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隨著電力電子技術的發(fā)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(yōu)勢,具有巨大的發(fā)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(yè)規(guī)模,需要更改很多現(xiàn)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(fā)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(guī)模推廣,十三五迅速增長;
4)電力儲能系統(tǒng)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(yōu)勢電網的優(yōu)勢
伴隨城市規(guī)模快速增長以及信息技術迅速發(fā)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(xiàn)象加劇等問題亦日趨惡化。現(xiàn)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(yōu)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?shù)墓β始s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(yè)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(yè),如建材、汽車、電纜制造行業(yè),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(tǒng)的無功損耗,在直流配電網直流電壓為交流系統(tǒng)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(xiàn),但這將增大系統(tǒng)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(fā)展,各類換流器的開關損耗和通態(tài)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(tǒng),當其中一極發(fā)生故障時,另一極可繼續(xù)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(jié)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(shù),既可以降低換流損失,實現(xiàn)節(jié)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(fā)電形式的大規(guī)模分布式并網已成為一種趨勢。光伏電池等發(fā)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(xiàn)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?shù)膬δ苎b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(fā)解決,如:根據城市發(fā)展規(guī)劃和資源特點如何利用好柔性直流配網的技術優(yōu)勢,如何保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行,柔性直流配網的運行方式進一步細化等??梢灶A見,柔性直流配電技術的發(fā)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(fā)展提供強有力的技術支撐。