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未来配电网的形态将是多个电压等级构成多层次环网状、交直流混联、具备统一规范的互联接口、基于复杂网络理论灵活自组网的架构模式。直流配电网是未来能源互联网的基本支撑环节,以柔性直流技术为代表的中压配用电网也会是未来的发展趋势。近年,直流配用电网络的科研研究及项目试点在国内与我们渐行渐近,为此,智见能源推出《直流配电网会大规模应用于电网吗?》的系列专辑,本期的主题为《直流配电网拓扑结构》。
(来源:微信公众号智见能源ID:SmartEnergyView作者:SmartView)
直流配电网拓扑结构
直流配电网的基本拓扑结构如下图所示,主要可分为环状结构、放射状结构与两端配电结构。一般而言,放射状结构的供电可靠性低,但该结构的故障识别和保护控制措施较为容易;环状结构及两端配电结构的可靠性高,但故障识别及保护控制相对困难。因此,在投资、供电可靠性及供电范围等工程需求不同的情况下,可以采用不同的拓扑结构进行直流配电系统的设计与建设。
图1环状直流配电网结构示意
图2放射状直流配电网结构示意
图3两端配电直流配电网结构示意
如上图,直流配电网的电源与负载主要包括交流输电网、清洁能源、储能设备、交直流工业负载等。根据自身供(用)电要求,各类电源与负载都通过不同类型的适配器接入直流配电网。各类电源产生的电能,首先经VSC或DC/DC换流器转换成某一电压等级确定的直流电后,再通过直流线路将电能输送到各负载端,而后再经VSC或DC/DC换流器将电能反变换为满足负载要求的交直流电。VSC换流器与DC/DC换流器(直流变压器)均具有支持能量双向流动的功能,当直流配电系统负荷大于发电设备产生的电能时,系统通过VSC换流器从大电网吸收能量供负载使用;当直流配电系统负荷小于发电量时,系统亦可经VSC换流器向大电网回送能量。双向DC/DC换流器支持储能设备的快速充放电、清洁能源电厂的启动与正常运行,以及与低压直流配电网的连接和能量交换。
与多端直流输电相比,直流配电技术还需关注直流入户的实现,即部分电能需输送至低压直流配电网。低压直流配网的拓扑结构见下图4。此过程涉及直流配网的多级配电,及其电能质量、供电可靠性提高等问题。因此,与多端直流输电技术相比,直流配电网的系统结构与工程实现相对要复杂得多。
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