随着电力电子技术的发展,无论配电系统本身,还是最终的电力用户都越来越普遍采用直流配电或用电设备。直流配电技术能不能作为未来电网的一种形态值得深入研究。采用直流配电的驱动力在电源侧,分布式电源主要为光伏发电、风力发电、燃料电池及微型燃气轮机,这些电源发出的电力均为直流电或经简单整流变为直流电,如果这些直流电直接并入直流配电网,则省去了大量的换流环节,从而也降低了功耗。在用电侧,直流配电技术的应用主要体现在用电负荷,包括办公用电、商业用电、居民用电方面。如:办公用电(计算机和办公设备)、商业用电(直流变频空调、电动汽车充电)、居民用电(采用直流变频技术的空

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【解析】张祖平:直流配电技术的发展前景

2014-12-29 16:03 来源:供用电杂志微信 

随着电力电子技术的发展,无论配电系统本身,还是最终的电力用户都越来越普遍采用直流配电或用电设备。直流配电技术能不能作为未来电网的一种形态值得深入研究。

采用直流配电的驱动力

在电源侧,分布式电源主要为光伏发电、风力发电、燃料电池及微型燃气轮机,这些电源发出的电力均为直流电或经简单整流变为直流电,如果这些直流电直接并入直流配电网,则省去了大量的换流环节,从而也降低了功耗。

在用电侧,直流配电技术的应用主要体现在用电负荷,包括办公用电、商业用电、居民用电方面。

如:办公用电(计算机和办公设备)、商业用电(直流变频空调、电动汽车充电)、居民用电(采用直流变频技术的空调、冰箱、洗衣机)中的很多设备越来越多采用直流电。

此外,大规模互联网服务器机房的集中供电、移动通讯公司的服务器机房、发电厂控制机房、变电站控制机房 、电网调度控制机房都采用直流供电方式。

对于用户,虽然直流配电在很多场合优势明显,但从公共网来说,还没有大规模、商业化的直流公共配电网。

从负荷发展趋势看,新的能源、新的电力电子技术、新的负荷将驱动未来配电网走向不断创新的发展模式,也将会驱动直流配电网的发展,但能不能形成规模或什么时候能实现?却不是一朝一夕能够实现的。

直流配电技术要想在电力系统中得到广泛应用,可能还要有很长的路要走。从技术经济以及充分利用原有交流配电系统存量资产的角度出发,交直流混合配电更有可能成为可行的过渡技术模式。

国内外直流配电技术研究的现状

在输电领域,直流模式传输电力早已是成熟技术,如远距离大容量的直流输电技术。

在配电领域,直流技术推广面临挑战,主要的技术瓶颈有:早期换流器功耗较大,且价格昂贵,在一定程度上延缓了直流配电技术的推广应用。

随着技术进步,新型半导体材料的进步促进了直流配电技术和直流家电产品的发展,使得直流配电技术的应用也开始提到议程。

欧洲

荷兰能源研究中心(ECN):于1997年系统地提出在住宅中采用直流配电技术的实施方案,国际能源机构(IEA)对此予以肯定。

德国亚琛大学:提出了“City ofTomorrow”城市供电方案:用中压直流环网作为城市配电系统的骨干网,环网通过大功率AC/DC和DC/DC从传统的交流输电网和直流输电网获取电能。

瑞典兰德大学:研究了直流配电系统的电压控制和功率分配,研究的对象为五端环形电网,探讨了直流配电网的特征。

芬兰拉普兰塔大学:对低压直流系统和低压交流系统的结构与经济投资进行了对比和研究;低压直流配网单相用户末端逆变器的控制模式;直流配电系统的故障测量、保护原理及保护措施。

欧洲已经出现了采用直流300V供电的体育场试验项目、采用直流350V住宅供电试验项目以及其它一系列直流供电技术验证项目。

美国

美国电力研究会(RI):对民用建筑实施直流配电技术给予高度关注。

日 本

侧重于直流微电网的研究。在2008年提出了适用于居民住宅带热电联产系统的的低压双极型直流微网,对其基础特性进行了研究。

日本政府有关部门以及日本新能源与产业技术开发机构(NEDO)等组织了多家日本企业和大学,开展住宅直流配电技术的研发工作。多家日本大型家电企业和建筑企业推出了部分采用直流配电技术的节能住宅示范项目。

韩 国

对低压直流微网配电进行了研究。开发了一套能量管理控制系统,并用PSCAD仿真,验证了控制策略的正确性。

中国台湾

我国台湾地区相关研究机构启动了名为 “智慧型直流电力屋”开发计划,采用直流360V作为额定电压。

国内应用情况

在国内电力系统中,直流配电技术主要应用于大型发电厂升压变电站、 大电网高压变电站一次设备的操作,以及二次设备及通信设备的保安电源。有很多电力大用户已经采用直流配电技术,如电信部门等大型企业的通信机房供电系统、船舶供电系统和城轨铁路交通供电系统、适用于居民住宅带热电联产系统的的低压双极型直流微网(2008 )。

国内直流配电技术的研究主要集中在科研院所与高等院校,中国电力科学研究院、浙江大学、清华大学、华北电力大学、华中科技大学、北京交通大学等从直流配电技术的规划与设计、直流配电系统调度与运行、直流配电的控制与保护、直流配电关键设备研制、直流配电系统的技术经济与能效分析等方面,都开展了广泛的研究工作。

中国电力科学研究院承担的国家电网公司科技项目《直流配电方式的可行性研究》,就公共中低压配电网中采用直流配电技术的可行性开展了相关研究,为今后直流配电技术在国家电网公司公共配电网中的试点应用提供了一定的理论与技术储备。

直流配电的主要技术优势

优势一:节省线路走廊,成本低,更易实现系统扩容。

优势二:传输效率高,线路损耗小。

优势三: 提高系统电能质量。

优势四:更易实现系统功率分配。

优势五:有助于可再生能源和储能设备灵活、方便地接入。

直流配电线路的损耗低,传输效率高,节省线路走廊;相比于传统交流配电系统,直流配电系统更容易实现系统扩容和故障隔离;直流配电系统理论上不需输送无功功率,原则上也不需进行无功补偿,可减少相应的设备投资。

直流配电系统便于可再生能源和储能设备灵活、方便地接入;直流配电技术与储能相结合可提高供电可靠性与电能质量。

目前,国内外对于直流配电网的研究仍处于起步阶段,直流配电技术从规划设计、调度运行、控制与保护、关键设备、经济分析等方面还有大量问题需求研究,另外,公共直流配电网的商业化实践几乎还是空白,许多关于直流配电技术的研究成果并没有得到实践的检验,还需要不断完善,借鉴国外经验开展相关试验项目,探索适合我国国情的直流配电适用技术及运行模式。

张祖平:教授级高工,曾任中国电力科学研究院配用电与农电研究所总工程师、电力系统研究所总工程师、中国电力科学院科技部总工程师。

1977年毕业于北京师范大学数学系,1981年毕业于中国电力科学研究院研究生部。长期从事电力系统规划运行分析、电力系统分析数学模型及计算方法、特高压大电网关键技术、城市电网规划方法等专业方向的工程咨询和研究工作。在国内外的专业刊物和专业会议上发表论文30多篇,主要译著1部、专著3部。

原标题:张祖平:直流配电技术的发展前景

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