国外直流配电网研究现状

国外直流配电网研究现状

与交流配电网相比，直流配电网存在较大优势，因此，世界不同国家均提出了不同的方案与标准。

美国早在2003年就提出了直流配电的相关方案。北卡罗来纳大学提出的方案参考了舰船配电，其方案中直流电压母线采用400V作为其电压等级，并配有120V交流母线。能量管理装置作为中继，从12KV交流母线获取电能，并通过400V直流母线和120V交流母线将电能分配给负荷。2010年，弗吉尼亚大学提出了“Sustainable Building and Nanogrids（SBN）”研究计划，如图示：

图？SBN直流配电网结构

SBN计划中考虑不同负荷，直流配电网电压等级采用380V和48V双电压等级。380V 电压主要针对家用和工业用负荷，48V电压等级考虑通信及小型设备，其供电能力及其有限。此结构整合不同分布式电源并考虑了混合动力汽车的影响，具有前瞻性。

其后，弗吉尼亚大学在SBN系统基础上又提出改进方案，如图示，改进方案中采用交直流混合配电，并针对不同负荷和分布式电源进行分层，力求能源的高效利用。

图？交直流混合配电系统结构

上图中交直流混合配电方案中网络分层明显，有子网、微网、纳网等多种结构，并通过整流器与上级结构相连。

日本大阪大学在2006年提出双极直流配电网结构，此结构中6.6KV交流电先通过变压器变为230V，再通过整流器输出±170V直流电能。双极母线的使用使得传输容量更大，电力电子器件的大量使用也将±170V直流电压变换为不同电压等级的交流、直流电压，供不

同负载使用。

图？日本直流配电方案

欧洲国家中，意大利和罗马尼亚对于直流配电网均有研究。罗马尼亚在2007年提出的系统采用双电源交替供电。如下图：系统中设计750V作为直流母线电压等级，整合各类分

布式电源并与交流电网连接，其供电能力较强，供电可靠性也较高。

图？双电源交替供电直流配电结构图

除以上国家外，其他各国和地区也对直流配电网展开了专项研究。我国对于直流配电的

研究起步较晚，但近年来已成为研究热点。对于直流配电网的研究，国内学者主要集中在以

下几个研究方向：

1.直流配电网系统结构

直流配电网的网络拓扑结构可分为三种，分别为辐射型、环型和两端供电型。辐射型网

络结构简单，但供电可靠性较低。环型网络供电可靠，也不必考虑交流网络中存在的无功补

偿、相位补偿等问题。两端供电型网络也有较高的供电可靠性。三种网络结构的相同点为都

整合了分布式电源。

2.低压直流配电系统电压等级

对于配电系统电压等级，各国的标准并不相同。在通信领域，早有48V直流供电的先

例，美国提出380V为直流配电最佳电压等级，日本选取400V，欧洲一些国家如芬兰等采用±750V作为直流配电电压。综合考虑安全性和经济性，380V电压等级较为理想。

3.低压直流配电网接地方式

双极低压直流配电接地方式有三种，即TT方式（电源侧和用电设备外露导体均直接接地）、TN方式（电源侧直接接地，用电设备外露导体经保护线接地）、IT方式（电源侧不接地或经高阻抗接地，用电设备外露导体直接接地）。相同电压等级下，三种接地方式的直流配电网络安全性皆高于交流网络。横向比较三种接地方式，则负极接地的直流TT 系统可同时兼顾电击防护性能、绝缘监测灵敏性与可靠性，更适宜作为未来低压直流供电系统的接地形式。

4.交直流配电网的可靠性与经济性对比

目前由于直流断路器研究并未有实质性突破，直流配电网的可靠性受到很大限制，换流器也存在一定故障率，现阶段的可靠性并不如交流系统。但随着电力电子技术的发展，未来的直流配电网可靠性将会提高。

经济性上，相同电压等级下直流配电系统容量明显大于交流系统。而由于电力电子设备造价昂贵，投资成本高于交流系统，电力电子装置的效率也有待提高。目前来看，直流配网的经济性并不如交流系统。

未来展望

低压直流配电网在未来的建设中可先对传统配电网进行升级改造，但是通过先将交流电能转换为直流电能再进行传输使用的方法并没有在很大程度上减少电能损失。最终方案需实现从发电、输电、变电、配电和用电的一体化直流配电，有效减少因整流器、逆变器的使用而损失的电能。

图？直流配电最终方案