未来城市配电网的发展方向

魏琳++唐玉光

摘 要 由于新型能源发电接入配电网的需求越来越高，电力电子技术的不断进步和直流负荷的种类越来越多，这将给城市原有的交流配电模式带来很多技术上的难题。而基于电压源换流器的柔性直流输电技术，从根本上解决了交流配电网的固有问题，这些新能源、新技术和新负荷的接入需求，使得城市配电网的结构由单纯的交流配电模式向交直流混合配电模式的方向转换。

【关键词】交流配电网 直流配电网 柔性直流输电技术 换流器 分布式能源

1 引言

随着太阳能、风能等新型能源的利用规模日益扩大，其间歇性、分布式的特点使得采用传统的交流电网实现大规模的新能源的接入面临很多严峻的问题（如风电大规模并网的稳定性问題）。新能源的发展必将带来配电网上电源高度分散的结果。未来城市配电网面临着大量分布式能源和微网系统的广泛接入问题，而这将给现有的交流配电网带来很多技术上的难题。负荷的持续快速增长，城市输电走廊的匮乏以及用户对供电可靠性要求的不断提高，使得城市配电网面临着严重的挑战。加快城市电网发展和保证供电安全可靠就成为了一项紧迫而又艰巨的任务。目前城市电网的供电方式主要采用基于架空线路的高中压交流系统供电，一些大中城市中心区域采用地下交流电缆供电。高压交流电缆供电在一定程度上解决了城市电网中输电走廊匮乏、电力设施与城市景观不和谐等问题，但依然受到供电距离、交流系统稳定性等因素的限制。

2 城市直流配电网应用前景

2.1 新型能源的接入需求

目前先进的风力发电机中都含有直流母线电子装置以控制风机的稳态和暂态运行。一般的，进行一次交直流变换后损失的电能约为电源发出电能的2%-10%。现有交流电网的复杂性随着新型能源接入电网容量的提升而提高，但是其接入效率和经济性却在不断下降。如果将新型能源接入直流电网中，将忽略不必要的AC/DC变换过程，提高了系统运行的经济性。

2.2 负荷类型改变

使用LED灯的城市照明系统，采用直流电机的新型家用电器提高了直流技术在实际生活中应用的可行性。同时，电动汽车的普及也给未来电力系统带来重要的影响，成为未来城市配电系统中负荷的重要组成部分。而这些直流负载或者含有直流环节的负载在接入配电网时，如果使用传统的交流配电网给这些直流负载供电时，那么就需要AC/DC变换器，大大降低了系统效率。

2.3 输电能力问题

由于经济的迅速发展，很多城市变得非常拥挤，对于电力系统而言，输电走廊正变得异常匮乏而电力需求却在不断增加，因此需要扩充城市配电系统的输电容量和供电能力，但由于城市人口膨胀和地区规划的制约，一方面要求利用有限的输电走廊输送更多的电能，另一方面要求大量的配电网线路转入地下。采用直流输电系统为城市中心供电将成为未来城市增容改造的有效途径。

3 城市配电网改造分析

中压直流系统（MVDC）是城市直流配电网的核心组成部分，它通过变电站从高压交流系统（HVAC）或通过换流站从高压直流系统（HVDC）获取电能，然后向低压直流系统（LVDC）或用户侧低压交流电网（LVAC）供电，与此同时，又整合城市范围内中等容量的分布式发电系统和储能资源，如光伏发电、风力发电和储能装置等。而低压电网根据用户的需求向用户提供交流或者直流电能，同时整合中小规模的分布式发电系统、微网系统，确保其有效的运行。如图1所示。

4 结束语

随着城市用电负荷种类的变化、电力电子技术的发展和各种分布式能源的并网，传统的城市交流配电网已经面临着各种各样的难题。本文重点分析了直流配电技术应用于城市供电系统的技术经济性，提出了未来城市配电网是以中压直流配电网为主干的交直流系统混合的配电网。

参考文献

[1]郑欢，江道灼，杜翼.交流配电网与直流配电网的经济性比较[J].电网技术，2013，37（12）：3368-3374.

[2]徐通，王育飞，张宇等.直流配电网发展现状与应用前景分析[J].华东电力，2014，42（06）：1069-1074.

[3]周逢权，黄伟.直流配电网系统关键技术探讨[J].电力系统保护与控制，2014，42（22）：62-67.

[4]江道灼，郑欢.直流配电网研究现状与展望[J].电力系统自动化，2012，36（08）：98-104.

作者单位

1.四川警察学院 四川省泸州市 646000

2.中国石油管道机械制造有限责任公司 河北省廊坊市 065000