直流配电系统典型供用电模式研究

陈兆伟

【摘 要】近些年，随着社会户发展，我国的科学技术水平不断进步。随着充电设施、5G基站、直流家电等新型直流负荷及光伏等直流电源的快速发展，研究兼具安全、可靠、高效特性的直流配电网具有巨大的市场潜力和应用价值。提出了中压直流配电网网架结构及低压直流用电系统母线结构，分析了单极接线、双极接线的特点及其适用情况，提出了由两电平换流器、MMC换流器构成的伪、真双极直流配用电系统的接地方式。最后，以数据中心、居民楼宇等直流负荷集中区应用场景为例，从电压等级、网架结构、接线方式和接地方式等方面构建其典型供用电模式。

【关键词】直流配电;网架结构;接线方式;接地方式;典型供用电模式

1直流配电系统构架

低压直流配电系统结构：包括蓄电池组、降压单元、集中控制单元、绝缘监测单元等模块。在实际运行中，两路交流输入经交流配电单元互投后选择其中一路交流输入提供给充电模块;充电模块输出稳定的直流电源，一方面对蓄电池组补充充电和提供合闸输出，另一方面通过降压单元提供控制输出，为负载提供正常的工作电流;绝缘监测单元可在线监测直流母线和各支路的对地绝缘状况;集中监控单元可实现对交流配电单元、充电模块、直流馈电、绝缘监测单元、直流母线和蓄电池组等运行参数的采集与各单元的控制和管理，并可通过远程接口接受后台操作员的监控。系统监控单元是低压直流配电系统的核心单元，具有：系统检测单元功能，为系统提供全方位的监控;绝缘及蓄电池检测功能，通过绝缘巡检单元及蓄电池巡检单元对相关量进行检测;模块监视功能，读取高频模块电压、电流数据，控制充电电压、电流;模拟量、开关量输入输出功能。

系统控制单元集中控制器设备结构主要包括CPU单片机电路、隔离输入回路、隔离输出回路、显示器与键盘、通信回路、工作电源等部分。隔离输入回路设有16路光电隔离开关量信号输入，可任意配置，可接入直流系统的一些主要状态信号，如主开关、熔断器、交流输入电源等;设有5路带光电隔离的RS-485通信接口，充电模块、智能变送器、馈线盒、电池巡检仪、微机型绝缘监测仪具有内置CPU，完成本身的信号采样及协调控制，输出设有隔离的RS-485接口，这些模块通过串口通信接受集中监控器的监控。隔离输出回路设有8路各自独立的无源干接点信号输出，可将直流系统的一些主要故障报警信号通过隔离输出板输出;另还设有1路监控器装置故障的无源干接点信号输出。通信回路提供多种接口方式与上位机连接（综合自动化、计算机监控系统等），如标准带隔离的RS-232、RS-485、RS-422等串口。工作电源电压适应范围宽，DC80-320V。

2中低压直流配电系统网架结构

2.1中压直流网架结构

未来很长一段时间内，直流配电网和交流配电网是共存共生的关系，在局部形成交直流混合配电网。交直流混合配电网直流侧中压网架结构可分为辐射式结构、单端环式结构、双端式结构、多端式结构、多端环式结构等。辐射式结构（见图3）取自单个上级电源，通过单路或双路辐射出线。单路辐射结构不能满足“N–1”校核，适用于电动汽车充换电设施等可靠性要求一般的场所;双路辐射结构满足“N–1”校核，适用于可靠性要求较高的場所。

单端环式结构（见图4）与辐射式结构类似，取自单个上级电源并采用双路出线形成环型供电网络，该拓扑满足“N–1”校核，可靠性较辐射式结构高，该拓扑结构特别适用于分布式电源（DG）的多点分散接入。

双端式/多端式结构（见图5）取自2个及以上上级电源，采用单路或双路出线形式，单个电源故障所有负荷不失电。该拓扑满足“N–1”校核，具有很高的供电可靠性，可满足多点DG接入及高可靠供电需求。通过直流进行背靠背的交流供电系统也可采用双端式结构。

多端环式结构（见图6）是在多端式结构的基础上，将多电源点出线形成环形网络闭环运行，供电容量大、可靠性高、运行方式灵活，满足“N–1”校核，是直流配电系统发展后期的网络形态。可满足多点、大容量DG的分散接入及高可靠供电需求。

参考文献：

[1]马钊，赵志刚，孙媛媛，等.新一代低压直流供用电系统关键技术及发展展望[J].电力系统自动化，2019，43（23）：12-22.

[2]江道灼，郑欢.直流配电网研究现状与展望[J].电力系统自动化，2012，36（8）：98-104.

（作者身份证号码：431121198606155512）