【交直流配电网的简单对比分析4600字】

TOC\o"1-3"\h\u2336325894163477317322633077823993250612574826461就目前来说，传统的交流配电网仍旧是现有的城市级配电网络的主流。但近年来随着电力电子技术的快速发展，关于直流配电网的研究也已经进入一个全速发展的时代，相比于传统的交流配电网，直流配电网络系统具有经济性、可靠性、安全性等各方面的优势，同时在技术上也有一定的领先。简单来说，直流配电网省去了很多交直流变换的环节，比如分布式电源在接入的时候可以直接接入直流配电网母线上，而不需要经过直流逆变为交流再并入交流电网上；对于直流负载诸如电动汽车、计算机等也可以直接接入直流配电网，而不需要经过交流整流为直流再利用，这一过程能极大程度地减少设备的成本，而且也会降低交直流变换过程当中的损耗。除此以外，直流配电网还能够降低因为传输无功功率而产生的电压降落以及功率损耗，从而提高了电能传输的供电半径以及供电容量；而且直流配电网运用了可以四象限运行的换流器，进一步增强了配电系统的可控性，提高了交流侧的电能质量以及稳定性。综上，直流配电现在已经成为了在交流配电之外未来智能配电网发展的又一个具有很好前景的发展方向。用电可靠性是评价一个电力系统优劣性的关键因素，只有可靠、稳定的配电网络才能提供较高的电能质量，负荷才能平稳安全的正常工作。配电网络的可靠性是一个关键的性能指标，它指的是配电网络系统能够为用户持续供电的能力，通俗说来也就是指对系统供电预留的充裕度。直流配电网与交流配电网相比，在有效提高系统可靠性方面具有一定的优势，对其具有的优势分析如下：（1）当直流负荷直接接入到直流配电网当中的时候，由于不需要再经过AC/DC的转换，因而降低了换流过程当中可能发生一些故障的概率；（2）在我国的电力系统当中，交流配电网常常采用的是“闭环设计，开环运行”的方式来供电，这是为了有效避免在电力系统网络当中形成电磁环网或者短路电流骤增的现象发生，但是直流配电网络就不存在有这种问题。直流配网可以实现对潮流的控制，因此可以实现闭环运行，一个系统当中可以同时接入多个独立的分布式电源，以此来提高整个配电网络的可靠性。任何事物都是存在有两面性的，直流配电网与交流配电网相比除了有上述两点优势以外，还具有一定的局限性。比如：直流变压器、直流断路器、交直流换流站等大量的电力电子器件接入到配电网当中，由于电力电子器件的精密程度，其发生故障的概率相对来说会比较高，所以整个系统的可靠性由此也会受到一定的影响，被动的降低了直流配电网的稳定性及可靠性。所以采用什么样的方式才能够获得相对更高的配电可靠性，目前还没有任何的结论，也没有可以提供参考的模型或示范工程。当前国内外关于交流配电网与直流配电网在可靠性方面的比较还比较少，大多数的研究还仅仅只是停留在理论分析或者低压配电网络领域。本章选用“手拉手”式环状交流配电网的拓扑结构作为对比，确定了相对应的直流配电网的拓扑结构，建立了配电网络当中关键元件的可靠性模型，采用了多种方式对现阶段存在的交流配电网和直流配电网的可靠性进行对比、分析，进而更深层次的分析探索不同的直流负荷比例以及配电网络当中关键设备对交流配电网和直流配电网的可靠性影响。截至目前，国内外在中压层面的交流配电网存在有多种拓扑结构，包括完全放射状、中间点放射状、树枝状、普通环式、拉手环式等多种拓扑结构。图2-1交流配电网中常用的拓扑结构简图但是目前广泛应用在城市配电网当中的一种是“手拉手”式环状交流配电网拓扑结构。这种结构常常是“闭环设计，开环运行”，因而其可靠性很高，可以满足大多数针对供电可靠性要求较高的城市中低压配电网。“手拉手”式环状交流配电网可以设计如下：如图2-2所示，“手拉手”式环状交流配电网由两个交流电源和若干个负荷组成，其中还包含2条10kV交流母线、若干条220V交流馈线以及2条电压等级为±200V的直流电压母线。拓扑结构当中一共包含F1、F2两条主馈线、13个负荷节点以及13条交直流分支线路，其中微网1和微网2是两个直流微电网。关于具体的线路长度、负荷节点的类型以及具体线路的容量等相关参数，由于本毕业论文研究的重点在于基于交直流配网的柔性配电网上，交流配电网并不是要研究的重点，所以在此当中不做过多的讨论。图2-2交流配电网拓扑机构在交流配电网主馈线与下层分支线路之间连接有断路器，并且在主馈线与分支线路连接的交点处两侧也都设置有隔离开关，断路器与隔离开关相互配合来隔离故障，共同构成了配电网的保护环节。根据直流配电的特点以及电力系统中直流配电的实际应用可以概括得到直流配电网的主要拓扑结构有如下几种：（1）母线馈出型图2-3母线馈出型用于给用户供电的终端配电网络，其电能的传输距离近，电压等级也相对较低，一般来说可以选择这种非常典型的直流母线式的拓扑结构，如图2-3。（2）双电源并联型图2-4双电源并联型这种供电模式具有很高的可靠性，在其中一条馈线发生故障时，可以通过控制方式迅速的将其切断，转而切入另外一条线路，提供电能给负荷实现负荷的不间断供电。（3）地铁配电网典型结构图2-5地铁配电网典型结构对于地铁系统来说，其用电的特殊性在于系统负荷为地铁机车，所以在我国的部分城市，地铁牵引供电网络是典型的中压直流配电网络，其电压等级高于1.5kV。这种结构也同样适用于±10kV和±20kV的直流配电电压等级的典型配电网络当中。（4）手拉手结构图2-6手拉手结构这种结构同样受到交流配电网当中“手拉手”式环状网络的影响与启发，当系统中两个电源同时作用的时候，其结构形似与“手拉手”，而如若其中一个电源停止工作的时候，这种配电结构与普通的辐射状网络相似。（5）辐射状结构图2-7辐射状结构辐射状网络由于其系统当中只存在有一个电源，所以其供电可靠性存在问题，所以在中压直流配电网当中，并不推荐使用这种配电形式。（6）环形结构图2-8环形结构环形配电网结构是几种常见的配电网结构当中可靠性最高的一种，这种系统适用于系统当中含有多个电源或者含有多个重要负荷的时候使用。这一系统在中压等级或中高压等级上能很好地发挥其作用。对于交直流配电网的可靠性而言，存在有许多的影响因素，这些因素直接决定了配电网络能否满足系统的要求或者用户的需求。本文仅考虑开关设备、直流负荷比例以及系统关键元件对配电网的影响，以下展开讨论。对于交流配电网来说，其可靠性评估方法已经出现有许多种，包括解析法、模拟法等，但是对于直流配电网的可靠性分析相关内容的研究却很少，在此改进最小割集法，以充分考虑分布式电源、直流负荷以及备用电源对整个系统的影响。当配电网络当中含有多个电源且结构较为复杂的时候，每一个负荷上就会有一条或多条供电线路与电源相连。当配电网当中的部分负荷元件切除导致系统线路断电的时候，任一放回一个元件负荷系统即可恢复供电，由这些元器件构成的集合就是符合点的最小割集，其中集合内的元件数量就是该最小割集的阶数。在电力系统当中一般只考虑二阶最小割集。求取每个负荷点的最小割集，这样就可以把复杂的配电网络结构简化为简单的各元件串并联的关系。（1）当两个元件是并联关系的时候，系统的可靠性指标、为：上式当中，、、、分别为系统负荷点二阶割集当中两个元件的修复时间和系统故障率。（2）当两个元件是串联关系的时候，系统的可靠性指标、为：上式中，为系统负荷点一阶、二阶供电最小割集的集合；、分别为第个供电割集的修复时间和系统故障率。采用最小割集法对交直流配电系统的可靠性进行对比分析，系统当中默认断路器和隔离开关的动作是百分之百的可靠。设定直流负荷所占比例为50%，交流配电网当中系统故障断电以后负载切入备用电源的切换时间为1小时，分布式电源的利用率设为95%，切换到微电网的成功率为80%，代入上式可靠性指标计算当中（上述假设均是相对理想的情况下，实际情况可能与假设存在差距，但一般来说差距不大）。根据计算所得的指标分析可得，直流配电网与交流配电网相比，其系统平均可用率比较低，系统的停电频率比较高，系统停电的持续时间相比较长。所以综合来说，在现有的技术水平条件之下，闭环设计开环运行的交流配电网的可靠性要高于闭环运行的直流配电网。所以对于直流配电系统，引入直流断路器、直流变压器、换流器等电力电子器件对于系统的可靠性影响带来的弊端要远远大于其闭环运行的优势。直流断路器或者隔离开关在直流配电网当中可以起到故障隔离的作用。当配电网内发生故障的时候，可以通过断开直流断路器或者隔离开关来实现故障的隔离，之后排解故障。当故障解决以后再联通断路器或隔离开关，重新启动网络馈线，恢复对负荷的供电。当直流配电系统当中没有了直流断路器，其可靠性将会进一步的下降。因为当系统缺失断路器时，如果系统某条馈线发生故障，需要将整个系统网络都停电以后再重启来实现故障隔离，这就会造成系统每年停电的频率增多且停电持续时间也变长。因此对于开关设备的使用，确实可以提高直流配电系统的可靠性。直流配电网当中的关键元器件包括直流断路器、直流变压器、电压源型电流变换器等。三种电力电子器件的故障率相对比较高，所以整个系统的故障率也会相应提高。三种元件当中直流断路器的故障率对系统可靠性影响最大，VSC换流站的影响最小，所以需要考虑有限降低直流断路器的故障来提高直流配电网的可靠性。这三种直流元件的故障率与相对应的交流元件（交流断路器、交流变压器）相比，差距明显。交流元器件要明显优于直流配电的元器件，应该想办法降低直流元器件的故障率。可以通过提高器件的制造工艺水平或者增加器件的冗余量来降低故障率。当前分布式电源的发展以及电动汽车的大面积普及与推广，在城市配电网当中的直流负荷比例在不断的增加、提高，对交流配电网的影响也越来越大，其中最明显的影响就是关于可靠性的影响。根据分析计算可以得知，随着直流负荷比例的增加，直流配电网的利用率会提高，系统的损耗会减小，因而其可靠性提高，交流配电网的情况正好与此相反。因为对于直流负荷来说，可以直接接入直流配电网，而它接入交流配电网时却需要经过AC/DC变换。省去这一过程就会减少故障发生的机率，从而提高系统的可靠性。虽然直流负荷比例的增多能一定程度上提高直流配电系统的可靠性，但影响程度相对还是较小，并不是最关键的影响因素。通过以上内容的研究与讨论，采用改进以后的最小割集法，对比手拉手式环状交流配电网与