DQZHAN技術(shù)訊：張祖平：國內(nèi)外直流配電技術(shù)研究的現(xiàn)狀及優(yōu)勢(shì)

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，無論配電系統(tǒng)本身，還是*終的電力用戶都越來越普遍采用直流配電或用電設(shè)備。直流配電技術(shù)能不能作為未來電網(wǎng)的一種形態(tài)值得深入研究。

采用直流配電的驅(qū)動(dòng)力

在電源側(cè)，分布式電源主要為光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、燃料電池及微型燃?xì)廨啓C(jī)，這些電源發(fā)出的電力均為直流電或經(jīng)簡單整流變?yōu)橹绷麟?，如果這些直流電直接并入直流配電網(wǎng)，則省去了大量的換流環(huán)節(jié)，從而也降低了功耗。

在用電側(cè)，直流配電技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在用電負(fù)荷，包括辦公用電、商業(yè)用電、居民用電方面。

如：辦公用電(計(jì)算機(jī)和辦公設(shè)備)、商業(yè)用電(直流變頻空調(diào)、電動(dòng)汽車充電)、居民用電(采用直流變頻技術(shù)的空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī))中的很多設(shè)備越來越多采用直流電。

此外，大規(guī)?；ヂ?lián)網(wǎng)服務(wù)器機(jī)房的集中供電、移動(dòng)通訊公司的服務(wù)器機(jī)房、發(fā)電廠控制機(jī)房、變電站控制機(jī)房 、電網(wǎng)調(diào)度控制機(jī)房都采用直流供電方式。

對(duì)于用戶，雖然直流配電在很多場(chǎng)合優(yōu)勢(shì)明顯，但從公共網(wǎng)來說，還沒有大規(guī)模、商業(yè)化的直流公共配電網(wǎng)。

從負(fù)荷發(fā)展趨勢(shì)看，新的能源、新的電力電子技術(shù)、新的負(fù)荷將驅(qū)動(dòng)未來配電網(wǎng)走向不斷**的發(fā)展模式，也將會(huì)驅(qū)動(dòng)直流配電網(wǎng)的發(fā)展，但能不能形成規(guī)?；蚴裁磿r(shí)候能實(shí)現(xiàn)?卻不是一朝一夕能夠?qū)崿F(xiàn)的。

直流配電技術(shù)要想在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，可能還要有很長的路要走。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)以及充分利用原有交流配電系統(tǒng)存量資產(chǎn)的角度出發(fā)，交直流混合配電更有可能成為可行的過渡技術(shù)模式。

國內(nèi)外直流配電技術(shù)研究的現(xiàn)狀

在輸電領(lǐng)域，直流模式傳輸電力早已是成熟技術(shù)，如遠(yuǎn)距離大容量的直流輸電技術(shù)。

在配電領(lǐng)域，直流技術(shù)推廣面臨挑戰(zhàn)，主要的技術(shù)瓶頸有：早期換流器功耗較大，且價(jià)格昂貴，在一定程度上延緩了直流配電技術(shù)的推廣應(yīng)用。

隨著技術(shù)進(jìn)步，新型半導(dǎo)體材料的進(jìn)步促進(jìn)了直流配電技術(shù)和直流家電產(chǎn)品的發(fā)展，使得直流配電技術(shù)的應(yīng)用也開始提到議程。

歐洲

荷蘭能源研究中心(ECN)：于1997年系統(tǒng)地提出在住宅中采用直流配電技術(shù)的實(shí)施方案，國際能源機(jī)構(gòu)(IEA)對(duì)此予以肯定。

德國亞琛大學(xué)：提出了“City ofTomorrow”城市供電方案：用中壓直流環(huán)網(wǎng)作為城市配電系統(tǒng)的骨干網(wǎng)，環(huán)網(wǎng)通過大功率AC/DC和DC/DC從傳統(tǒng)的交流輸電網(wǎng)和直流輸電網(wǎng)獲取電能。

瑞典蘭德大學(xué)：研究了直流配電系統(tǒng)的電壓控制和功率分配，研究的對(duì)象為五端環(huán)形電網(wǎng)，探討了直流配電網(wǎng)的特征。

芬蘭拉普蘭塔大學(xué)：對(duì)低壓直流系統(tǒng)和低壓交流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與經(jīng)濟(jì)投資進(jìn)行了對(duì)比和研究;低壓直流配網(wǎng)單相用戶末端逆變器的控制模式;直流配電系統(tǒng)的故障測(cè)量、保護(hù)原理及保護(hù)措施。

歐洲已經(jīng)出現(xiàn)了采用直流300V供電的體育場(chǎng)試驗(yàn)項(xiàng)目、采用直流350V住宅供電試驗(yàn)項(xiàng)目以及其它一系列直流供電技術(shù)驗(yàn)證項(xiàng)目。

美國

美國電力研究會(huì)(RI)：對(duì)民用建筑實(shí)施直流配電技術(shù)給予高度關(guān)注。

日本

側(cè)重于直流微電網(wǎng)的研究。在2008年提出了適用于居民住宅帶熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的的低壓雙極型直流微網(wǎng)，對(duì)其基礎(chǔ)特性進(jìn)行了研究。

日本政府有關(guān)部門以及日本新能源與產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)等組織了多家日本企業(yè)和大學(xué)，開展住宅直流配電技術(shù)的研發(fā)工作。多家日本大型家電企業(yè)和建筑企業(yè)推出了部分采用直流配電技術(shù)的節(jié)能住宅示范項(xiàng)目。

韓國

對(duì)低壓直流微網(wǎng)配電進(jìn)行了研究。開發(fā)了一套能量管理控制系統(tǒng)，并用PSCAD仿真，驗(yàn)證了控制策略的正確性。

中國臺(tái)灣

我國臺(tái)灣地區(qū)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)啟動(dòng)了名為 “智慧型直流電力屋”開發(fā)計(jì)劃，采用直流360V作為額定電壓。

國內(nèi)應(yīng)用情況

在國內(nèi)電力系統(tǒng)中，直流配電技術(shù)主要應(yīng)用于大型發(fā)電廠升壓變電站、 大電網(wǎng)高壓變電站一次設(shè)備的操作，以及二次設(shè)備及通信設(shè)備的保安電源。有很多電力大用戶已經(jīng)采用直流配電技術(shù)，如電信部門等大型企業(yè)的通信機(jī)房供電系統(tǒng)、船舶供電系統(tǒng)和城軌鐵路交通供電系統(tǒng)、適用于居民住宅帶熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的的低壓雙極型直流微網(wǎng)(2008 )。

國內(nèi)直流配電技術(shù)的研究主要集中在科研院所與高等院校，中國電力科學(xué)研究院、浙江大學(xué)、清華大學(xué)、華北電力大學(xué)、華中科技大學(xué)、北京交通大學(xué)等從直流配電技術(shù)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)、直流配電系統(tǒng)調(diào)度與運(yùn)行、直流配電的控制與保護(hù)、直流配電關(guān)鍵設(shè)備研制、直流配電系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)與能效分析等方面，都開展了廣泛的研究工作。

中國電力科學(xué)研究院承擔(dān)的國家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目《直流配電方式的可行性研究》，就公共中低壓配電網(wǎng)中采用直流配電技術(shù)的可行性開展了相關(guān)研究，為今后直流配電技術(shù)在國家電網(wǎng)公司公共配電網(wǎng)中的試點(diǎn)應(yīng)用提供了一定的理論與技術(shù)儲(chǔ)備。

直流配電的主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)

優(yōu)勢(shì)一：節(jié)省線路走廊，成本低，更易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)容。

優(yōu)勢(shì)二：傳輸效率高，線路損耗小。

優(yōu)勢(shì)三： 提高系統(tǒng)電能質(zhì)量。

優(yōu)勢(shì)四：更易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功率分配。

優(yōu)勢(shì)五：有助于可再生能源和儲(chǔ)能設(shè)備靈活、方便地接入。

直流配電線路的損耗低，傳輸效率高，節(jié)省線路走廊;相比于傳統(tǒng)交流配電系統(tǒng)，直流配電系統(tǒng)更容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)容和故障隔離;直流配電系統(tǒng)理論上不需輸送無功功率，原則上也不需進(jìn)行無功補(bǔ)償，可減少相應(yīng)的設(shè)備投資。

直流配電系統(tǒng)便于可再生能源和儲(chǔ)能設(shè)備靈活、方便地接入;直流配電技術(shù)與儲(chǔ)能相結(jié)合可提高供電可靠性與電能質(zhì)量。

目前，國內(nèi)外對(duì)于直流配電網(wǎng)的研究仍處于起步階段，直流配電技術(shù)從規(guī)劃設(shè)計(jì)、調(diào)度運(yùn)行、控制與保護(hù)、關(guān)鍵設(shè)備、經(jīng)濟(jì)分析等方面還有大量問題需求研究，另外，公共直流配電網(wǎng)的商業(yè)化實(shí)踐幾乎還是空白，許多關(guān)于直流配電技術(shù)的研究成果并沒有得到實(shí)踐的檢驗(yàn)，還需要不斷完善，借鑒國外經(jīng)驗(yàn)開展相關(guān)試驗(yàn)項(xiàng)目，探索適合我國國情的直流配電適用技術(shù)及運(yùn)行模式。