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准备好!未来的趋势是直流配电网!

来源:低压配电研发组

随着越来越多的太阳能、风能、生物质等新能源接入交流电网,直流用电负荷日益增多,这为交流电网带来一系列电能质量问题。

一方面,新能源的间歇波动特性给系统带来电压、频率的无规律波动和冲击,同时电力电子接口向系统注入频次成分复杂的谐波电流。

另一方面,计算机、变频空调、直流充电桩等直流负荷,使用交流电源时经过了多级变换,损耗较大!

面对上述问题,直流电网具有独特优势。

直流配电网的应用优势

1. 分布式新能源接入优势

太阳能、风能等分布式新能源,存在发电容容量较小、空间分布不均、 发电功率波动不规律的特点。

目前,这些分布式电源一般经过整流一逆变再接入交流电网。在容量较大的场合还要经过变压器。如果直接接入直流配电网,则可以省略逆变和交流隔离环节,降低系统能量损耗,减小设备成本,控制也将得到简化。

此外太阳能、风能等新能源经过逆变器接入交流电网,将带来多逆变并眹环流问题、多逆变器耦合交互引起谐波震荡问题,以及并网逆变器与电网阻抗的串联谐振问题等。接入直流配电网后,这些问题可以得到有效解决。

2. 电力电子负荷应用场景优势

近年来,用电负荷结沟发生了重大变化,交流系统中出现了大量直流用电负荷。

对此,变频调速技术在工业电机、空调、冰箱等家电中得到广泛应用,是一种重要的节能技术。其主流应用方式为直流方式,即将交流市电整流后直接驱动直流压缩机。如果采用直流配电网,可以省略整流环节,降低电能损耗。

大量新型负荷需要直流电源,如数掂中心、个人电脑、直流充电桩、LED照明等。当前的应用方式是通过整流电源模块将交流电变换成直流电供给这类负荷使用。如 果采用直流配电网则可以省略 AC-DC变换环节,节省能耗。

在配电网中,随着新能源的广泛应用,储能将是重要应用场景。储能设备核心部件是电池,其端口为直流端口 。在交流配电网中,储能元件的充电需要经过AC-DC坏节,放电需要经过DC-AC坏节。而在直流系统中,储能设备与配电网之间,只需要经过双向DC-DC变换,电能 变换坏节的功耗将大幅下降。

3. 系统损耗定量分析

以10kV交流配电网为例,在配送功率相同、线路绝缘条件相同、 线路载流量基本相当时,直流配电网的电缆线路损耗是交流配电网电缆线路损耗的72%。可见采用直流配电网可以大幅降低配电线路损耗。

配电网络损耗除了线路损耗外, 还包含变压器或者换流器损耗。交流变压器的电能损耗很小,其效率可达98%。直流配电网换流器损耗与具体采用的换流器拓扑结构、幵关器件、幵关频率等一系列因素有关,直流换流器和直流变压器的电能转换效率约为85%〜95%。

目前直流配电网与交流配电网的总体效率相差不大,但是无论在控制技术还是在设备制造方面,交流配电系统效率提高空间都非常有限。而直流配电网中关键设备都还存在很大优化空间,换流器和 DC-DC变压器拓扑结构都有进一步优化的可能,开关器件的发展与革新将使动态损耗与通态损耗不断下降,这些因素将有助于提高整个直流配电网的电能配送效率。

4. 供电能力定量分析

针对中压等级的交、直流配电网,定量分析了两种应用情况下的电压损失、供电半径、最大供电容量,研究了直流配电网在供电能力上的优势。

当负荷功率因数小于0.9时,交流电压损失远大于直流电压损失。在线路电压损失相同的条件下,直流配电网的供电半径远大于交流配电网的供电半径。在城市快速扩张的经济发展形势下,直流配电网比交流配电网在供电半径上更具有优势。

当线路长度在一定范围时,可以不考虑电压损失,此时直流配电网和交流配电网的线路最大载流量相近,而当线路长度超过一定范围时,线路压降的影响幵始显现,线路供电容量也因此受到限制。

10kV交流配电网在不安装补偿装置的情况下, 当供电距离大于4km时最大供电容 量幵始明显下降,而15kV直流配电网在供电距离超过22km时最大供电容量才幵始下降。在长距离供电方面,直流配电网的供电容量比交流配电网更大,当供电距离超过22km 时,直流配电网供电容量可超过交流供电容置的5倍!

5. 可靠性分析

在可靠性需求方面,交流系统对供电可靠性需求指标更多,特别是对供电电能质量指标的要求,而直流系统中供电可靠性需求指标相对交流系统要少,更容易满足配电系统的供电可靠性。

在交流系统中,存在负荷的电压特性与频率特性。在直流系统中, 只存在负荷的电压特性,不存在负荷的频率特性,也就没有频率振荡等问题。

那么问题来了,应对未来的市场趋势和行业竞争,您是否准备好了?

直流配电设备?直流应用解决方案?

近期,我们会对行业内主流厂家的直流配电(框架断路器、塑壳断路器、微型断路器)设备进行一次梳理,看看现状!

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  • 原文链接https://kuaibao.qq.com/s/20190922A005Y700?refer=cp_1026
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