論述直流供用電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及前景展望

文/石祥進(jìn)，江蘇省宏源電力建設(shè)監(jiān)理有限公司

1 直流供用電技術(shù)的含義

直流供用電技術(shù)是指通信站提供直流電給用戶使用的供電技術(shù)。根據(jù)具體的指標(biāo)規(guī)定，一般使用的基礎(chǔ)電源是－48 V直流電源。整套系統(tǒng)的主要組成部分是整流器、蓄電池、直流變換器和直流配電屏等。蓄電池儲(chǔ)蓄足夠的電量，使其能保證在主供電設(shè)備出現(xiàn)斷電時(shí)，蓄電池內(nèi)的電量可以繼續(xù)支撐電力的供應(yīng)。目前，根據(jù)電流供電方式不同，我國的直流供電系統(tǒng)劃分成集中供電方式和分散供電方式兩種；又可以根據(jù)電源型號(hào)的特性，劃分成正常式供電和混合式供電。

2 直流供用電技術(shù)的研究現(xiàn)狀

近幾年，日本學(xué)者加強(qiáng)了對直流供電技術(shù)的研究力度，將其廣泛應(yīng)用到普通居民用電以及工業(yè)生產(chǎn)之中。2008年，日本還專門成立了直流供電技術(shù)研究所，對其供電方式以及其對社會(huì)發(fā)展的影響進(jìn)行分析，特別是該技術(shù)對于普通居民用電過程的影響，并開始研究直流電在家用電器中的發(fā)展。日本的兩家著名集團(tuán)，夏普集團(tuán)和TDK集團(tuán)還曾經(jīng)做過關(guān)于直流電技術(shù)的電子展示以及專題報(bào)道。2009年，第一屆GBPF會(huì)議召開，會(huì)議提出了直流電供應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，并對其相關(guān)參數(shù)進(jìn)行規(guī)定。隨著技術(shù)性能的不斷提高，直流供用電技術(shù)在美國、日本以及亞洲相關(guān)地區(qū)的應(yīng)用也越來越廣泛。

3 直流供用電技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及應(yīng)用實(shí)例

直流供用電技術(shù)在生產(chǎn)生活中主要應(yīng)用于照明系統(tǒng)、電動(dòng)裝置、電熱系統(tǒng)以及電子裝置中。從形式上看，人們經(jīng)常使用的用電設(shè)備采用的是交流電，但從內(nèi)部電路方面，很多電路的電源輸入端口都有過濾電路裝置，將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌娮友b備所需的直流電。

3.1 直流供用電技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1.1 照明系統(tǒng)

照明系統(tǒng)主要包括白熾燈、熒光電源以及半導(dǎo)體照明系統(tǒng)三部分。白熾燈可以使用直流電或者交流電兩種電源，不需刻意轉(zhuǎn)變；熒光電源中利用直流電源，可以不使用整流電路，較少濾波即可使用；半導(dǎo)體照明系統(tǒng)最適合使用直流恒流源進(jìn)行電能輸送。

3.1.2 電動(dòng)裝置

電動(dòng)裝置主要有三種情況：（1）應(yīng)用于大功率裝置的單相交流異步電動(dòng)機(jī)；（2）用于電動(dòng)設(shè)備的串激式發(fā)電機(jī)；（3）用于小設(shè)備的直流永磁式微型電流機(jī)。單相交流異步電動(dòng)機(jī)主要應(yīng)用于比如洗衣機(jī)、冰箱等一些大功率的家用電器。在這些電器之中，與電風(fēng)扇運(yùn)行方式相同的電器，可以直接使用直流電機(jī)進(jìn)行工作；而類似空調(diào)、冰箱這類電器，其運(yùn)行是通過變頻或者直流無刷電機(jī)來控制。這種技術(shù)需要先將220VAC整流濾波轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，再通過電路變換對電機(jī)控制。串激式發(fā)電機(jī)可以直接利用直流電進(jìn)行操作。直流永磁式微型電動(dòng)機(jī)主要應(yīng)用于低壓直流供電設(shè)備，通常用于小設(shè)備，需要配合相關(guān)的調(diào)壓裝置使用。

3.2 直流供用電技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例

3.2.1 直流電源系統(tǒng)

直流電源系統(tǒng)主要有兩種供電方式，第一種來自交流電網(wǎng)，通過整流器與供電裝置相連；第二種方式是通過可再生能源進(jìn)行發(fā)電，再利用雙向連接設(shè)備與供電母線相通。目前我國市場上的斷路器主要是220V電壓等級的；整流器可以采用晶閘管整流或者M(jìn)M C設(shè)備，MMC選件應(yīng)用比較困難，晶閘管整流可將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)?20VDC。

3.2.2 照明供電系統(tǒng)

LED燈管因其綠色環(huán)保的性能使它在我國照明系統(tǒng)中得到大范圍的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的白熾燈相比，LED采用直流供電模式。因此，我國的照明系統(tǒng)普遍應(yīng)用的是220V直流供電的LED燈管。

4 直流供用電發(fā)展中存在的問題

4.1 高壓直流電流開斷

在電流傳輸過程中，斷路器可以依過零點(diǎn)來斷開各種類型的電流。直流電流通過斷路器時(shí)若要強(qiáng)迫歸零，對斷路器的工作性能和對其控制裝置都有嚴(yán)格的技術(shù)規(guī)定。

4.2 直流供電的標(biāo)準(zhǔn)化

直流供電的標(biāo)準(zhǔn)化是直流電在電力供應(yīng)過程中需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。但是，我國尚未對電壓、電流的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范化的數(shù)據(jù)要求。同時(shí)，接頭的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及接口的性能部分都沒有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，這些對于直流供電的標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行形成不利影響。另一方面，現(xiàn)在各種電器的設(shè)計(jì)大多數(shù)是為滿足交流電運(yùn)行的需求，許多廠商不愿意冒著虧損的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)行直流電改造，因?yàn)楸ＷC電壓的安全性是我國直流電控制的最大問題。電壓過低會(huì)增加電阻的消耗；而電壓過高便會(huì)對系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成一定的影響。

4.3 相關(guān)控制設(shè)備與可靠性不高

在直流電傳輸過程中，接入的新電源性能多種多樣，各具特色。這會(huì)增加電流傳輸?shù)牟环€(wěn)定性，因此要加強(qiáng)直流電運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性；另一方面是電流傳輸過程中的可靠性不足，并且可靠性的測評技術(shù)不完善，造成對系統(tǒng)的可靠性測評不高。

5 直流供用電技術(shù)的未來發(fā)展前景

通常情況下直流電主要可以通過兩種方式獲取，一種是在原有電網(wǎng)的基礎(chǔ)上，將交流電通過整流濾波轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?；第二種方式是從電流的起點(diǎn)開始，到運(yùn)輸過程，再到用戶的用電過程，整個(gè)電流的傳輸過程都是用直流電方式進(jìn)行傳輸。從我國目前的發(fā)展?fàn)顩r來看，主要的直流電傳輸方式是利用整流濾波轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姺绞健５?，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，直接運(yùn)用直流供電技術(shù)是大勢所趨，會(huì)逐步取代整流濾波轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷哪Ｊ?。同時(shí)，隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，科技手段將會(huì)使直流電供電技術(shù)的發(fā)展更加完善，使整套設(shè)備的運(yùn)行過程更加合理，有利于我國直流電技術(shù)的發(fā)展。

6 結(jié)束語

直流供用電技術(shù)的使用，提高了我國電能的使用效率，簡便電流傳輸?shù)倪^程，節(jié)省傳輸材料，減少線路運(yùn)行過程中的消耗。在政府倡導(dǎo)可持續(xù)發(fā)展的國情下，直流供用電技術(shù)是保護(hù)我國綠色發(fā)展的必要舉措。直流電運(yùn)行過程中存在的問題與不足，要積極借鑒國內(nèi)外先進(jìn)的管理經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合我國的實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r，探尋出一種適應(yīng)我國直流供用電技術(shù)的方法。