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淺析直流配電網能否大規模應用于電網
行業資訊
發布時間:2022-10-31
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資料來源:互聯網

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隨著電力電子技術的發展,相比交流配電網,直流配電網在很多領域取得了技術和經濟優勢,具有巨大的發展前景。但是,如果直流配電網要應用實際,將是一個極其大的產業規模,需要更改很多現有的東西。

一、直流配電網的需求

1、配電網面臨的新形勢

1)直流驅動的負載比重越來越大,50%以上電器為直流或類直流負荷,且品類繁多,與我們的生活息息相關;

2)分布式新能源發電高密度接入及充分利用

未來以光伏、分散式風電及其它可再生能源占比將達到50%以上;

3)電動汽車大規模推廣,十三五迅速增長;

4)電力儲能系統的逐步推廣應用;

5)重要敏感負荷的高可靠、高質量供電。

2、配電網遇到的新問題

1)電網結構復雜、短路容量增大;

2)交直流能量變換損耗高;

3)可控性靈活性差;

4)雙向互動、新能源支持能力差;

5)電能質量問題突出。

二、直流配電網的優勢電網的優勢

伴隨城市規模快速增長以及信息技術迅速發展,電網內敏感負荷、非線性負荷,以及其他重要負荷越來越多,交流配電網內線損大、供電走廊緊張等問題日益嚴重。電壓波動、電網諧波加劇、電壓瞬時跌落以及三相不平衡現象加劇等問題亦日趨惡化。現有配電網結構和方式亟需改變,從而引入了直流配電網概念。直流配電網具有以下優勢:

1、直流配電網的供電容量大(供電半徑)

相同的線路走廊,直流配電網可輸送更多容量,在相同的絕緣水平、相同的導線截面及電流密度情況下,對于雙極結構的直流配電網而言,其傳輸功率與原交流線路大致相等,即在線路走廊寬度和建造費用相同情況下,直流線路所能傳輸的功率約為交流線路的1.05倍。可見,直流配電能夠有效提高供電容量(半徑)

2、直流配電網的電能質量

對半導體芯片生產行業而言,對電能質量的要求高于國家對交流配電網電能質量的標準;另一些企業,如建材、汽車、電纜制造行業,均存在大量的沖擊負荷,引起電壓驟降等電能質量問題。而對于接入快速響應的儲能設備的直流配電網,仿真表明,沖擊性負載造成的電壓閃變僅為I-2%。分布式儲能設備接入直流配網的技術難度相對較低,一旦儲能設備的研制取得突破,便可在直流配網中廣泛配置,從而有效解決用戶側直流電壓閃變等問題。

3、直流配電網的線路損耗

考慮到交流電纜金屬護套所引起的有功損耗及交流系統的無功損耗,在直流配電網直流電壓為交流系統線電壓兩倍的情況下,直流配網的線損僅為交流配網的15%~50%。即使交流配網的線損降低可通過添加無功補償設備等措施來實現,但這將增大系統的建造成本,及其復雜性。

4、直流配電網能量傳輸效率

就目前而言,交流配網和直流配網的整體效率相差不大,但可以預見的是,隨著電力電子技術的進一步發展,各類換流器的開關損耗和通態損耗將不斷降低,直流配網的傳輸效率具有較大的上升空間。

5、直流配電網的可靠性

若直流配電網采用雙極系統,當其中一極發生故障時,另一極可繼續為負荷輸送功率。相比于交流配電網,直流配電網中接入蓄電池、超級電容等儲能設備的技術難度相對較低。因此,直流配電網的故障穿越能力與供電可靠性較高。

6、節能降耗及直流配電到戶的可行性

實際上,目前大量的家用電器都采用直流電,在交流配電網內,需配置相應的整流電路模塊。但是,如果采用直流配電網的方式直接為家庭用戶提供直流電,便可省去這些換流器,減少由交流轉為直流的轉換次數,既可以降低換流損失,實現節能降耗,同時也降低了設備制造成本。

7、清潔能源及儲能設備的便捷接入

風能、太陽能等新能源發電形式的大規模分布式并網已成為一種趨勢。光伏電池等發出的直流電具有隨機性和間歇性,需要配置相應換流器及儲能裝置,并需要通過復雜的控制策略才能實現交流并網。風電產生出的是一種隨機波動的交流電能,需要安置AC/DC/AC換流器和一些適當的儲能裝置,并通過復雜控制才能并入交流電網。

三、直流配電網存在的問題

目前,柔性直流配電技術仍處于起步階段,在實際的應用仍有問題待進一步的研發解決,如:根據城市發展規劃和資源特點如何利用好柔性直流配網的技術優勢,如何保證整個系統的穩定運行,柔性直流配網的運行方式進一步細化等。可以預見,柔性直流配電技術的發展必將為技術革新和效益提升帶來新的思路和理念,為中壓配網技術的發展提供強有力的技術支撐。