路各自獨立的無源干接點信號輸出，可將直流系統的一些主要故障報警信號通過隔離輸出板輸出;另還設有1路監控器裝置故障的無源干接點信號輸出。通信回路提供多種接口方式與上位機連接（綜合自動化、計算機監控系統等），如標準帶隔離的RS-232、RS-485、RS-422等串口。工作電源電壓適應范圍寬，DC80-320V。

2中低壓直流配電系統網架結構

2.1中壓直流網架結構

未來很長一段時間內，直流配電網和交流配電網是共存共生的關系，在局部形成交直流混合配電網。交直流混合配電網直流側中壓網架結構可分為輻射式結構、單端環式結構、雙端式結構、多端式結構、多端環式結構等。輻射式結構（見圖3）取自單個上級電源，通過單路或雙路輻射出線。單路輻射結構不能滿足“N–1”校核，適用于電動汽車充換電設施等可靠性要求一般的場所;雙路輻射結構滿足“N–1”校核，適用于可靠性要求較高的場所。

單端環式結構（見圖4）與輻射式結構類似，取自單個上級電源并采用雙路出線形成環型供電網絡，該拓撲滿足“N–1”校核，可靠性較輻射式結構高，該拓撲結構特別適用于分布式電源（DG）的多點分散接入。

雙端式/多端式結構（見圖5）取自2個及以上上級電源，采用單路或雙路出線形式，單個電源故障所有負荷不失電。該拓撲滿足“N–1”校核，具有很高的供電可靠性，可滿足多點DG接入及高可靠供電需求。通過直流進行背靠背的交流供電系統也可采用雙端式結構。

多端環式結構（見圖6）是在多端式結構的基礎上，將多電源點出線形成環形網絡閉環運行，供電容量大、可靠性高、運行方式靈活，滿足“N–1”校核，是直流配電系統發展后期的網絡形態。可滿足多點、大容量DG的分散接入及高可靠供電需求。

參考文獻：

[1]馬釗，趙志剛，孫媛媛，等.新一代低壓直流供用電系統關鍵技術及發展展望[J].電力系統自動化，2019，43（23）：12-22.

[2]江道灼，鄭歡.直流配電網研究現狀與展望[J].電力系統自動化，2012，36（8）：98-104.

（作者身份證號碼：431121198606155512）