直流配电网电压等级序列研究

发布时间：2021-04-10 17:05

随着城市发展及人民生活水平的不断提高,电网的负荷需求和用户的电能质量要求越来越高。与此同时,出于低碳环保的考虑,分布式清洁能源(如风力发电,光伏发电等)开始大量接入配电网;而在智能家居中,变频技术深入中低压配电系统,现有的传统交流配电网在处理这些问题上面临挑战。随着直流输配电相关技术的发展,以直流为核心的配电方式,在提高配电网运行效率、改善供电可靠性和电能质量、实现分布式电源的灵活安全接入等方面显示出自身的优势,因此直流配电网技术也可作为解决这些问题的一种尝试。与交流配电网类似,直流配电网也应是多级系统的相互配合和补充。因此,构建直流配电网的一个关键问题是制定合理的电网电压等级序列。本文首先参照国内外交直流电网电压等级的概况及发展方向,详细归纳了直流配电电压等级序列制定的基本原则及主要约束条件,包括:未来负荷需求,相关技术发展水平、输配电方式、电网结构优化、交流配电网的过渡改造。接着以负荷需求为出发点,制定了各电压等级的配电目标,采用模糊综合评估法,综合考虑约束条件,提出了一套高压、中压、低压以及超低压相互配合的直流配电网电压等级序列,并验证了其供电能力。随后,本文提出了适用于直流配电网电压等级序列经济性和可靠性分析的评价指标和方法。在经济性分析中,本文根据工程实践,合理估算各电压等级直流变压器、直流断路器等关键设备的新建投资成本及运行损耗;在可靠性分析中,本文利用部件计数法,合理估测了上述设备的可靠性参数,为多级直流配电网的可靠性分析奠定了基础。随后根据配电网设计规范,以未来城市负荷中心为算例,制定了具体的直流配电方案,简要分析了不同电压等级序列的经济性,并基于最小路法,从负荷点出发,简要比较不同电压等级序列配电方案的可靠性。本文通过研究,以实现配电功能为目标,较为系统地提出了多级直流配电网相互配合的建议的电压序列为:±320k V,±150k V,±30k V,±10k V,±?750V(±375V),400V(±200V),48V。通过具体算例分析,本文得出结论:提升中压配电等级,可有效降低运行损耗,有利于配电网运行的远期经济性,但也会一定程度上降低系统可靠性,这主要是由于直流配电网中的设备广泛采用模块化技术,高电压等级意味着模块数量的增加,而器件数量增加会给整个系统的可靠性带来不利影响;此外,与目前的交流配电网相比,直流配电网可有效减少变电站个数和出线回路,节约土地资源和线路走廊,但受到电力电子器件成本、效率以及故障率的制约,其运行经济性和可靠性尚不如交流配电网;经分析,当各级直流变压器的平均效率大于98.8%时,直流配电网将具备经济性优势,在可靠性方面,着力发展Si C等新型半导体材料,提升单个模块的耐压水平,从而减少设备中的模块数量,是增强直流配电网可靠性的有效手段。最后,由于中高压直流配电技术尚未成熟,本文从低压角度出发,以新型住宅配电为例,探讨交直流混合配电方案的可行性。通过与交流、直流配电系统的比较,本文认为以直流750V(±375V)/48V电压等级作为家用低压配电级,交流10k V作为中压配电级组成的交直流混合配电系统效率最高,且具备在目前技术水平下实现的可能性。因此配电网建设可以此为基础,随着电力电子器件的发展,渐渐向完整的直流配电网过渡发展。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM721.1

文章目录

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究概况

1.3 论文的主要内容

2 直流配电网电压等级制定的原则与约束条件

2.1 直流配电网电压等级制定的原则

2.2 直流配电网电压等级制定的约束条件

2.3 本章小结

3 直流配电网电压等级序列的制定

3.1 直流配电网各电压等级的供电目标

3.2 模糊综合评价法

3.3 直流配电网电压等级序列方案

3.4 直流配电网各电压等级的供电能力

3.5 本章小结

4 直流配电网电压等级序列的经济性与可靠性分析

4.1 直流配电网电压等级序列经济性分析

4.2 直流配电网电压等级序列可靠性分析

4.3 算例分析

4.4 本章小结

5 住宅低压交直流混合配电方案探讨

5.1 新型住宅设备分析

5.2 新型住宅交直流配电结构探讨

5.3 新型住宅低压配电方案效率分析

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录1 直流配电网经济性与可靠性分析基础数据表

附录2 攻读硕士学位期间已发表论文及申请的专利

附录3 攻读硕士学位期间参与的项目

【参考文献】