关键词：直流配电系统；组网技术；运用
引言：在城市用电负荷密度持续增长的背景下，城市电网建设难度不断提高。一方面，城市经济的发展促使配电网容量不断提高，另一方，可再生清洁能源的开发与利用势在必行。鉴于此，人们提出了直流配电系统（DCS）这一概念。其主要优势就在于输送容量、供电质量以及可控性等等。直流配电系统对于分布式能源具有较强的兼容性，二者能够使换流环节得以减少，创造更大的经济效益。因此，在柔性直流配电系统的支持下，我们可以构建一系列智慧能源应用场景，从而为城市配电网的建设提供有力支持。
一、直流配电系统的性能分析
1 接入互动性强
在配电网建设进程中，可再生能源分布式并网将会成为主要发展趋势。一般情况下，考虑到分布式能源（以下简称DER）、储能设备以及电动汽车充电站的工作方式都是以直流为主，因此对于DCS而言，DER与储能等并网接口与控制技术的应用难度相对较低，源自于DER的电能能够在负载与存储中直接得到应用，其中产生的转换损失自然就会减少，如此一来，DCS在源网荷储的互动化接入方面就会表现出更强的适应性。当然，对于能源互联网而言，柔性直流换流器在能量路由器的构建中表现出更强的适应性，因此其在多能互补系统中将会占据核心枢纽地位。
2 供电电能质量较高
一直以来，广大用户对电能质量的关注度都非常高。DCS在对直流电压进行调节的过程中，能够对用户侧的交流电压与频率进行有效控制，如此一来，电能供给的质量自然就可以得到保障。就定性而言，相较于交流配电网系统，基于柔性直流技术的DCS能够有效改善供电质量，为用户提供更加优质的服务。对于面向智慧能源的DCS而言，由于DER与相关负荷的接入相对复杂，可能存在谐波含量增加的情况，此时选择较低的直流电压进行供电，电压降落也会随之增加，此时就要将DCS的调控作用充分利用起来，促使电能质量得到有效控制。
3 供电具有可靠性
在传统模式下，交流配电系统的运行模式为三相四线制，而滞留配电系统只需要两根正负极的导线，在可靠性方面其线路显然具有更大优势。在低压DCS中，为了使供电可靠性得到提升，人们还可以选择多母线冗余结构。并且通过接入电力电子变换器，能够确保DCS外部系统不会受到其内部的故障的影响。与交流配电网相比，DCS在接入储能装置方面具有更强的便捷性，因此其供电可靠性与故障穿越能力自然也更强。如果停用直流配电线路，那么柔性换流器还可以发挥静止同步补偿器的作用，对交流电网的功率因数与输电能力进行补充，进而使系统电压趋于可控，且稳定性更强。与此同时，在城市配电网运行过程中，由于短路电流水平会影响到安全性与可靠性，此时选择柔性直接的接入并不会改善原交流系统的端丽电流贡献状况，这在国内很多大城市的供电系统中具有十分重大的影响。
4 稳定性
在DCS中，由于接入了大量DER与柔性电力电子设备，使得学界开始围绕其稳定性展开研究与探讨。就能够孤岛运行的直流微电网而言，由于其电源与负荷电力电子化具有动态性特点，使得以同步发电机为主的传统电力系统的稳定性得到了调整。现阶段，业界在分析DCS或微电网小信号稳定性的过程中，将系统稳定分析理论引入其中，并围绕电力电子化配电系统中的DER并网动态特性进行了探索，然而很多研究成果都是体现单个并网逆变器或级联型逆变器。关于电力电子化DCS的稳定性分析理论与方法依然有很大的研究价值，这对于DCS运行稳定性提升而言有着重大意义。
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5 低压安全性
我国供电模式主要以220V交流低压形式为主，而人体耐受的安全低压水平远比这一数值要低，从而使得触电伤亡事故率居高不下。尤其是在暴雨天下引发的内涝，时常会引发群众触电事故。针对此，如果能够在家电中引入低压系统，选择±48V的直流安全电压供电，那么触电事故率将会大幅度降低，从中可以将直流配电技术的应用优势充分体现出来。当然，考虑到电压等级偏低，并且DCS设备需要占据大面积空间，因此其能量密度与功率密度并不稳定，针对此，我们可以选择将±375V与±48V直流组合到一起，构建供电模式，就可以减少非安全电压与人身接触的概率。
6 技术经济性
在智慧能源的未来发展中，DCS技术的应用必须对技术经济性这一指标予以充分考虑。不可否认，DCS在DER接入的灵活性方面具有突出优势，能够实现高效、安全供电，然而受到直流断路器与换流环节的成本因素的影响，在加上其控制系统复杂程度较高，使得DCS的投资成本处于较高水平。此外，当前交流配电网中，由于存量资产规模较大，发展DCS还需要考虑如何利用好这部分资产。当然，在未来DCS的应用得到普及的情况下，这些投资将会得到有效控制，就社会整体视角而言，降低用电成本具有一定的可行性。
二、DCS的接入方式
1 直流变压器接入
在DCS变电环节，直流变压器占据着重要地位，中压DCS利用这项设备能够实现低压直流的转换，从而实现向低压负荷进行供电。直流变压器的构成包含了高压DC/AC换流器、高频变压器以及低压AC/DC换流器等。其中高压侧主要利用高压DC/AC换流器来实现电路转换后，高频变压器会将电流向低压高频交流形式进行转换，在低压AC/DC的处理后，就可以实现高压直流与低压直流的转换。现阶段，关于直流变压器的研究依然以理论分析为主，很多研究成果依然停留在验证阶段。并且直流变压器的高频环节存在较大损耗，因此如何控制直流变压器损耗是一个热点研究课题。
2 低压换流器接入
利用直流接入与经换流器方式，可以使DCS低压侧负载接入系统。如果负载的直流电压与DCS电压等级匹配，那么可以对直接接入方式加以利用。如果选择经换流器，那么还需要选择单向DC/DC换流器接入、双向DC/DC换流器接入以及双向DC/AC换流器接入等三种形式。其中单向DC/DC换流器接入方式在直流电压与负荷或光伏列阵不匹配的情况下具有较强的适用性。尽管光伏能够以合适的阵列数量与DCS中的低压侧进行直接接入，然而直接接入对于光伏列阵而言难以跟踪其最大功率。单向DC/DC换流器接入，光伏控制器能够对光伏阵列机端的直流电压进行调节，如此就可以有效跟踪最大功率。双向DC/DC换流电路计入在储能电池中具有较强的适用性，其在控制模式方面具有较强的灵活性。
三、结束语
总而言之，在未来智慧能源建设中，DCS占据的地位将会越来越高。尤其是基于柔性组网技术的直流配电系统，能够有效减少电能损耗，提高控制水平，促使整个配电网运行趋于稳定、安全、可靠。因此，我们有必要针对直流配电技术的组网技术进行更加深入的研究，为推动配电网系统的建设与发展提供有力支持。
参考文献：
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论文作者:康本亭
论文发表刊物:《中国电业》2019年 22期
论文发表时间:2020/4/15
标签：系统论文; 低压论文; 电压论文; 技术论文; 柔性论文; 电能论文; 将会论文; 《中国电业》2019年 22期论文;