陈阳天
广东电网有限责任公司肇庆供电局 广东 肇庆 526060
摘 要：本文从直流配电技术的演变分析出发，总结了直流配电技术的主要应用方案，描述了直流配电网的典型网格结构和可能的接入方式，并从规划技术、运行控制技术和故障处理技术等方面阐述了直流配电网的主要发展技术。与此同时，在研究直流配电网络的过程中，应高度重视新的半导体材料的使用，并采用当下先进的信息技术和业务模式，以促进直流配电技术的发展，并对我国直流配电网的发展提出了一些建议和展望。
关键词：直流配电网；网络架构；关键技术；运行优化；分析；
前言：能源危机、环境问题和直流负荷的增加，都有助于直流输电网的发展。电气电子设备的灵活性和可控制性使得直流配电网的电气特性不同于传统的交流配电网。因此，直流配电网运行优化研究应考虑到其特殊性。本文全面总结了直流配电网发电输出模型、储能系统、交直流输电站和负载端口。然后根据这些输出特性对直流配电网进行了分析。通过对直流配电网的分析，建立了一个优化模型，以最大限度地减少输电网络造成的损耗。最优化模型受限于接触线功率、节点电压以及每个连接埠的输出性质。案例研究表明，拟议的直流配电网分析方法和优化模型是可行的，而且可以实时有效地利用新能源。
一、研究的必要性和可行性
传统的配电网主要由单向无线电通信组成。电力分配网络的规划、设计和运行管理没有充分考虑到电力分配网络的接入问题，单一电源的供电模式使得配电网络的架构十分脆弱，供电可靠性处于较低水平。而电力分配网络便利了电池、超级电容器、电动汽车等储能设备的接入，并与直流设备无缝集成，进一步提高了电源可靠性和容错能力。传统的配电网拓扑结构、自动化系统和交换设备难以从根本上改变配电网水平的不可预测性，无法适应不同的供电方式；采用直流配电系统可以简化现有配电装置中的大量交、直流开关链，减少输电过程中的能量损失，降低设备故障率，提高能效；直流配电实际上可以增加功率容量或功率范围。由于建筑成本和走廊宽度相同，直流输电功率是交流输电线路的1.5倍，当直流系统的线路电压是交流系统的两倍时，直流配电网的线路损耗可以减少15%到50 %。直流配电网不需要纠正功率因数、滤波器和无功补偿设备，这不仅降低了设备和新输电线路的成本，节省了土地，而且优化了电力分配和资源分配。
二、直流配电系统的典型网络架构
1.直流配电系统网络结构应符合电力系统规划建设的基本原则。在典型的应用方案中，应充分考虑负载、电动汽车和储能装置的特点，实现多级电压交流/直流配电网的灵活配置和协调发展。本节在直流配电网拓扑结构和逆变器接线形式的梳理和讨论基础上，给出了不同应用情景下直流配电系统的两种典型网络结构形式，其中多环网如下图所示， 并给出了不同电压等级直流配电网与典型应用方案之间可能的接线关系，典型应用方案可以是多电压等级直流配电网的总体结构形式。中央负荷网可用于向边远地区和负荷过重地区供电，特别是用于海上作业平台，也可用作向要求高可靠性的深海电力系统供电的直流供电网络框架。
2.多级配电网由多个不同电压等级的直流配电系统组成，可以采用类似于交流配电网的分层结构，即中高压直流配电层的100 kV年配电网结构，从而灵活地改变供电结构，并提供了可靠性，中压直流配电网采用20kV或10kV的环形或辐射计网络结构，充分考虑负荷需求和投资等各种因素，充分利用直流配电的高容量和可控性，实现负荷中心供电在1.5千伏安工业负荷或城市轨道交通的直流配电应用中，大多数使用无线电网络或多电源互联结构进行配电，这些网络或结构可以直接连接到中高压直流配电网，也可以来自配电网工业园区的交流电和直流电负载可直接连接至1.5千伏安的配电网；对于低于400 V的配电系统，可直接接入不同电压水平的中高压直流配电系统，并使用多路电源确保电源的可靠性和质量。值得注意的是，在设计直流配电网体系结构时，应特别注意技术和经济分析，并根据电力负荷特性合理选择电压等级，以减少电压转换过程，节约对变换器的投资，充分实现效益。
3.中心负载网络体系结构基本上是一种高度可靠的多电源系统，适用于负载中心清晰、负载较重、电源可靠性较高的情况。中心负载网络可以包括多个直流电压级别，每个直流电压级别可以通过100 kV、20 kV或10 kV配电线路为负载中心供电，而交流/负载为了保证充电电源的可靠性，充电中心杆可配备储能装置，充电中心配电系统也可配备分布式发电装置。
三、直流配电系统的关键技术
1.规划技术
目前，配电网规划的主要考虑因素是供电安全性、供电可靠性、运行经济性、供电能力以及不同电压水平的协调。在规划过程中，需要选择一个接入点，确定网络结构，并检查可靠性和趋势。对于分布式发电配电网，必须考虑分布式发电的位置和能力及其对配电网电压、电网损耗等运行参数的影响。鉴于目前的技术发展，DC配电网在传统的应用方案中利用了其技术优势。直流配电网规划应符合交流配电网规划领域的所有技术指标，并应考虑电压等级、可靠性、接入位置、无功需求等技术问题。根据直流配电技术的特点。关于结构的选择，交流配电网的辐射网络形式可以限制短路电流和无功电流，同时降低继电保护系统的复杂性，从而降低故障处理过程中的投资和维护成本。DC配电网体系结构丰富，可以根据不同的应用方案选择，同时考虑到可靠性和投资等因素。
2.运行控制技术
虽然DC配电系统的骨干网络结构相对简单，但由于馈线上有多个负荷接入点，因此存在多个变流器之间相互耦合的问题，DC系统在运行过程中的振荡值得关注。初步研究结果表明，DC配电系统的稳定性与网络结构、变流器控制策略和参数、电源和负载位置等密切相关。需要指出的是，在DC传输或灵活的DC网络领域，DC系统的稳定性并不突出。DC微网的网络架构比较简单，每个变流器都连接到同一个母线上或者电气距离很短，不需要考虑变流器之间的电气距离来分析多个变流器的稳定性。DC配电网的交流/DC、DC/交流、DC/DC变换器种类和数量较多，尤其是中压DC配电网、变换器之间存在一定的空间距离，因此网络参数的影响不容忽视。其稳定性问题有其自身的特点，是DC配电网运行控制中的一个关键技术问题，值得进一步研究。
3.其他可能的关键技术
此外，在电力分配领域，下列技术可在直流供电方面取得决定性进展。半导体材料和新的电气和电子技术。以宽带缝隙材料和电子元件新技术为代表的半导体材料的开发，应支持直流配电网变换器的性能突破，从而克服传统变换器的体积、耐压性和高温限制，实现直流配电网运行研究。与配电网相比，直流输电网投资高，运行维护压力大，不适合推广传统配电领域的应用。本研究提出了满足用户差异化供电质量和可靠性的直流配电网运行模式，用户端直流配电网、储能、电动汽车协调发展模式，以及直流配电网盈利模式的探索。
结束语
总之，直流配电网结构的确定应充分考虑到应用场景、电压等级和用户需求等各种因素。从技术发展的角度来看，直流配电技术在电力供应的容量、控制和可靠性方面具有优势，在大规模离岸风能、定制电力系统和终端负荷供电等领域具有竞争力和广泛的应用前景。
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