低压直流配电系统结构分析

付永林

（广东汇盈电力工程有限公司528300）

摘要：文章首先对低压直流配电技术的发展历程做了概述，之后对低压直流配电系统的分类、元件组成、特点、换流器理论及存在的问题进行了分析。与交流配电技术相比，低压直流配电技术在电能输送能力、线路损耗和输电质量等方面具有优势，但是其本身仍然存在诸多不

关键词：低压直流；配电技术；电力系统；电力电子技术

1.概述

近年来，人们对电力系统的要求越来越高，电力电子技术的发展相对成熟，更多先进的、满足人们不同需求的电力技术被应用到电力系统中。比如，相对高压直流配电技术的广泛运用，低压直流配电（简称LVDC）也逐渐得到了国内外学者的关注和电力系统中的运用。虽然早期配电系统中的直流配电技术存在电压过低、容量小和输送距离短等不足，并且一度被交流技术所取代，但是随着电力系统不断完善和改进，直流配电技术在元器件上的改进，如降低换流器的造价成本和耐压值、提高电流输送量等，使本技术重新得到了广大的关注。

从早期的研发到后期的改进，重新得到重视，可以看出低压直流配电技术一直是人们研究的热点，比如LDVC技术分析和问题研究等。研究的重点主要是围绕如何提高电力系统的传输能力和如何最大程度降低传输过程中造成的损耗等。相对交流电来说，后期得到广泛应用的直流配电拥有的优势包括：（1）直流电流不受输电线路电感的影响，从而提高电能输送；（2）直流配电电压要比交流电配电电压高，从而延长了电能的输送距离，保证了电能的输送质量。特别是在具有分布式发电装置(如太阳能电池、风力发电、燃料电池)的低压系统中，低压直流供电系统在降低系统电能损耗、增强供电连续性和可靠性、提高电能质量方面，与交流系统相比，具有优越性，并且系统结构得以简化。

2.当前低压直流配电技术运用中存在的问题

2.1谐波

由于低压直流配电技术需采用大量的电力电子元件，这导致了谐波问题。谐波不仅会使电缆、变压器等设备容量降低，同时还会使设备老化速度的加快，降低设备使用年限，甚至直接损坏。谐波极大地影响了低压直流配电技术应用的可靠性与安全性。此外，谐波还会造成电能浪费，增加不必要的经济损失。因而谐波必须被充分滤除。目前而言，滤除谐波的方式主要有谐波源改造，如将整流装置的相数提高；以及设置滤波器，即补偿法。目前较为常用的方式是设置滤波器，既能够在一定程度缓解无功补偿设备的压力，又能够节省成本。

基于电阻元件的直流分压器结构，分压器高压端输入电压为：

其中RX为高压臂电阻；R1、R2为低压臂等效电阻；U1、U2为分压器低压端输出电压。

2.2无功补偿

低压直流配电系统无功功率损耗较大，且需通过控制无功功率实现对系统电压的控制，因而无功补偿技术至关重要。目前，在低压直流配电系统中，由于经济性高、操作灵活、维护简单等优势，通常是采用并联电容器控制无功功率。但是并联电容器与谐波会互相影响。

电容器上基波电流被叠加谐波电流后，会增加电容器有效电流值，造成电容器温度过高，缩短其正常使用年限。同理，电容器基波电压上被叠加谐波电压，会增加电压峰值，影响正常使用。

低压直流配电系统中使用并联电容器后，会使谐波阻抗既可能为容性也可能为感性。对于特定的谐波而言，可能会引起系统与电容器的并联谐振。

对供配电系统进行无功补偿可以提高系统的功率因数和供电质量，实现电网的经济运行和用户的节能降耗。

具体来讲，平衡的三相电力系统的功率，可用公式表示如下：

在负荷功率和电压近似不变的情况下

电流而功率损耗

所以在电源输出同样有功功率的情况下，功率因数越低，电流越大，功率损耗越大。通过定量计算，可以发现当功率因数从0.5提高到0.9，功率损耗下降近70%，可见改善功率因数具有十分明显的节能降耗效果。另外，由于—视在功率

当视在功率不变时，即功率因数越高，一定电源提供的有功功率越大，电源设备的利用率越高.如功率因数提高0.2,一定电源提供的有功功率提高20%，所以供电部门对电力用户的功率因数作出了具体规定，凡功率因数不合格的就要征收罚款，直至停止供电。

电网中无功补偿设备的合理配置，与电网的供电电压质量关系十分密切，合理安装补偿设备可以改善电压质量。

另外，用电系统中存在着引起高次谐波电流的因素，如变频、整流设备，电弧炼钢等。高次谐波电流严重侵害供电系统，有时用电设备都不能正常工作，必须采用有效措施，如采用动态同步补偿器以吸收无功功率的剧烈波动，从而改善电压的波形。

3.直流配电系统的具体设计构想

3.1直流配电系统的结构改良与设计

因为电能配送方式的不同，导致传统交流配电系统和直流配电系统存在着很大的差别，随着科学技术的发展，直流配电系统在发展的过程中，其关键在于建立科学合理的网络结构。直流配电系统的结构层次属于多级配电网相互合作的网络结构，而其接线方式主要有网状、环状与辐射状等，直流配电系统的结构设计存在着差异，其控制难易程度与成本也存在着一定的差别。其具体要求应该依照实际的资金状况与应用场合进行决定。

对于一些已经构建交流配电系统的区域而言，拆除交流配电网而构建直流配电网的意义还需要进一步进行研究。从理论上而言，先混合应用既有交流网与后来增加的直流网，再逐渐地通过直流配电网来取代交流网的方案比较实际，在对直流配电系统的结构进行改良与设计的过程中，合理地对直流变电站进行布局是至关重要的。

3.2直流配电系统的设备开关技术

在电力系统中，其设备开关是对故障线路与故障区域进行分隔，避免故障牵涉其他正常区域运行的一种关键设备。同直流电流进行对比，其中开关设备的分断较为容易，但是却比交流开关设备麻烦很多。现阶段，在直流配电系统的中低区域已经研发出了可以断开很大容量的直流断路器，但是却具备着较高的成本，由此导致直流开关设的一个标志,其能够对智能化系统分析水平的高低进行有效判断。而在电气系统中,电气工程的设计过程非常复杂,这对于人工的操作有着很大的难度,从而就会导致在进行人工操作的过程中,很容易出现一些问题,例如:一些工作人员为了能够提高工作的效率,而使设计的过程进行一定的简化,从而导致设计的质量受到一定影响,最终影响工作的进度,严重的话,还会造成一定的损失,这种行为是十分不可取的。而智能化技术的应用,就使设计的难度降低了很多。我们都知道,智能化系统本身就具有很高的智能性,也具有很强的操作性,而在进行实际操作的过程中,也不需要掌握十分精准的操作技术,只需要按照相关的操作步骤,对其进行一定的操控。但是从目前的现状来看,仍然需要进行一定的改进,以提高工作的质量。并且在其中,还有一个非常重要的点,就是需要对相应的技术人员进行一定的培训,以进一步加强其专业性。现在智能化技术已经得到了更加充分的应用,而在当前互联网的时代下,智能化技术也一定会进行更进一步的发展,最终还可能达到无线终端进行整体化操控的现象,最终达到无人化全智能全自动化操控的目的。

结论

综上所述，智能化技术是电气工程自动化过程中所必须要建立的环节，是电力工程企业生产经营过程中最为关键的部分，直接关系到电气工程自动化水平与效率。深入研究智能化技术在电气工程自动化控制中的应用有着重要的现实意义。为此，深入研究现阶段我国电气工程自动化中智能化技术的应用，探讨电气工程自动化中智能化技术方向好趋势，提升电气工程自动化中智能化技术水平，是今后电气工程企业在智能化技术研究方面的重大课题。

参考文献

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