中低压直流配用电系统关键技术研究

中低压直流配用电系统关键技术研究

刘入化

中国铁塔股份有限公司巴中市分公司 636000

【摘要】本文通过对我国直流配用电技术及应用现状和我国低压直流设备与系统在通信、各种电力、微电网、轨道交通和建筑市场应用的分析，对低压直流关键技术进行电压等级、网络架构和保护技术的相关分析，目前，中低压直流配用电系统的应用越来越广泛，技术越来越先进。希望本文能够对中低压直流配用电系统关键技术未来的发展有一定的参考价值。

【关键词】直流配用电；系统；技术

1 直流配用电技术及应用现状

低压直流一般指的就是电压等级在1500V及以下的直流电力系统，它比现在最常使用的交流系统要更早的被发现，但是当时由于直流的电压变化技术和其灭弧装置的技术问题还尚未出现有效的解决方法，而且直流系统对于系统升压和输配电等方面的要求较高，但当时的技术并不能良好的满足这种要求，直流系统的使用就受到了限制。但是而后，随着时代的变迁，电子技术得到了发展，电力技术也取得了一些新的突破，直流电压变换和灭弧控制等问题也得到了解决，低压直流技术随着用电侧直流负荷所占的比例不断提高，获得了更多的应用和研究，使得低压直流获得了更多的进步和利用。而且，世界正以新能源的发电技术作为研发核心，新能源发电技术得到了很大的重视，那么，可以看出，低压直流电网相比于以往的交流电网，从开始发电到进行用电都已经不需要交直流转换了，也就是说，这个步骤的取缔，代表了用电的耗费被有效的减少了，有效的提高了电能的质量与其频率的稳定性，传导的效率更加快了，代表着电力系统的经济效益更好了，使用的价值更加的可观了。由此，未来低压直流有关的技术还有更多的技术有待突破，低压直流技术将会被更加广泛和灵活的运用。

2 我国低压直流设备与系统市场分析

2.1 总体情况

我国目前低压直流设备和系统的应用，主要使用于离网通信、微电网储能应用、直流微电网和高端建筑的直流配电中，在我国这些市场中，中低压直流的发展趋势是很可观的。

2.2 通信行业

通信行业对于中低压直流供电利用是国内最纯熟的了，供电技术在在国内的高端数据中心应用的技术中，低压直流系统处于主要的地位，使得负责构建数据中心整体方案的提供者形成、发展和壮大。目前国内的数据中心市场扩张的速度也愈来愈快，低压直流供电系统在我国著名的互联网公司被广泛应用，在高端的数据中心领域也有了一席之地。如今，云数据，大数据分析等领域活跃的发展，使得低压直流供电技术的的需求也不断增加，低压直流的配电系统正在占据交流交流供电系统在机房的应用，低压直流在数据中心的投资也越来越火热，它的研究将会取得更多的发展。

2.3 电力行业

在电力行业中，电网用户端的系统主要使用低压直流技术在配电设备和用电设备中。低压直流技术在电力行业的配电设备中，产生了新能源方面和储能方面的需求，直流技术一直都应用的比交流技术多，由于新能源的热度，低压直流配电设备和系统将会应用的更加广泛，电力行业将会越来越蓬勃。更多的新型低压直流配电设备出现在人们的视野当中，证明电力行业的电子变换功率得到了有效的提升，控制器件的能力也得到了提高，市场高速的在进行更迭变换。低压直流技术在直流照明灯中快速得到广泛的使用，高额的占据了整个灯具市场，可见低压直流技术的效应有多么的良好。其次，家用电器中的变频技术也成为了市场上的主流，低压直流的技术应用的更加的广泛。而后，在工业用电设备中，不论是传统的直流电力机器，还是直流特种设备都在得到更多地使用，表现效果也很稳定，在各种直流设备出现和认可后，低压直流系统的需求更为可观，低压直流的发展也会越来越好。

2.4 微电网和分布式电源行业

微电网和分布式电源行业十分具有潜力，尤其是随着国家政策的严格和补贴的控制，微电网和分布式电源在较长时间内以示范工程为主，光伏扶贫的工程也在持续的进行中，规模巨大，按照该行业的规模来看，低压直流技术相关的占比的比例也不容小觑，发展之速十分可人。

2.5 交通运输行业

在交通运输中，轨道交通的规模和需求程度也十分强大，目前我国大规模的采用了1500V及以下低压直流方案，已经在全国大多数城市进行了统一普及，所获投资额巨大，其中低压直流配电设备占有一定的份额。在电动汽车充电桩中，直流充电桩也正在获得普及应用，在这个领域中收益也相当的可观。

2.6 建筑行业

国内的建筑行业因为220V的交流电源负荷很难迅速取得替换，所以在相关低压直流电源的应用上进展比较缓慢。目前所利用的各种低压直流供电系统都是存在于绿色照明产品和其他类型的直流供电负载和绿色建筑新能源的实际体现中，目前，建筑行业也正在将直流供电紧紧地应用到绿色建筑中的各种基础设施和装置中，一旦直流供电技术在我国得到了突破和发展。

3 低压直流关键技术分析

3.1 低压直流电压等级

低压直流技术决定了低压直流电压能否受到广泛地推介和使用，电压等级与低压直流的标准化有着紧密的联系，如果没有电压等级的相关标准，就会导致低压直流应用困难的问题。低压直流技术研究的重点就是，低压直流关键技术和规范下的电压等级能否达到更好的适配度。还有一点就是，电压等级范围是否能保证低压直流系统的正常使用，因为在不同的电压下，用电就会发生不一样的情况，如何确定直流保险电压范围是很重要的问题。

3.2 低压直流网络架构

目前，低压直流网络架构受到了国内各方面的研究，构建了几种低压直流方式，第一种是以直流电源为主，通过AC/DC转换、分布式电源与储能系统建立直流母线电压，负载采用DC/DC和DC/AC的集中式供电方式。在分布式电源和储能系统中的直流母线电压，在负载上主要运用的是DC/DC和DC/AC集中式的供电。第二种类型主要是以直流输入电源为主,供电的方式与第一种类型的供电方式相同,在输入负载侧可以配置多套不同的输入容量和两个输出电压两个频率的DC/DC与DC/AC变换器,满足各种分布式输入负载的网络结构布局或两个输出电压两个频率等级的装置。第三种是该系统同时装配了直流母线和交流母线,实现了一种交直流混合式供电。

3.3 低压直流保护技术

低压直流系统的电流保护技术与交流的系统具有很大差别，传统的交流残留电流保护装置没有什么办法可以直接被运用到直流系统中去，传统的低压交流电压继续保护元件的灭弧装置也不可能使直流系统消除电弧。在灭弧技术方面，交流式低压继电器元件的产品主要朝着应用多断点技术的方向发展，进行了优化和设计，使得该产品的元件具备了较大的可靠性和极限分断功能，在继电器保护技术的研究中，加强了对新型低压直流继电器的相关技术研究，根据直流继电器系统和交流继电器系统的特点，来对继电器进行了相关的技术探索。

3.4 配用电系统优化运行控制技术

直流配用电系统具备多电压等级的特点，且多个低压微电网、大型光伏电站、可控负荷有可能共存于同一电压等级，系统将呈现出多层级的控制架构，与系统内各电力电子设备ms级的敏捷控制相钳制。开展扁平化和易扩展的分层分散控制、多换流器自适应无扰并网控制、供需侧灵活交互控制等研究将是未来提升直流配用电系统性能、大规模分布式电源和广义直流负荷集成能力的重要手段。

3.5 直流配用电系统保护技术

直流配用电系

统多运行模式下故障机理复杂、且对故障特征提取的速度和精度要求较高。除了研制高性能、实用化直流断路器、限流器等关键设备外，开展快速故障检测和网络化多点通信、一二次设备融合、系统级与设备级协同保护优化方案等研究是未来改善直流配用电系统可靠性的关键技术。

参考文献

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