低压直流配电技术分析及存在的问题

曲林

前言

现如今，电力电子技术的发展已经达到了一种相对比较成熟的程度，而且在电力系统运行的过程中，工作人员会将电力电子的各种元器件应用到其中。从电力系统运行的过程中可以看出，低压直流配电技术一直以来都是人们研究的重点问题。其中包括配电技术的分析和相关问题的存在形式等各个方面。在研究的过程中，研究人员换主要是提升电能的传输能力，并且最大限度地降低电力传输过程中的损耗程度等等。本文中，笔者就对低压直流配电技术进行分析，并且对其中存在的问题进行介绍和分析，希望能够给相关的工作人员换提供借鉴和参考。在整个电力系统中，低压直流电配电是重要的构成部分，对这一领域的研究结果一直都是人们比较关注的问题之一。从国内外研究学生的研究成果上看，取得的成绩是值得肯定的，但是其中也会存在着严重的问题。其中影响因素较多，包括输电电压、电量的容量以及电力资源输送的距离等等。电力电子技术趋于成熟，相关的研究人员只有不断加强对低压直流配电技术的了解，才能够促进电力系统运行的高效性。

1、低压直流配电的分类与主要元件

高压直流输电技术覆盖范围较广，而且技术的成熟程度也达到了预期的标准，在电力系统运行的过程中，发挥了重要的作用。和高压直流电相对应的就是低压直流电系统，人们对低压直流电技术的研究力度还明显不够，很多问题还没有得到解决，由于低压直流电系统以及分类情况比较复杂，因此，研究人员要花费更多的精力来对这一技术进行研究，以完善整个电力系统。

1.1低压直流配电的分类。第一，按拓扑分类。通常情况下，按照拓扑来进行分类可以将低压直流电分为两种不同的类型。其中包括高压输电型和辐射型两种。这两种类型的低压直流配电示意图入图1和图2所示：

第二，按直流系统输电连接分类。从这一点上看，同样也可以分为两种类型，第一种是单极型，第二种是双极型。单极型的连接形式主要是采用一条导线来进行连接。在干扰程度较大的条件下主要采用金属结构作为回路。每一端的直流电压都需要额定的电压器来进行测定。而且两级结构还可以独立运行。双极型连接形式也是比较常见的配电系统类型。另外，在实际的工作中，工作人员需要对各种不同类型配电系统的工作原理进行明确。

1.2低压直流配电系统的元件构成。第一，换流器。换流器的功能和作用就是要实现交流、直流之间的转换，另外，还包括阀桥和带负载调分接头以及变压器等形式。第二，平波电抗器。这是一种规模较大，功率较大的电抗器，在工作的过程中主要是依靠换流器来使用，其最终的用途就是要减少谐波电压和电流的强度，防止逆变器性能降低，提升电流的連贯程度等等。第三，滤波器。所谓的滤波器就是对交流电和直流电在运行的过程中所产生的谐波形式进行过滤。主要是为了干扰因素对电力设备的影响程度。第四，无功源。换流器在运行的过程中需要不断地吸收无功功率，因此，无功功率需要依靠各种补偿设备来达到补偿效果。除此之外，低压直流配电系统的元件还包括接地设备以及直流线路等等。

2、换流器理论

对换流器进行研究需要从换流器的电路，交流电流和相位的关系以及逆变器的工作原理等方面来进行分析和介绍。其中，换流器的电路主要以三相全波桥式的电路类型为主。换流变压器内部的交流系统主要是以一个恒定的电压和频率为主，直流电流在恒定的状态下，电力电子器件可以作为理想的开关器。这是电阻可以为零。在关断的状态下电阻会无线增加。交流电流和相位的关系在判定的过程中也需要以设置变量和产量的方法来进行。换流器无论是出于整流还是在逆变的状态下都需要不断吸收无功功率来维持运行。在各种常量达到标注的状态下就可实现无功补偿。另外，逆变器也是比较重要的设备类型。由于低压配电网主要是以各种辐射形式为主，直流配电线路可以直接连接电源和电力用户。因此，逆变器的应用范围就会逐渐增加。

3、低压直流配电存在的技术问题

3.1谐波。3.1.1低压直流配电交流侧谐波。从低压直流配电交流侧谐波的状态上可以看出，波形并没有出现任何换相重叠或者是无脉动的现象。对于正弦换相电压或者是换流器的间隔程度的计算，也可以采用设定假定条件的方式来进行。3.1.2滤波器。目前已知谐波的方法有两种：一是补偿的方法即设置滤波器;二是改造谐波源，如提高整流装置的相数。无功补偿的部分功能可通过滤波器的电容来实现，这样不但减轻了无功补偿设备的负担，同时可以降低成本。

3.2谐波与无功补偿。电力系统电压控制的主要方法就是无功功率控制，加之LVDC有较大的无功功率损耗，无功补偿技术变得尤为重要。控制无功功率方法有许多，并联电容器由于其经济简单、方便灵活已逐渐成为一种主要方式。3.2.1谐波对并联电容器影响。谐波电流叠加在电容器基波电流上造成电容器电流有效值增加，温升升高甚至过热而降低电容器寿命。谐波电压叠加在电容器基波电压上使得电容器电压峰值增加，影响使用寿命。3.2.2并联电容器对谐波影响。并联电容器投入系统中后，系统的谐波阻抗发生变化，既可能为感性也可能为容性。对于特定谐波，并联电容器有可能与系统发生并联谐振。

4、结语

本文对LVDC系统的类型、元件组成、换流器理论及存在的问题进行了简要的分析。相比于交流配电，直流配电在电能传送能力、线路损耗、电压质量、经济性方面有其优越性。但LVDC本身也存在着一些问题例如：谐波、较高的无功功率损耗、电力电子设备的寿命以及其较难的控制性等等。LVDC是电气领域一个新的课题，其系统设计、设备选型、电能质量要求将是进一步的研究方向。