含分布式电源的低压直流配电网研究

赵永红　唐鑫

摘 要：随着智能电网建设工作的逐步深入，分布式电源有了长远发展，其在低压直流配电网中的应用也越来越多，也提高了电网运行的安全性和可靠性。本文基于大量的文献资料分析了分布式电源和低压直流配电网特点，然后对含分布式电源的低压直流配电网建设提出了几点建议，并具体探讨了该电网建设中的关键技术，仅供参考借鉴。

关键词：分布式电源；关键技术；低压直流配电网

中图分类号：TM744 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）22-0123-02

近些年来，随着电网交流系统规模的不断加大，其稳定性、安全性问题日益受到关注，传统的稳定性设备已经很难满足电网安全运行需求。此外，环境问题越来越突出，可再生能源应用呼声越来越高，对交流配电网建设提出了更高要求。介于此，直流模式应用于交流配电网是必要的，利于适应当前交流配电网建设需要。加之，分布式电源与直流模式结合在一起，可在提高电网运行可靠性基础上减少投资成本、降低能源消耗，为电力行业发展创造巨大潜力。

1 分布式电源

分布式电源，指的是功率在数千瓦至20MW之间的，和输电系统不直接相连的一种独立电源系统[1]。一般情况下，分布式电源电压等级都在35kV以下，其中涵盖可再生能源设备和部分储能设备。如，太阳能发电设备、电磁储能设备等。

2 低压直流配电网

低压直流配电网是近年来刚刚发展起来的，虽然技术成熟度有待进一步提升，但是其优势特点有目共睹。第一，电源转换效率高。低压直流配电网中的可再生能源设备较多，这些设备产生的电能基本以直流电形式存在，直流电接入传统的交流电网会出现逆变现象，很容易造成电能损失，降低新能源利用率[2]。而采用直流电网后，可再生能源设备产生的电能可以直接接入，或经逆变器进入，极大提高了电源转换效率，且节省电能；第二，节省空间和成本。电网设备、计算机、家用电器设备等采用直流电源供电后，将这些设备接入低压直流配电网中，可节能空间和成本；第三，供电可靠性高。为了分析低压直流配电网供电可靠性高的特点，以通信系统为例。通信系统一般24小时不间断通电，交流电网虽然配置了UPS系统，但是与直流供电系统相比，其技术依然存在一定不足，如变频器会降低交流系统效率、电磁降低设备可维护性等。所以，采用低压直流系统利用提高配电网运行可靠性。

3 含分布式电源的低压直流配电网建设和关键技术

鉴于分布式电源和低压直流配电网的特点，含分布式电源的低压直流配电网有着很好的发展前景，其应用市场是非常宽广的。但是以目前的技术水平和成熟度而言，想要大范围应用这一种类型的低压配电网有一定难度。下面结合现有技术和经验进行了相关分析，对含分布式电源的低压配电网建设提出了几点建议。

3.1 建设建议

对含分布式电源的低压配电网设计时，需要考虑四个方面因素[3]：第一，现阶段电力市场中的配电网容量成本和不同电源的电价成本；第二，低压配电网的供电可靠性、网损及运行费用等；第三，分布式电源的运行成本、投资费用，以及电源间的互补性等；第四，电力用户、供电企业等相关利益主体的需求、利益等。综合考虑以上各个方面因素后，依据变量要素确定三种设计方案：

第一种：单一的分布式电源设计。实际上，这种设计是一种在保证配电网馈线正常运行情况下，优化分布式电源的容量和安装位置的一种方式。就目前而言，我国很多地方都采用这样的设计方案，其应用范围比较广泛。在单一的分布式电源下，通过计算微增量進行排序，确定出分布式电源安装最佳位置；对电压改善程度、环境效益、网损等进行综合考量，确定分布式电源容量；利用潮流计算中的模型分析分布式电源接入的整体影响，将分析重点工作放在对电压质量的影响上，尽量降低对网损的影响，确保选址、定容科学合理。

第二种，分布式电源与低压直流配电网网架协调设计。首先，将交流配电网直接改造为直流配电网，然后再进行分布式电源与直流配电网网架结构的协调设计，从整体上进行配电网全面优化。目前，从求解算法角度看，含分布式电源的低压直流配电网设计具有约束条件复杂、目标混合等特点。为适合这一特点，可采用数学优化计算法、智能优化计算法等，满足设计优化要求。

第三种：交流系统和直流系统混合设计。在现有交流系统基础上直接引入直流系统，为用电提供交流、直流两种电源，用户根据自身需求选择适合的供电电源。虽然这种设计方案一定程度上增加了变电站和配电网建设成本，但是方便了电力用户用电，利于提高服务质量。

3.2 关键技术

含分布式电源的低压直流配电网设计还处于发展阶段，从现有技术条件看，这一电网设计需要利用以下关键技术。

3.2.1 电力电子接口技术

含分布式电源的低压直流配电网中，分布式电源、储能设备、可再生能源设备和各种负载基本都是直接或通过各种电力电子装置与直流母线连接起来的，不同电源、不同负载需要使用不同的电力电子接口装置，可见对电力电子接口有着较高要求。

当前，电力电子接口技术主要包括网侧接口技术、负载侧接口技术、分布式电源接口技术等[4]。第一，网侧接口技术。网络接口是一种低压直流配电网与输电线路连接的电力电子装置，主要有双向DC/DC、双向AC/DC等变换器，这两种变换器都能满足能量双向流动要求，可根据实际情况选用最适合的变换器。第二，负载侧接口技术。结合各种负载的特点，将负载直接连到直流母线上，或通过DC/AC、DC/DC变换器，以及不同功率的电源适配器连接到直流母线上。DC/AC、DC/DC变换器的技术成熟度很高，转换效率也很高，在这里建议采用这种连接方式，可降低故障率。此外，由于负载侧接口距离使用者的距离比较近，如果选用这种电力电子接口技术，不仅能保证供电质量、供电安全，还能提高供电效率和设备可操作性。第三，分布式电源接口技术。采用分布式电源接口，能够将太阳能、风力发电等分布式电源与低压直流配电网连接起来，具有较高的集成性。但是，与直流配电网连接时仍然要采用DC/AC、DC/DC变换器，三端口变换器还在研发中。

3.2.2 母线电压控制技术

对于含分布式电源的低压直流配电网而言，由于分布式电源设备、储能设备等较多，可能会出现电源、负载分布不均衡等现象，致使直流母线各点电压不相等，在电源间产生环流问题。对此，对并联变换器进行均流控制，抑制环流，确保直流母线电压稳定。控制方式可采用集中控制、主从控制、无主从控制等[5]，其中无主从控制因为具有分布式特点，成为未来发展趋势，也是当前研究工作的重点。

3.2.3 配电网保护技术和故障诊断技术

含分布式电源的低压治理配电网运行过程中，低压直流配电网保护技术和故障诊断技术是安全运行的基础。与交流配电网相比，直流配电网的保护技术与故障诊断技术还不成熟，当下没有完善的保护方案，但要持续加大接地方式、故障检测、故障诊断、故障处理、继电保护等方面的研究，不断提高低压直流配电网运行保护能力和故障排除能力，保证电网运行可靠性，放心使用含分布式电源的低压直流配电网。

4 结语

综上所述，分布式电源和低压直流配电网都有着各自的优势，在供电系统中的应用是当前及今后我国电网建设的主要方向，利于推动坚强智能电网建设。含分布式电源的低压直流配电网可采用单一的分布式电源设计、分布式电源与低压直流配电网网架协调设计、交流系统和直流系统混合设计等几种方案。同时，注意电力接口技术、母线电压控制技术、配电网保护技术及故障诊断技术等关键技术应用，支持并保证配电网运行安全。

参考文献

[1]陈书波.含分布式电源的低压配电网设计[J].企业技术开发，2015，34（33）：94+96.

[2]段双明，郭阳，任俊，靳利光，吴薇.含分布式电源的低压直流配电网研究综述[J].东北电力大学学报，2015，35（06）：1-7.

[3]冯延明.含分布式电源的直流配电网及储能规划[D].华北电力大学，2013.

[4]黄芳.含分布式电源的中低压配电网继电保护研究[D].华北电力大学，2014.

[5]李晨政，孟涛，王伟，张海锋，王迪.含分布式电源的配电网优化配置研究综述[J].电气开关，2017，55（3）：5-7.endprint