試析直流配電系統(tǒng)技術(shù)分析及設(shè)計構(gòu)想

齊詠 劉愛蓮 宋現(xiàn)云

摘 要：本文闡述了直流配電系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)了直流配電系統(tǒng)技術(shù)的相關(guān)特點并提出一些設(shè)計思路和新的設(shè)計構(gòu)想，以期能夠推動我國直流配電系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，讓直流配電系統(tǒng)實現(xiàn)更高的社會價值和經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：直流配電系統(tǒng)；配電技術(shù)；技術(shù)分析；設(shè)計構(gòu)想

直流配電系統(tǒng)的特點是在工作過程中受到的影響因素小，基本上只需要控制電力系統(tǒng)中的電壓幅值就能保證直流配電系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，而在傳統(tǒng)的交流配電系統(tǒng)中，其會受到相位、電壓幅值、頻率等多方面因素的影響，在工作中的耗損量也大，直流配電系統(tǒng)的出現(xiàn)剛好能夠彌補(bǔ)交流配電系統(tǒng)的種種不足。系統(tǒng)配電設(shè)計技術(shù)決定著直流配電系統(tǒng)后期的工作狀態(tài)，因此確保直流配電系統(tǒng)安全有效地接入分布式電源、提高電力系統(tǒng)的運作效率便成為電力發(fā)展過程中亟待解決的問題。

1 直流配電技術(shù)的相關(guān)分析

1.1 直流配電系統(tǒng)可靠性高

直流配電系統(tǒng)中電路的基本構(gòu)成只有兩根導(dǎo)線，當(dāng)直流配電系統(tǒng)中的正極線路出現(xiàn)故障時，負(fù)極線路仍可以通過與大地相連形成回路繼續(xù)將功率向外輸出。在實際應(yīng)用中，有80%以上的故障都是單相或單極接地故障，因此通常也不會影響配電系統(tǒng)的正常工作，檢修人員也有了緩沖時間對配電系統(tǒng)做出及時調(diào)整[1]。當(dāng)配電系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，相對于交流配電系統(tǒng)，直流配電系統(tǒng)的恢復(fù)速度快、恢復(fù)效果好，通常只需要重啟系統(tǒng)就能排除故障恢復(fù)正常工作。通常情況下，在設(shè)計直流配電系統(tǒng)時，也會設(shè)置電力電子變換器，這樣在某個區(qū)域發(fā)生故障時，電子變換器就能將直流配電系統(tǒng)分隔為獨立的區(qū)域，其他區(qū)域就不會受到影響。

1.2 直流配電系統(tǒng)工作效率高

直流配電系統(tǒng)在工作過程中傳輸功率的性能穩(wěn)定，因此線路的損耗就少，系統(tǒng)的使用壽命相對來說也比交流配電系統(tǒng)要長。在直流配電系統(tǒng)中，耗損量最大的是電力電子變換器，研究人員為了解決這一問題，目前也研發(fā)出了效率高達(dá)99%的直流變換器，以目前科技的發(fā)展趨勢來看，未來一定還會出現(xiàn)更加高效的變換器[2]。

基于直流配電系統(tǒng)工作效率高、負(fù)載電荷能力強(qiáng)的特點，在眾多電子移動設(shè)備中，直流配電也發(fā)揮著重要作用，不光是手機(jī)、計算器等小型設(shè)備，直流電動器或電動汽車等大中型設(shè)備也常常使用直流配電系統(tǒng)。

1.3 直流配電系統(tǒng)在工作中受到的影響因素少

相較于傳統(tǒng)的交流配電系統(tǒng)，為了保證直流配電系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，只需要控制電壓幅值，會影響交流配電系統(tǒng)工作狀態(tài)的其他因素如頻率、相位等，都不會影響直流配電系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

2 直流配電系統(tǒng)的運行和控制

在直流配電系統(tǒng)的運行和控制過程中，多采用的主要電能變換設(shè)備是電力電子轉(zhuǎn)換器，電力電子轉(zhuǎn)換器的主要功能是完成直流配電過程中電網(wǎng)內(nèi)部電壓等級的轉(zhuǎn)換，對直流配電系統(tǒng)起到保護(hù)作用。在直流配電系統(tǒng)中的儲能裝置、分布式電源等多個部分都需要安裝電力電子轉(zhuǎn)化器來將設(shè)備與直流母線相連接，因此直流配電系統(tǒng)中所用到的轉(zhuǎn)換器的種類和轉(zhuǎn)換電壓等級的數(shù)量都非常多。

在控制直流配電系統(tǒng)的過程中，最主要的問題就是要保持電壓的穩(wěn)定性，為了能夠有效控制電壓和保證直流電均流，在安裝電力電子轉(zhuǎn)換器時要基于以下幾點來選擇合適的儀器：（1）以保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性、保障系統(tǒng)的安全為原則。（2）以電源容量合理分配負(fù)載為原則。（3）以提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性為原則。（4）以保持直流配電系統(tǒng)母線電壓波動范圍不超過5%為基準(zhǔn)。（5）以建立優(yōu)良的系統(tǒng)模塊性能為原則[3]。

電壓的狀態(tài)決定著直流配電系統(tǒng)的工作狀態(tài)，因此時刻保持電力系統(tǒng)中電壓的穩(wěn)定性在直流配電系統(tǒng)占據(jù)首當(dāng)其沖的地位。

3 直流配電系統(tǒng)技術(shù)的設(shè)計構(gòu)想

3.1 直流配電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計與改良

直流配電系統(tǒng)與交流配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相似，其結(jié)構(gòu)設(shè)計原理都是一種將多級配電網(wǎng)相互交合在同一個網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，使其形成一個拓?fù)渚W(wǎng)結(jié)構(gòu)。從設(shè)計方式上來看，直流配電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接線方式有環(huán)狀、網(wǎng)狀和輻射狀3種，根據(jù)實際要求的不同所選擇的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也都不同。不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)適用于不同的電能配電系統(tǒng)中，在具體設(shè)計時，要按照地區(qū)的基本情況、資本狀況、有無特定應(yīng)用需求來對其成本和控制程度進(jìn)行考量。

由于我國大部分地區(qū)或電力系統(tǒng)之前所采用的配電方式都是交流配電，因此在進(jìn)行電力系統(tǒng)改良時就有一定的難度。為了保持在正常供電輸送的情況下將交流配電系統(tǒng)更換為直流配電系統(tǒng)，通常采用的手段是先拆除一部分交流配電系統(tǒng)并建立新的直流配電系統(tǒng)，兩者結(jié)合交替工作，合理布局徹底進(jìn)行地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)改良。

3.2 直流配電系統(tǒng)開關(guān)設(shè)備技術(shù)

開關(guān)設(shè)備是防止電力系統(tǒng)故障波及其他正常區(qū)域的重要設(shè)備，在開關(guān)設(shè)備的設(shè)置上，直流配電系統(tǒng)相對于交流配置系統(tǒng)要難得多，在目前的技術(shù)上來說，采用機(jī)械與半導(dǎo)體混合式開關(guān)的可行性比較高，但是要徹底解決直流配電系統(tǒng)開關(guān)設(shè)備技術(shù)問題還需要做更多的研究。

4 結(jié)束語

隨著科技的發(fā)展和社會的進(jìn)步，人們對電力系統(tǒng)的要求越來越高，交流配電系統(tǒng)逐漸難以滿足人們的需求，不少研究人員開始將目光轉(zhuǎn)向?qū)χ绷髋潆娤到y(tǒng)的研究。如何提高電力的運行效率、提高供電的質(zhì)量和可靠性、降低斷電事故發(fā)生的頻率是當(dāng)下社會面臨的新挑戰(zhàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]王丹，毛承雄，陸繼明，等.直流配電系統(tǒng)技術(shù)分析及設(shè)計構(gòu)想[J].電力系統(tǒng)自動化，2013，（8）：82-87.

[2]馮錦新，馬向攀.直流配電系統(tǒng)技術(shù)分析及設(shè)計[J].電子技術(shù)與軟件工程，2013，（20）：209.

[3]桂銘陽.淺談直流配電系統(tǒng)技術(shù)分析及設(shè)計構(gòu)想[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2015，（4）：133-134.

（作者單位：國網(wǎng)山東省電力公司巨野縣供電公司）