配电网形式选择和直流配电网电压等级配置研究

发布时间：2020-05-21 20:00

【摘要】：随着社会经济的迅速发展,我国出现了两个明显的矛盾,即化石燃料的使用和人民对于美好生活环境要求的提高的矛盾;我国现有10kV交流配网传输容量不足、电能质量差和社会负荷密度越来越大、用电质量指标越来越高的矛盾。为了解决矛盾,高效清洁的清洁能源开始迅猛发展,因而清洁能源接入电网成为一项重大研究课题。并且随着科学技术的发展,电力电子技术的不断成熟,直流配电网的优势逐渐显露。直流配电网电能质量优异、传输容量大、可靠性高、电气性能和经济性能强、电能损耗低并且相较于交流系统系统结构较为简单,而且对于分布式电源和直流负荷可以方便地接入,因此,研究直流配电网意义重大。直流配电网的研究是一项内容十分丰富的课题,本文就其中直流配电网电压等级的配置做了研究。本文参照了国内外已有的交直流配网试验工程,研究其电压等级配置的规则,并结合电压等级制定的条件等,得出电压等级配置的方法。电压等级的配置需要考虑多方面因素,有其必须遵循的原则和约束条件,本文根据电压等级序列配置的各项原则和约束条件,给出适当的电压等级序列。对于给出的电压等级序列,构建其经济性、可靠性、适应性等多方面性能的数学模型,得出具体的电压等级性能指标,并分别进行对比研究分析。采用指标权重法和模糊专家打分法对给出的电压等级序列进行综合评价。本文还建立了两个适当的算例分别从配网形式和直流配网电压等级进行分析,得出应对我国一般规模的城镇,DC±20kV的中压直流配网方案无论在经济性、可靠性还是适应性方面都有优异的性能。因此,DC±20kV中压直流配电网可以作为未来我国直流配网建设的参考。
【图文】：

双极结构,网系统,日本,电压等级

IEEE1709 针对舰船中压直流系统提出了 1.5-3-6-12-18-24-30kV 的推荐电压等级[14]。其他国家对于直流电压等级的研究均是针对某一单一电压等级进行讨论研究，并未涉及不同电压等级序列的研究。美国最早研究了直流配电网络架构，弗吉尼亚理工大学 CPES 中心于 2010 年提出四级分层交直流混合配电系统结构，该结构将配电网络进行分层，分为子网、微网、纳网和皮网，各层之间电压等级不同，有着各自的职能。2011 年北卡罗来纳大学提出“FREEDM”结构，包含了 300V 直流及 120V 交流母线的接口，还包含了智能能量管理装置，交直流配电网通过 IEM 同时存在[15-20]。图 1.1 为日本大阪大学在 2006 年提出的双极结构的直流微网，如图 1.1 所示，由交流配网系统获得的交流电经过整流变换得到 DC±170V。荷兰能源研究中心(ECN)于 1997 年提出住房类直流供电方案，先后完成了 300V 直流供电的体育场项目和300V 直流住宅供电项目[21]。2012 年 ABB 公司对船用直流系统大量研究，采用 1kV电压等级，并设置各种直流变换器和分布式电源，容量可达 20MW，供电效率高。

双母线,清华大学,母线

也可以使用高频直流电力电子设备，前者实现电气隔离，后者变换效率更高，如图1.2 所示。因此，研究具有电气隔离作用的高频直流电力电子设备也是一项重大的研究课题。图 1.3 所示为由浙江大学所提出的辐射状、环状和两端供电的的网络拓扑结构。辐射型拓扑由于其结构简单，投资成本低，继电保护容易配合等优点成为目前最常用的网络结构，但是其供电可靠性差；环网由于其电源点多，因此有可靠性强、供电范围大的优势，但是其网络复杂不利于继电保护装置的配合；两端型网络有两个电源点，即交流电网接入点，供电可靠性强，但是和环网一样容易存在循环功率，故障识别和继电保护设备配合困难。
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM721.1

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