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摘要：随着电力系统的不断发展，直流网络与配电网络共存将成为主要形式，在直流生态系统中，直流配电属于中间环节，其是整个电力系统负载馈送电力、承接高压输电网的关键，在某种程度上，可以认为直流配电的网络架构是否合理将直接影响到整个配电网络使用的安全性与稳定性的高低。基于此，文章对直流配电的典型网络结构和常见接入方式等展开了分析，并详细阐述了运行控制、规划等几个直流配电网发展的关键技术，以其能够对我国直流配电网络的不断发展和完善提供思路。
关键词：直流配电网络架构；关键技术；分析
近年来，随着我国各项新能源技术的持续发展，配电网系统也随之经历着直流网络-交流网络-交/直混合网络的变化，研究证实，相较于传统供电技术，直流供电技术有着所提供的电能质量更优良、供电更稳定等众多优势。目前，多个直流负载和高性能新材料的发明使得越来越多的人将电力系统的发展目光聚焦到了直流配电之上；与此同时，习惯交流供电方式的人们希望发挥进一步发挥交流配电的历史作用。这使得直接配电网络在发展的过程中不仅要逐步完成自身的优化，同时还应当继承和加强传统技术，以此确保直流配电的实用性和安全性。下面，文章将对直流配电系统的网络架构与关键技术展开具体论述与分析。
一、直流配电系统的典型网络架构
在规划构建直流配电系统网络架构时，应当始终遵循整个电力系统的基础规划建设原则，充分考虑负荷、储能装置的特点，保证配电网络系统的灵活性和协调性。目前，我国典型的直流配电网络架构主要包括多层次环状网络架构和中心负荷型网络架构两种，具体如下：
第一，多层次环状网络架构（见图1）。多层次环状网络架构充分考了电压等级不同的直流配电网之间的连接问题，并提前预设了众多不同的实际应用场景，是多电压等级直流配电网络基本架构形式。这种多层次、多级的环状架构同时包含了多个不同的电压等级的直流配电系统，因而可以采用类似于交流配电网的分层结构，以此保证电的灵活性、经济性和可靠性，如中高压直流配电层采用100kV环网结构、中压直流配电层采用20kV或10kV的环网或辐射环网架构等。值得注意的是，在进行多层次环状网络架构规划构建时，应当特别注意技术经济分析，保证在明确电力负荷的特点的基础上，再合理选择电压等级，以有效减少电压转换过程，减少换流器的应用，进而充分发挥直流配电技术的优势，保证整个电网的经济性和安全性。
图2 中心负荷型网络
二、直流配电系统网络架构的关键技术
1.规划技术
首先，在进行电网规划时，目前考虑的主要因素有供电的安全性、供电的可靠性、运行建设的经济性、电网的容量以及不同电压值电网的协调性等内容。分散发电的配电网还应考虑分散发电的位置和容量，以及其对配电网电压和损耗等运行参数的影响等内容。在一些典型的应用场景中，直流配电网的发展主要发挥其自身的技术优势，规划直流配电网时，应满足交流配电网规划区的各项技术指标，根据直流配电技术的特点，应考虑电压水平、可靠性、接入点和无功电耗等技术问题。
其次，在进行电压等级规划时，根据CIGRESC6.31的相关直流电压等级序列标准，可将直流配电电压分为100kV、50kV、20kV等不同的等级序列，鉴于此，在进行配电网的电压等级规划时，可以此作为重要参考，确保电压等级序列与主要交流负荷的标称电压相协调。此外，为保证整个网络的实用性，将绝缘投资和电压等级不同的线路的供电能力充分考虑在内，保证配电网络运行的经济性与安全性。
最后，在架构形式的选择上，交流配电系统可以限制短路和无功电流，以此有效降低继电保护系统在故障处理过程中的复杂度，控制投资和维护成本。虽然直流配电网络架构明显更加丰富，但目前业界也已经形成了一套公认的直流配电网可靠性指标体系和可靠性评估方法。一般情况下，在规划架构形式时，应当充分考虑线路负荷点的平均故障率、电力电子变流器的稳定性等内容。与此同时，在规划选址的过程中，应应当考虑多换流器直流侧存在电气联系对潜在稳定性的影响。
2.故障隔离技术
直流配电网络系统的故障隔离技术是制约直流电网发展的主要问题因素之一，一般情况下，其包括故障检测和直流中断两个方面的内容，当直流配电网发生故障后，故障电流将在短时间内迅速增大，受此影响，相应的电气设备也将在过大的电流冲击下发生毁坏。而为了保证系统能够始终安全可靠运行，就必须迅速切除故障，具体的操作中，考虑到电容器充电时间长，而多端柔性直流系统的故障隔离时间通常只有几毫秒，针对该种技术状况，对继电保护系统的错误检测时间应控制在1ms左右。然而，当应用于多终端高压直流系统时，尽管成功地应用了交流和高压直流输电系统的保护原理，但无论是用电保护/电压保护还是用电/电压变化率保护，均需要在电气量或电气量变化量的幅值中修改甄别数值，此时，1ms的数据将不能保证可靠地识别用电量的大小或变化，尤其是在通信延迟需要大量的保护措施时，其实际应用必然受到限制。
鉴于上述分析，可采用直流断路器和阻断型变流器两种方法解决上述装置保护问题。具体而言，在直流配电领域，如果阻断型变流器的直流母线的馈电线大于1，在直流配电网接入点和交流系统接入点以及用户负载接入点上，其均将失去优势，此时，阻断型变流器的动作必然导致隔离将交流、直流系统或配电系统从负荷中关联起来，从而失去了声网络和负荷的方向。虽然在应用中可以通过快速恢复等手段解决该问题，但依然将对其的广泛应用形成障碍。而直流断路器技术主要是通过直流断路器来对故障进行隔离继而实现故障处理的，其主要包括固态直流断路器、机械式直流断路器和混合式直流断路器三种技术，但由于直流断路器的造价昂贵且体积较庞大，因此目前其在实际应用中还存在较多困难。此外，在利用直流断路器进行故障隔离时，人工过零技术和固态开断技术的应用可能导致其他电力电子设备产生耦合遭受影响，继而导致整个配电网络的稳定性下降。
总之，在发展直流配电网络的过程中，故障隔离技术是保证配电网络发展安全性与稳定性的关键，而目前，我国在该方面的技术还有所欠缺，亟待是跳出传统技术条框的限制、实现关键技术的突破。
三、结束语
综上所述，在直流配电网发展的过程中，网络架构的确定首先应当充分考虑应用场景、用户需求以及电压等级等多方面因素，选择多端环网架构或者中心负荷型网络架构，以此保证配电网的可靠性与经济性。从技术发展的趋势看，在未来应当将故障排除技术作为直流配电网络发展的重点内容之一。
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基金项目：
佛山供电局职工技术创新项目（030600KK52190015）
论文作者:李文亮,吴柏涛
论文发表刊物:《河南电力》2018年23期
论文发表时间:2019/7/16
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