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3.直流供电关键技术
3.1 直流配电网协调控制技术
直流配电网控制按系统级别可分为单元级、微网级和配网级。总得来说,目前电力电子变换器的单元级和直流微电网层面研究较多,配网层面的研究较少,需要在前两者基础上研究相关的直流配网控制理论和技术,以支撑直流配电网发展。
(1)单元级控制
在直流配电网中,单元级控制主要是电力电子变换器的控制。根据微电网和配电网运行要求,各变换器对电压、电流和功率进行控制,以保证各单元及系统正常工作。
(2)微网级控制
直流配电网中微网级控制,主要可以分为母线电压控制和电能质量管理两类。
(3)配网级控制
配网级控制研究包括分布式电源发电预测与负荷预测技 术,基于直流的多端、多电压等级配电网运行控制技术,直流配电网经济优化调度方法以及直流配电网双向潮流最优控制技术等。
3.2 直流配电网保护技术
由于接入了多元化的分布式电源、负荷、储能,直流配电系统存在多种不同的运行状态。同时,直流配电网在电气特性及测量方式等根本性技术上跟交流配电网完全不同,没有低成本、可商业应用的大容量直流断路器,相关直流保护技术和装备既缺乏标准,也缺少运行经验。因此,直流配电系统保护配置面临诸多挑战。
(1)直流配电系统故障类型
直流配电网中存在大量电力电子装置,且靠近用户终端,故障复杂多样,直流配电网除了存在短路、接地故障和绝缘下降不正常运行情况外,还存在交直流混接、直流环网等故障。
表2 中低压直流配电系统故障类型
(2)直流主动保护原理和组成
主动保护基于电力电子变换器的拓扑结构和控制原理,将保护动作“融于”变换器控制逻辑,基于多重保护策略,有效利用电力电子变换器的隔离单元和电力电子器件来实现直流配电系统中多种故障的自然隔离和严重故障回路的开断,防止轻微故障发展为严重故障,最大限度保障系统正常运行。
表3 主动保护的类型
(3)直流配电网的保护设备
目前,直流断路器的开断方法主要有增大电弧电压法、分段串接入限流电阻法、磁场控制气体放电管断流法、迭加振荡电流法、电流转移法等。基于这些方法,国内外对各容量等级的直流断路器进行了研究和测试。目前400V以下的低压直流断路器已经工业化应用,而中高压直流断路器的研发虽取得了一些突破,但距工业化应用还有距离。另外,常用的交流型多功能接线板和插头应用于低压直流配电网时,接合与断开的瞬间会产生较大的电弧,带来安全隐患。因此,直流开关、直流插头和插座的研发,是推动直流配电网普及应用的基础性工作。
3.3 直流配电网电能质量控制
直流配电网没有交流系统中的电压相位和频率问题,其电能质量主要指有功功率与电压平衡,典型电能质量问题有直流电压暂降与暂升、电压偏差、电压波动、直流调制谐波等。
(1)直流电压暂降与暂升。直流配电网中微电源输出功率的突变、负荷的瞬间接入或脱落、微电网并离网切换、交流侧系统电压中断等瞬态变化均可能引起直流馈线电压的暂降或暂升。
(2)直流电压偏差与波动。有功不平衡是引起直流配电网电压偏差的根本原因,微电源出力、运行方式、网络结构以及负荷等发生变化都会产生不同程度的有功功率不平衡,引起配电网电压波动。
(3)直流调制谐波。直流配电网内多源多变换设备是多种类型的谐波源,会以不同的方式向电网注入谐波。
直流配电网电能质量控制的方法主要有:利用附加设备进行针对性治理,利用微电源参与功率平衡调节和利用电力电子接口控制算法改善配电网运行环境。
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