直流配电系统关键技术及应用

直流配电系统关键技术及应用

发表时间：2018-08-06T14:27:03.060Z 来源：《电力设备》2018年第12期作者：张鹏杨盟苏莉珺

[导读] 摘要：伴随着半导体技术及电力电子技术的发展，直流配电系统以其能高效、可靠接入直流负荷、分布式能源发电和储能单元等技术优势，逐渐成为各国的研究热点。

(国网莱西市供电公司山东莱西 266600)

摘要：伴随着半导体技术及电力电子技术的发展，直流配电系统以其能高效、可靠接入直流负荷、分布式能源发电和储能单元等技术优势，逐渐成为各国的研究热点。直流配电系统可以通过直流网架将大量分布式电源和储能系统互联起来，直接为直流负荷供电，也可以通过电力电子换流装置，接入交流负荷、分布式电源和交流电网。作为一种新兴的供用电形式，能更加高效地消纳光伏、风电等分布式可再生能源，实现集中式或分布式能源生产、消耗、转换等单元互联，提高可再生能源的稳定性和消纳量。

关键词：直流配电系统；关键技术；应用要点

引言

从现状来看，直流配电系统正在受到更多的关注，这是由于此种类型的配电系统在根本上符合了生态住宅的宗旨与目标，因此构成了全新的配电技术。在新时期的配电系统中，继电保护应当属于核心性与关键性的技术。然而截至目前，与继电保护有关的各项技术措施仍处在探究中。受到城市化的影响，现阶段各地都在致力于构建智能电网，因此也体现了直流配电系统的价值所在。

1直流配电系统现状

1.1选择合适的接地方式

配电系统如果要实现自身的顺利运行，关键在于优化接地保护。因此可见，故障电流与接地保护之间具备直接性的联系，与之相应的保护方案也体现为多样化的特征。在遇到故障时，瞬时状态下的接触电压与接地电压都会变得相对很高，甚至超出了最大限度内的允许值。除此以外，故障如果发生在交流侧的特定位置上，那么很有可能威胁到整个系统的正常运转，同时也将破坏换流器。为了改进现状，应当将其改造为自动式的导体接地，以便于消除潜在的安全隐患。在必要的时候，还可以把隔离变压器安装在负载网络或者直流系统的中间位置上。

1.2运用直流断路器

在配电保护中，直流断路器应当构成其中的关键性装置，这是由于直流断路器是否能够保持正常运行直接关系着整个系统的效能。然而相比来看，直流电流本身并不涉及到过零点，因此也产生了相对较大的灭弧难度。受到上述状况的影响，直流断路器迄今为止仍然很难推广运用。如果选择了直流配电的低压断路器，那么强迫灭弧将会烧毁断路器及其内部元件，上述措施带有较强的风险性。因此可见，现阶段亟待研发混合式的新型断路器，针对其中涉及到的快速动作、机械开关特性以及其他要素都应当予以全方位的控制。

1.3对于电力系统进行限流处理

直流配电系统本身包含了变换电路及其他关键性的电路，因此经常呈现较小的过载能力。在某个时间段，系统如果流经过高的故障电路，那么将会损害整个系统。因此可见，限流处理应当与直流配电系统结合在一起，针对故障电流予以实时性的限制。截至目前，技术人员可以把实体装置安装在特定的系统位置上，或者运用控制器来实现变换电路的全面控制。对于限流措施应当控制于适当的限度，避免系统配置的复杂化。

2直流配电系统关键技术及应用要点

2.1利用直流断路器

隔离直流故障最有效的办法是在其故障电流上升到危及电力电子设备前就将其断开，因此采用在数毫秒内能够隔离直流故障的直流断路器非常有现实意义。当柔性直流配电系统采用直流断路器后就可以在故障时只隔离故障区域，非故障区域则不受影响，大大提高了供电可靠性。根据直流断路器中开断器件的不同，可以将其分为三类:机械式直流断路器、全固态式直流断路器和混合式直流断路器。机械式直流断路器运行稳定、可靠性高、通态损耗小，但由于自身结构的制约，断开时产生的电弧易损坏触头，故障电流切除时间相对较长，无法实时、灵活、快速动作。常规全固态直流断路器的动作迅速、无弧操作、结构简单，但耐压能力有限，通态损耗较高。混合式直流断路器结合了机械开关良好的静态特性与电力电子器件良好的动态性能，理论上具有开断时间短、通态损耗小、无需专用冷却设备等优点。

2.2运行控制技术

直流配电系统虽然骨干网络结构相对较为简单，但是由于在馈线上存在多个负荷接入点，存在多换流器之间相互耦合的问题，在运行过程中直流系统的振荡问题值得关注。直流配电系统的稳定性与网络架构、变流器的控制策略与参数、电源及负荷的位置等因素密切相关。需要指出的是：在直流输电或柔性直流电网领域，直流系统的稳定性问题并不突出。直流微电网的网络架构相对较为简单，且各换流器接于同一母线或电气距离很短，分析多变流器之间的稳定性问题无需考虑变流器之间的电气距离。直流配电网，特别是中压直流配电网中AC/DC，DC/AC以及DC/DC变流器种类和数量均较多，且变流器之间存在一定的空间距离，无法忽略网络参数的影响，其稳定性问题具有自身的特点，是直流配电网运行控制的关键技术问题，值得深入研究。

2.3故障隔离技术

直流断路器技术是目前直流输电领域的研究热点，采用直流断路器进行故障隔离是直流配电网理想的故障处理方案。直流断路器技术有3种技术路线，包括：机械式直流断路器技术、固态直流断路器技术和混合式直流断路器技术。目前的直流断路器技术在应用于直流配电领域存在诸多困难，其主要原因在于其造价过于昂贵，体积庞大，而直流配电系统电源和负荷接入点多，在经济上不允许大量采用直流断路器实现故障隔离。此外，无论是采用人工过零技术，还是固态开断技术，其开断的暂态过程均可能与直流配电网的其他电力电子设备产生耦合，影响直流配电网的稳定运行。西安交通大学目前已经研制出10kV直流断路器原理样机，提出了基于磁感应耦合转移的新型直流开断方案，解决了直流开断中电流快速转移、电压快速建立、能量快速耗散等系列关键技术难题，在中压配电网直流开断技术方面进行了有益的尝试。

结束语

与传统模式相比来看，直流配电技术体现为独特的技术优势，这是由于此类技术具备更好的配电性能。从现状来看，与直流配电系统密切相关的典型技术正在获得全方位的改进，对此开展深入探究有助于提升系统供电的实效性，确保其符合新形势下的系统节能目标。