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深度 | 低压直流供电技术研究综述及工程案例

北极星输配电网  来源:电力工程技术杂志  作者:国网江苏省电力有限公司电力科学研究院等 吴盛军 王益  2018/8/3 10:03:57  我要投稿  

北极星输配电网讯:1.引言

由于直流输电技术水平的限制,直流输配电比交流方式更难实现,现今的电力系统仍以交流输配电为主。近年来,随着电力电子技术的发展,直流输配电面临的技术问题得到了逐步解决,直流系统的技术优势也已呈现。相比于交流系统,直流系统可以显著提高输配电运行水平,使输配电更简单、高效,并且降低了输配电成本。

在电力用户侧,光伏发电、储能电池和现代电力电子负载等直流终端大量接入,使得直流供电系统比交流系统更具优势。大部分可再生能源发电系统为直流电源,如光伏电池和燃料电池。虽然风力发电机是交流电机,但其需要经过交-直-交变换才能通过交流并网,而通过直流并网可以避免双变换,使风电系统并网更加方便和高效。电视、LED灯、电话、电脑等现代电力电子负载内部都是直流负载,未来电动汽车的普及将会增加直流供电需求,促进直流供电发展。

可见,直流供电技术的发展,主要受直流技术优势的内在驱动,以及分布式能源和直流负荷发展的外在促进。本文首先介绍直流供电技术发展现状,然后分析直流供电的关键技术和设备研制情况,最后整理了直流供电的工程研究与应用情况。

2.直流供电技术现状

2.1 低压直流技术发展情况

19世纪80年代,安迪生电力照明公司利用“巨汉号”直流发电机给上千只白炽灯供电,形成了直流供电技术的雏形。

到20世纪末,低压直流配电已成功应用于数据通信中心、航空、舰船和城市轨道交通等对供电质量要求较高的领域。

2010年,美国弗吉尼亚理工大学提出SBN(sustainable building and nanogrids)系统,该系统有DC 380V和DC 48V2个电压等级。美国北卡罗来纳大学提出了用于接纳和管理新能源的FREEDM(the future renewable electric energy delivery and management)的交直流混合配电网,英国、瑞士和意大利等国学者提出了类似功能的UNIFLEX-PM(universal and flexible power management)系统。

国内,浙江大学承担的"863"项目"基于柔性直流的智能配电关键技术研究与应用"中,在直流配电网的基本框架、电源接口、换流器配置和经济性等方面开展了研究。国家电网公司也开展了直流供电技术研究,江苏省电科院已成立了交直流混联、风光储一体化的新能源及智能配网协调控制实验室,开展分布式新能源并网及交直流混联电网等方向的研究。

2.2 直流电压等级及供电标准

直流供电的电压等级及序列关系到电网安全性、经济性、负荷适应性等关键问题,对电网的未来发展有重要影响。通信、交通、船舶和航空等特殊行业直流负荷较小,对供电可靠性要求高,且有电能存储的需求,因此较早地采用了直流供电系统,其中通信、船舶业采用的电压等级较多。各行业直流电压等级如图1所示。

图1 各行业直流电压等级

表1 中低压直流供电系统电压等级序列

国际标准方面,多个国际组织开展了直流电网 相关研究工作,中国在低压直流标准制定方面起着 重要作用。国际电工委员会(International Electro-technical Commission,IEC)成立了研究小组TC-57,研究未来直流电网的管理和信息交换问题。2017年1月IEC设立了低压直流供电委员会(SyCLVDC),研究低压直流的应用场景、可行性和安全性等内容,同年10月低压直流配网工作组(IEC TC8 WG9)成立,由江苏电科院主导召集,开展低压直流配网的标准化工作。

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