低压直流供配电技术

低压直流供配电技术

沈小强

国网山西省电力公司长治供电公司 山西省长治市 046000

摘要：随着经济和科技水平的快速发展，电力行业发展也十分快速。交流配电系统无法做到毫秒级的切换，对大多数二级负荷用户来说，在这个切换过程中即便是备自投能够切换成功，负载装置已经跳停或设备已经停运，造成的损失是巨大的。在车间低压配电装置进行备自投还存在一定的风险，如双回线路其中一个回路突然无电，可能是该回线路存在短路故障，备自投的结果是把另一个线路也跳闸了，就扩大了停电的范围。在电网发生闪络时，这种配电系统根本没有反应。目前对交流低压双回线路备自投的研究比较少，交流低压用户即便是双回线路供电，仍然受上级进线电压闪络的影响。本文研究的是构建一种双回线路交流中压输电，双回线路低压配电的车间级配电系统，以解决诸如输电线路电压闪络等对连续供电的影响。

关键词:双回线路;直流供配电；技术

引言

近年来，随着我国现代化电力建设体系的不断发展及完善，在输配电的可靠性、安全性及稳定性方面都取得了显著成效。尤其是电力电子技术领域的飞速进步，各种电子元件在配电网中的应用，进一步降低了线损，提升了配电质量与效率，使得经济效益得到大幅提升。目前，低压直流配电技术是全世界各国电力技术研究的主要方向与趋势。

1低压直流配电存在的技术问题

1.1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。

1.2谐波与无功补偿

电力系统电压控制的主要方法就是无功功率控制，加之LVDC有较大的无功功率损耗，无功补偿技术变得尤为重要。控制无功功率方法有许多，并联电容器由于其经济简单、方便灵活已逐渐成为一种主要方式。1）谐波对并联电容器影响。谐波电流叠加在电容器基波电流上造成电容器电流有效值增加，温升升高甚至过热而降低电容器寿命。谐波电压叠加在电容器基波电压上使得电容器电压峰值增加，影响使用寿命。2）并联电容器对谐波影响。并联电容器投入系统中后，系统的谐波阻抗发生变化，既可能为感性也可能为容性。对于特定谐波，并联电容器有可能与系统发生并联谐振。

1.3电网闪络原因:

1)自然因素。雷电、大风、大雾。随着自然灾害频发和严重，近些年来，电网闪络的频度和强度也越来越大。2)设备因素。并联用户，由于各种设备运行年代参差不齐、污闪引起的线路短路，相邻双回线路故障、设备故障、大型电机起动、输入电源异常等都有可能引起供电系统闪络。由此会对邻近变配电的用户造成影响，甚至引起设备断电。同一用户的并联设备性能、运行状况不良等，也会造成紧邻配电网络的闪络。3)人为因素。对电力的不合理使用、调度，设备维护不到位，操作人员的误操作等造成的瞬时短路等问题，都会导致紧邻配电网的闪络。

2低压直流配电技术

2.1低压直流供电方案

低压直流供电同动力UPS方案相比具有更大的优势，可省去储能单元的巨大投入，降低投资成本。储能单元的故障率同整流单元相比较高，还存在一定的安全隐患，在不少应用中发生了火灾事故，因而直流供电方案提高了供电系统及其本身的可靠性。双回线路直流供电系统就可以不必配置大容量的储能设备，从根本上消除这一隐患。

2.2直流配电网更便于直流负荷接入

大多数的工业负荷是利用变频技术提升电能利用率，与此同时，大部分办公家用电器设施利用直流供电会更加简单、节约能源，很多家庭电器都使用直流供电方式，电流电压纹波非常少，同时电能损耗比交流要低50%。因此，不但要将有关设备结构进行简化，节省成本，还要防止因换流器造成对交流系统的影响。

2.3系统元件

①换流器。换流器（电压源）是由IGBT等开关器件（全控半导体）六脉或十二脉波组成电路，负责变换直流/直流（DC/DC）、直流/交流（DC/AC）及交流/直流（AC/DC）。②联接变压器。联接变压器负责从换流器接收交流功率，或是将交流功率提供给换流器，同时变换电压（交流电网侧）到符合配电需求的范围内。在低压直流配电系统中为对三相或单相变压器调分接头，通常采用Dy接法，这一接法不仅能够增强无功状态与有功状态下的输送能力，同时还能够避免交流系统受零序分量（由调制模式引起）影响。③相电抗器。相电抗器即可对短路电流与开关频率谐波量（电流与电压由换流器输出）进行抑制，同时还能够对无功和有功功率的控制产生影响。简而言之，功率输送（换流器）能力由相电抗器决定。④滤波器。电力电子元件构成的换流器，谐波会在交流侧产生，滤波器可对高次谐波（直流侧电压）、较低次特征谐波（交流侧）进行滤除，从而使总谐波畸变率满足谐波要求标准。在对开关进行高频快速动作时，可降低对周边环境、通信线路以及设备的电磁干扰。⑤直流测电容。换流站的支撑电压主要由直流侧电容提供，同时可对直流电压的波动起到抑制作用，使冲击电流（桥臂开端）得到缓冲，从而降低电压谐波在直流侧的影响。⑥直流线路。电缆或是架空线都可作为直流线路，现阶段而言，电缆输电是直流输电系统（柔性）中的主要方式。采用这一方式，可有效防止直流侧故障电流出现不可控问题，使稳定性与可靠性得到提升。地埋式直流电缆在城市配电网中的应用，不仅不会对城市市容造成不良影响，同时还能够有效增加城市电网电容。⑦接地。低压直流配电系统的回线通常采用单极搭地的方式，在大地电阻率偏高或是大地电流过大时，需安装接地极防止出现接地电压过大问题。在无法采用大地作为回线，或者地极的选择较为困难时，可采用双极两端中心点接线或者单极金属回线的方式。

结语

我国的低压直流配电技术及其应用还需要与时俱进，根据社会经济与科学技术的发展趋势，该技术方案安全有效，达到了预期的目的，符合电网运行对用户的要求。直流双回线路供电相比交流供电系统，更具有优越性。由于低压直流供电系统是首先对低压交流进行三相整流，然后并联运行，对于TN接地型式的交流变配电系统，不会在两个回路产生环流。即使均流在特殊情况下失效，由于变压器、整流模块都是按全部负载的120%负荷能够长期安全运行设计的，也不会对低压变配电系统产生不利的影响和危险，但总是希望双回线路的变配电系统能够各自分担50%的负荷运行。这样，在双回线路设备的运行状况、维护保养周期、使用寿命上都尽可能一致。

参考文献

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