【《直流配电网的系统运行分析综述》2200字】

直流配电网的系统运行分析综述1.1交直流的历史比较随着分布式电源和电动汽车和新型的源荷大规模接入，配电网对灵活性需求日益增强，随着电力电子技术日趋成熟，交直流混合配电网已成为趋势。传统交流配电网在目前的发展过程中存在一些难以突破的缺陷，交流电网负荷密度高，增长快，损耗大，然而其供电空间有限、可再生能源的大规模并网和信息科技产业用户的大规模接入，受限于其控制手段、电能质量和可靠性经济性有越来越高的要求得不到满足;直流源荷逐渐增多，高频率的交直流转换会导致电力系统效率降低。而直流配电网有利用原有线路走廊提高最大输电容量，拥有供电效率高、拓扑灵活，潮流可控，平抑新能源与新型负荷不确定性、供电损耗低，节点偏移小，电能质量高等优越性，并且随着电力电子发展转换效率提高，也可以带来技术难度和成本的降低，所以直流配电技术不可避免的成为人们关注的焦点。1.2直流配电网优势供电半径随着经济的发展和社会的进步,城市化进程加剧，负荷量也在不断加大，需要线路输送更多的容量，城市的土地价值也在一直不断的提高，新建的配电走廊将付出更多的代价，所以应该在现有的规模下尽可能输送更多容量。上述方案可以通过实际案例的分析来进行说明,假设现有线路的额定电压为Vac，额定电流为Iac，功率因数为0.9，则P=√3VacIac0.9.若采用双极结构，额定直流电流Idc，额定直流电压Vdc，则线路Pdc=2VdcIdc，在绝缘水平，导线截面和电流密度下，Vdc=√2Vac/√3，Iac=Idc。所以Pdc/Pac=1.05.所以在双极结构的直流配网中，相同线路走廊和造价下，直流线路的传输功率约为交流1.05倍。所以直流配电能提高供电半径。线路损耗因为交流电缆上的金属保护套产生的有功损耗和交流电网所产生的无功损耗，当直流配电网是交流配电网线电压两倍的情况下，直流配电网的线路损耗仅为交流配电网的15%-50%。交流配电网可通过无功补偿降低线路损耗，但这将加大成本和复杂性。能量传输效率在传统交流配网中，在变压时的电能损耗很小，传统的交流变压器损耗约为2%左右。而直流配电网中的电压源型换流器和直流变压换流器通常有电力电子器件构成，所以开关损耗和通态损耗较大大约为5%-15%，高于交流配电网，但线路损耗由低于交流配电网，所以整体传输效率也还是下一步研究的对象。但随着电力电子器件和技术的不断的完善，开关损耗和通态损耗的不断降低，直流配电网传输效率有很大的进步空间。（4）可靠性与交流配电网比较，在直流配电网中若采用双极结构，但其中一极发生故障，另一极可向负荷和用户持续提供能量，影响不大。再加上直流配电网很容易接入蓄电池，超级电容储能元件等，所以直流配电网的可靠性较高。（5）节能和可行性目前大量家用家电都采用直流电，在当前的交流配网下需配置整流模块，若直接接入直流配网将省去许多换流环节，既降低了换流损耗，又节能降耗，同时也降低设备制造的成本，并且直接接入直流配电网将降低电压波纹，提高电能质量，电能损耗能较交流配电降低15%以上。1.3直流配电技术的拓扑结构直流配电网的拓扑结构主要可分为三类，一是放射状结构，二是环状结构，三是两端配电结构，若下图所示。在不同的情景和工作需求下选择不同的不同的拓扑结构至关重要。放射状结构的可靠性较低，电源单一，但维修线路和电路保护较为简单，环状结构具有可靠性高的特点，单一线路故障对电网影响不大但故障识别和线路维修相对比较困难。图4-1环状直流配电网结构示意图4-2放射状直流配电网结构示意图4-3两端配电直流配电网结构示意直流配电网的源荷主要是由交流系统、清洁能源技术、交流直流工业负荷组成。根据自身环境与具体要求，不同种类的负荷与电源都通过不同类型的适配器接入直流配电网。直流或交流电源生产电能后，首先通过VSC电源型换流器或DC/DC换流器转换成某一等级确定的直流后，再通过直流配电线路将电能输送到各负荷端，然后再有VSC或DC/DC换流器转换成所需的交直流点输送到负荷。VSC和DC/DC换流器均具有能量双向流动的功率，当直流配电网的负荷大于电源发电时，经过VSC向大电网吸收功率供负荷使用，当配电网负荷负载小于电源发电时，经过VSC向大电网传输功率，而DC/DC换流器可向储能设备快速充放电，维持清洁能源电池的正常运行与启动，低压直流配电网的能量交换等。1.4直流配电协调控制策略关于直流配电的协调控制策略，可以借鉴直流输电技术，直流输电主要有两种运行模式，一是电压下垂模式，二是主从控制模式。电压下垂模式即与交流电源连接的AC/DC换流器直流侧电压随电流增加而下降。主从控制模式是与交流电源连接的AC/DC换流器只有一个采用定直流电压控制方式，其他换流器采用定直流功率控制。因为直流配电潮流复杂节点多的特点，所以采用主从控制更加有利于配电网的稳定运行，因为若配电网中与交流电源连接的多台换流器采用定电压控制，当个节点负荷很低时，多台换流器的差值将引起环流。1.5直流配电网的综合调度一般来说，直流配电网每过一段时间，可以根据自身负荷情况进行最优潮流计算，再将计算的功率结果传送至各个换流器，相比于交流配电，直流配电无需计算相角和无功等情况，其潮流和最优潮流都比较好计算。在直流配电中的大型储能电站，在夜间可作为负荷，白天可作为一个参与直流配电网调度的电源来实时优化调度，起到晓峰填谷，支撑电网电压作用。低压直流配电网可作为若干个直流微电网的总和，允许许多分布式电源和清洁能源的直接接入如燃料电池，太阳能光伏电池等