直流供電在低壓配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

直流供電在低壓配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

0低壓直流管理信息系統(tǒng)的研究19世紀(jì)末，通信系統(tǒng)取代了直隸系統(tǒng)，易于教學(xué)電壓變換。這是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的主流。但近年來,電源和負(fù)載的組成都有了明顯的變化。從負(fù)載來看,隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,大量低壓用電設(shè)備都經(jīng)過整流裝置將交流電變換成直流電供給負(fù)載使用,如電腦、液晶電視、電子鎮(zhèn)流器熒光燈、打印機等辦公設(shè)備、變頻調(diào)速空調(diào)、洗衣機、冰箱等家電,這種電能變換方式導(dǎo)致大量諧波電流注入系統(tǒng),嚴(yán)重影響電能質(zhì)量。為此,許多負(fù)載不得不配備功率因數(shù)補償電路(powerfactorcorrection,PFC),增加設(shè)備額外投入。同時,一些綠色分布式能源,如太陽能電池和燃料電池等,直接提供直流電,為與交流系統(tǒng)并網(wǎng),必須進行DC/AC變換。即便如此,有時也很難滿足交流電網(wǎng)苛刻的并網(wǎng)條件。其他綠色能源如燃?xì)鉁u輪發(fā)電機、小型水電和風(fēng)電產(chǎn)生頻率各異的交流電,需要對其進行整流再逆變,滿足并網(wǎng)條件后方可并入交流系統(tǒng)。這不僅增加技術(shù)難度,還因增加諸多交直流變換環(huán)節(jié)而增加投資,也給系統(tǒng)可靠性造成影響。鑒于此,學(xué)者們提出重新審視和研究低壓直流供電系統(tǒng)在常規(guī)供電領(lǐng)域使用的可行性。直流供電在有分布式電源接入和大量開關(guān)電源類負(fù)載的供電系統(tǒng)中顯現(xiàn)出諸多優(yōu)勢:事實上,直流供電方式已經(jīng)在通信系統(tǒng)、電動汽車和混合動力汽車、船用供電系統(tǒng)、列車牽引系統(tǒng)和高壓直流輸電系統(tǒng)中得到成功應(yīng)用,在充分研究和解決低壓直流系統(tǒng)在常規(guī)領(lǐng)域應(yīng)用中的問題后,LVDC系統(tǒng)在更大范圍取代交流系統(tǒng)是可望實現(xiàn)的。國際電工委員會(IEC)也已將建立低壓直流供電系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的工作提上議事日程。目前學(xué)者們的研究已經(jīng)廣泛涉及到低壓直流系統(tǒng)結(jié)構(gòu),負(fù)荷模型建立,LVDC系統(tǒng)電能質(zhì)量和可靠性分析,故障和暫態(tài)過程分析、系統(tǒng)保護和控制以及LVDC節(jié)能效益分析等方面[1,2,3,4,5,6,7,8,9,14,15,16,17,18,19,20,21]。低壓直流供電系統(tǒng)應(yīng)用前景較大,很有研究價值,論文將針對上述幾方面研究成果和存在的問題進行綜述,并與現(xiàn)行低壓交流(lowvoltagealternatingcurrent,LVAC)系統(tǒng)進行分析比較,為后續(xù)的研究和應(yīng)用提供了參考。1采用高效低通的布置于變電站的分布式電源為保證供電可靠性和充分利用綠色能源,分布式發(fā)電和儲能系統(tǒng)必將大量接入低壓供電系統(tǒng),具有分布式發(fā)電機和電能存儲系統(tǒng)的LVDC系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)滿足以下要求:1)在接入電網(wǎng)和孤島狀態(tài)下都能穩(wěn)定運行;2)保證良好的電壓質(zhì)量和供電連續(xù)性;3)具有良好的可擴展性,以便在增加新的負(fù)載和電源時,不必改動總體控制策略;4)電氣安全滿足現(xiàn)行規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求。合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和保護控制方式是滿足上述要求的前提。對此,文獻提出了LVDC系統(tǒng)結(jié)構(gòu),如圖1所示。系統(tǒng)由變壓器提供低壓交流電源,AC/DC裝置由兩個電壓源型整流器(voltagesourcerectifier,VSR)并聯(lián)構(gòu)成,其中一個為備用,以提高系統(tǒng)可靠性,并方便系統(tǒng)在孤島模式下工作。這兩個VSR均配備絕緣柵雙極型晶體管(insulatedgatebipolartransistor,IGBT)并采用脈寬調(diào)制控制,對直流電網(wǎng)電壓進行調(diào)整并維持在需要的電壓水平,同時降低諧波向交流系統(tǒng)的注入。分布式電源在變電站集中接入。其中分布式交流發(fā)電設(shè)備(微型水力發(fā)電機、風(fēng)力發(fā)電機等)通過采用直接電流控制的VSR實現(xiàn)與直流系統(tǒng)的接入,該方式與壓控方式相比有控制穩(wěn)定性好和易于實現(xiàn)等優(yōu)勢。電能儲存裝置通過雙向斬波器接入,以保證用戶在短時停電時的供電連續(xù)性。柴油發(fā)電機組用于電網(wǎng)較長時間停電時保證直流系統(tǒng)的供電連續(xù)性,通過高可靠性的二極管整流橋接入,可防止直流系統(tǒng)孤島運行時,直流側(cè)功率倒送柴油發(fā)電機。直流發(fā)電設(shè)備(如太陽能電池等)則通過升壓變換器接入,雙向變換器使得在直流網(wǎng)絡(luò)輕載時,分布式發(fā)電設(shè)備的多余能量可回饋交流電網(wǎng)。LVDC系統(tǒng)孤島運行時,由分布式發(fā)電設(shè)備和柴油發(fā)電機組對直流網(wǎng)絡(luò)提供電能。圖1所示LVDC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對于商業(yè)和公共建筑用戶是可行的。對于住宅建筑,由于每戶住宅需要不同電壓等級或同時需要DC和AC電源,且考慮計量問題,LVDC系統(tǒng)可變?yōu)閳D2所示結(jié)構(gòu)。區(qū)別是:分布式電源仍然在變電站集中接入,但DC/DC和DC/AC變換器分布在各個住宅內(nèi)部以滿足不同用電設(shè)備對電壓性質(zhì)和電壓等級的要求。有學(xué)者提出進一步將DC系統(tǒng)擴展到中壓的方案,如圖3所示。在中壓側(cè)使用AC/DC變換器將交流變換成中壓直流系統(tǒng)后再通過高功率DC/DC變換器將電壓變換到適當(dāng)?shù)碾妷旱燃壒┯脩羰褂?以替代交流系統(tǒng)中的變壓器。此時傳輸同樣的有功功率所需電流較小,電纜損耗降低;而電纜電壓降只有電阻產(chǎn)生,因此電纜利用率更高。將DC系統(tǒng)延伸至中壓的優(yōu)勢在于:更大范圍提高電纜及設(shè)備使用效率;采用先進變換器控制技術(shù),可有效阻止來自于輸配電系統(tǒng)的電壓擾動,隔離電網(wǎng)不利影響。LVDC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可根據(jù)用戶規(guī)模、負(fù)荷特性、分布式電源特性以及用戶的可靠性要求,進行綜合評估后,選擇其中一種方式或如圖4所示的交直流混合供電方式。2表1系統(tǒng)的負(fù)荷適應(yīng)性和負(fù)荷模型2.1負(fù)載的分類及性能現(xiàn)有負(fù)載都是為交流系統(tǒng)設(shè)計,其在LVDC系統(tǒng)中的兼容性以及對LVDC系統(tǒng)的電壓要求,是決定LVDC系統(tǒng)能否在不影響用戶使用的前提下,順利替代LVAC系統(tǒng)的關(guān)鍵。另外,與LVAC系統(tǒng)相似,要使LVDC系統(tǒng)得以廣泛應(yīng)用,并滿足可靠性、經(jīng)濟性、安全性的要求,必須對負(fù)荷特性及其暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)有充分認(rèn)識和了解,建立負(fù)荷計算方法和負(fù)荷模型。文獻研究了目前為交流供電系統(tǒng)設(shè)計的負(fù)載在直流系統(tǒng)中的兼容問題,即現(xiàn)有負(fù)載在LVDC系統(tǒng)中能否良好工作。研究中使用了多種直流電壓等級,并要求負(fù)載在電壓出現(xiàn)uf0b110%偏差時也能正常工作。負(fù)載按如下方式進行分類:實驗結(jié)果表明:大多數(shù)負(fù)載可以在直流條件下正常使用,并可適應(yīng)較寬范圍的直流電壓水平。由于不能在直流電壓下直接使用的低壓民用負(fù)載并不多,因此LVAC系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為LVDC系統(tǒng)時只需對少量的負(fù)載加裝DC/AC變換裝置即可。2.2負(fù)載管理系統(tǒng)的狀態(tài)和臨時模型2.2.1不同用電設(shè)備穩(wěn)態(tài)模型文獻針對數(shù)十種常見負(fù)載進行了負(fù)載穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)模型的研究。根據(jù)IEEESta.399,負(fù)載可用CR、CC、CP或其混合模型描述,功率P與電壓U的關(guān)系為式中:ACR、ACC、ACP分別是恒電阻模型(constantresistance,CR)、恒功率模型(constantpower,CP)和恒電流源模型(constantcurrent,CC)系數(shù)。通過對60多種不同功率和用途用電設(shè)備進行測試,各種用電設(shè)備穩(wěn)態(tài)模型可以歸納如表1所示。多數(shù)情況下,都需要實測數(shù)據(jù)來決定負(fù)載模型。2.2.2負(fù)載暫態(tài)行為試驗使用短暫電壓跳變模擬短路時的電壓暫態(tài),將其施加于負(fù)載上研究負(fù)載的暫態(tài)行為。電壓初始值為1.0pu,每個負(fù)載測試4種不同的電壓跳變幅度:-0.12、-0.24、-0.38和-0.53pu。1電壓突變時電阻與電流成比例的變化對發(fā)熱負(fù)載進行測試的結(jié)果顯示,電壓突變引起同樣快速的電流突變,與突變電壓幅度無關(guān),可用U(28)R0I表述。白熾燈測試結(jié)果如圖5所示,當(dāng)電壓快速突變時,電阻不突變且與電流成比例變化。當(dāng)電流下降時,電阻也下降,然后電流開始增加。2電瞬態(tài)響應(yīng)和慢速的機械瞬態(tài)響應(yīng)傳統(tǒng)電機的瞬態(tài)響應(yīng)由兩部分組成:快速的電瞬態(tài)響應(yīng)和慢速的機械瞬態(tài)響應(yīng)(持續(xù)時間約為電瞬態(tài)響應(yīng)的100倍)。目前尚無合適的數(shù)學(xué)模型可以同時描述上述兩種瞬態(tài)響應(yīng)。3電源及電源暫態(tài)模型開關(guān)電源式負(fù)載暫態(tài)測試結(jié)果如圖6所示,當(dāng)電源電壓突變時,負(fù)載電流下降到零,之后電流重新上升達到新的穩(wěn)定值,因此開關(guān)電源的暫態(tài)模型可用圖7表示,包括二極管整流橋,RCL元件組成的濾波器和穩(wěn)態(tài)負(fù)荷特性,RCL參數(shù)可由測量得到。節(jié)能燈的暫態(tài)測試結(jié)果表明,當(dāng)電源電壓減小時,負(fù)載電流瞬間變?yōu)榱愕芸旎謴?fù)到先前的值,如圖8所示。高頻電子鎮(zhèn)流器的瞬態(tài)響應(yīng)非常復(fù)雜,其響應(yīng)過程因控制電路的不同而不同,因此尚無合適的模型可以描述。3lvd系統(tǒng)的能源性和可靠性3.1對電能質(zhì)量和可靠性的要求不同電能質(zhì)量和供電可靠性是低壓系統(tǒng)用戶最為關(guān)注的問題。敏感的電子類負(fù)載對電能質(zhì)量要求很高;應(yīng)急負(fù)載對可靠性(供電連續(xù)性)要求很高;而數(shù)據(jù)類負(fù)載則對電能質(zhì)量和可靠性要求都很高。商業(yè)用戶往往擁有大量的非線性電子負(fù)載,如照明設(shè)備、辦公設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、變頻空調(diào)等,這些設(shè)備都有電磁兼容和電能質(zhì)量問題,從而導(dǎo)致?lián)p耗增加和保護措施失效等問題。文獻對LVDC系統(tǒng)電能質(zhì)量和可靠性的實驗研究(未包括儲能和分布式能源裝置,未進行孤島狀態(tài)研究)得到如下結(jié)論。1基于pfc的電流波形圖9所示為電腦負(fù)載電流,是非常典型的二極管整流橋電子設(shè)備的電流波形,電腦產(chǎn)生大量低次諧波電流。一個解決辦案是采用PFC改善電流波形,降低諧波含量。另一個解決方案是對負(fù)載直流供電,如圖10所示,此時負(fù)載電流幾乎是恒定的,交流端電流呈近似正弦波形。2直流供電故障對于在重要場所使用的電子和照明設(shè)備(計算機及應(yīng)急燈等),電壓瞬變和中斷供電有可能導(dǎo)致計算機重啟丟失數(shù)據(jù)或照明不滿足要求等問題。一種解決辦案是配備UPS;另一種解決辦案是使用直流供電。在直流供電條件下做三相電壓突變(如圖11(a)所示)實驗,結(jié)果表明整流器在故障時可以維持如圖11(b)所示的穩(wěn)定直流電壓,計算機和照明設(shè)備并未受到影響。由于使用直流供電只需一次變流,與交流系統(tǒng)UPS兩步變流相比,可極大的減小損耗。綜上所述,對敏感負(fù)載或重要設(shè)備使用直流供電,不僅可提高電能質(zhì)量,還可一定程度提升供電可靠性,并減小損耗及成本。對擁有大量敏感負(fù)載的用戶,選擇直流供電系統(tǒng)將更為有利。3.2mtbf-igbt中壓網(wǎng)絡(luò)故障估計結(jié)果由于電力電子器件的大量使用,其元器件可靠性對供電可靠性產(chǎn)生一定影響。電力電子整流器可靠性主要受開關(guān)和主電路電容器兩種元件的性能影響,元件故障率與溫度和負(fù)載情況有很大關(guān)系。在LVDC系統(tǒng)中,電力電子器件需承受一定的溫度波動和不同負(fù)載情況下的濕度影響,其次,電壓和電流也對其有影響。文獻介紹了一種通過計算MTBF(meantimebetweenfailure)預(yù)測元件可靠性的方法,但并未計及電壓或電流的突變和溫度突然升高等情況,經(jīng)測算,一個電解電容器的壽命大約為5年,IGBT逆變橋的壽命大約為10年。不言而喻,供電系統(tǒng)中,高頻電力電子開關(guān)器件使用越多,對配電系統(tǒng)可靠性的影響越大。但LVDC網(wǎng)絡(luò)的一次故障發(fā)生率相比中壓網(wǎng)絡(luò)的故障發(fā)生率小很多,造成的危害也小很多,特別是在農(nóng)村架空線路中,這種優(yōu)勢更加明顯。該優(yōu)勢足以補償由于大規(guī)模電力電子器件使用導(dǎo)致的LVDC系統(tǒng)的不足。另外電池儲能裝置和分布式發(fā)電裝置的接入能更好的改善可靠性。4福建lc系統(tǒng)的保護和控制4.1保護接地系統(tǒng)可靠性低壓系統(tǒng)中大量使用斷路器的脫扣裝置或熔斷器作為短路和過載保護元件,LVDC系統(tǒng)可以直接使用直流斷路器或熔斷器進行短路保護。此外,交流斷路器也可以在直流系統(tǒng)中降低電壓使用,但是保護整定計算方法需要重新研究。接地故障是低壓系統(tǒng)中最常見的故障,用于交流系統(tǒng)的剩余電流保護裝置(residualcurrentdevice,RCD)因為動作原理和分?jǐn)嗄芰?分?jǐn)嘀绷鞅确謹(jǐn)嘟涣骼щy)的原因,不能直接用于直流系統(tǒng)。以電氣安全為目的的直流系統(tǒng)接地方式值得探討,TT系統(tǒng)和TN系統(tǒng)的剩余電流保護裝置也需要另外設(shè)計。對于IT系統(tǒng),歐盟2006/95/EC以及芬蘭SESKO對不接地的LVDC保護措施專門規(guī)定,要求如表2所示。由此可見,LVDC系統(tǒng)保護方案較傳統(tǒng)的交流系統(tǒng)更復(fù)雜,既要滿足低壓標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,又要具備可操作性。4.2電流控制板文獻根據(jù)LVDC系統(tǒng)的特點,提出如圖12所示控制管理系統(tǒng),該控制系統(tǒng)能有效避免設(shè)備控制器之間的沖突,并抑制瞬變狀態(tài)對供電質(zhì)量和連續(xù)性的負(fù)面作用。控制管理系統(tǒng)以電流控制為基礎(chǔ),根據(jù)輸入指令和設(shè)定的閾值綜合產(chǎn)生設(shè)備需要的指令。因此通過控制網(wǎng)絡(luò)中的電流,可以保持直流電壓穩(wěn)定在要求值。對三相故障和相間故障的實驗驗證了該控制管理系統(tǒng)的有效性。1直流側(cè)電壓實驗設(shè)定0.4s時中壓系統(tǒng)突發(fā)三相故障,電力供應(yīng)中斷,此時整流器前端的三相電壓突然降落并最終到零,故障持續(xù)時間為250ms,考察在電力供應(yīng)中斷時控制系統(tǒng)是否能有效管理直流側(cè)電壓。三相故障發(fā)生時,電壓波形如圖13所示,直流電壓從800V下降,直到設(shè)定的電池儲能系統(tǒng)的閾值760V,電池系統(tǒng)開始向負(fù)載供電,同時,電池電流如圖14逐漸減小,在電池開始向直流母線輸出最大能量以補償電壓降落之后,控制器逐漸使直流電壓穩(wěn)定在預(yù)設(shè)值760V。2直流側(cè)電壓消失,根據(jù)新的自適應(yīng)實驗設(shè)定0.4s時中壓系統(tǒng)突發(fā)兩相相間短路,此時整流器前端的兩相電壓突降,另一相電壓降為零,此故障維持200ms,考查交流側(cè)相間故障時控制系統(tǒng)是否能有效管理直流側(cè)電壓。故障時直流側(cè)電壓下降到電池系統(tǒng)閾值,隨后電池控制器使直流電壓穩(wěn)定在760V如圖15所示。從圖中可以看出,電池控制器起作用前,電壓波形呈典型的100Hz震蕩。在故障切除后,AC/DC整流器重新開始工作,同步過程結(jié)束后重新達到穩(wěn)態(tài),如圖16所示。此時整流器接替電池系統(tǒng)重新控制直流電壓。3短路故障下的電流和電壓直流網(wǎng)絡(luò)短路故障電流非常大,短路尖峰電流可能損壞整流器中的IGBT等元件,應(yīng)特別注意。實驗設(shè)定開關(guān)上的過電流為2kA,是額定電流的2倍,故障發(fā)生時間在0.25s。在電容器附近發(fā)生短路故障時,電容器最初充當(dāng)電壓源角色,隨后,電容器和短路線路的感抗發(fā)生高頻振蕩,短路電流波形如圖17。直流電壓波形與電流相似,在一段時間后電容器電壓釋放完畢,直流端電壓變?yōu)榱?由于故障發(fā)生在直流母線,因此短路故障將造成系統(tǒng)運行中斷。開關(guān)上的直流電壓波形圖如圖18所示,在電壓下降的第一個瞬間,AC/DC整流器從交流側(cè)得到的能量不變,儲存在濾波電容器上。隨后,控制器維持輸出電壓在設(shè)定值。過電壓峰值由濾波電容大小和控制器的速率決定。因此只要濾波電容足夠大,控制器的反應(yīng)速率足夠快,過電壓峰值則不會威脅到整流器中的IGBT。一個性能良好地綜合控制管理系統(tǒng)和保護系統(tǒng),能使因交流電網(wǎng)故障產(chǎn)生的中斷供電事故減少,減小直流母線短路時對系統(tǒng)的危害,全面提高安全性和可靠性。5hplc系統(tǒng)的節(jié)能分析5.1不同標(biāo)記電壓下網(wǎng)絡(luò)傳輸功率LVDC系統(tǒng)中,配電電纜可選擇三線制和五線制,相同的電纜在不同的配電系統(tǒng)中傳輸電能的能力是不同的。不同標(biāo)稱電壓時,三線制和五線制導(dǎo)線傳輸功率分別如圖19、20所示。當(dāng)傳輸長度大于某值時,由于受負(fù)載端允許電壓偏差(uf0b15%)限制,導(dǎo)線傳輸最大功率的能力急劇減小,在配電電壓水平相同的情況下,由于交流系統(tǒng)存在線路感抗,直流配電系統(tǒng)相同傳輸距離傳輸?shù)墓β事源笥诮涣髋潆娤到y(tǒng)。5.2智能led照明系統(tǒng)在lvcd和lvac下的換流器測試結(jié)果文獻對LVDC的合適配電電壓等級進行了測試和分析。為與線電壓為400V,相電壓為230V的三相交流系統(tǒng)對應(yīng),測試了4種直流電壓水平:1)326V:電力電子類電器的二極管整流器輸出電壓,對應(yīng)RMS值為230V電壓的峰值。2)230V:因為與交流230V的均值相同,此電壓等級能適應(yīng)現(xiàn)有的電阻設(shè)備。3)120V:使用120V電壓可以不用采取間接電擊防護措施,系統(tǒng)更簡單。4)48V:這個電壓等級不需采取直接電擊防護措施,由于48V直流已經(jīng)在電信系統(tǒng)中使用,技術(shù)比較成熟。測試結(jié)果表明,采用48V直流電壓供電時,當(dāng)供電半徑為20m時,只能供給相當(dāng)于一臺電腦的功率,實際上是不可行的。由于直流電路不存在電抗,采用直流配電的線路功率損耗較少,文獻中提到在香港的普通高層建筑中,直流配電系統(tǒng)配電線路的有功損耗較交流系統(tǒng)減少4.11%,如果是可再生能源一體化建筑,電源處更可節(jié)省7.2%的電能。文獻作者對一種智能LED照明系統(tǒng)應(yīng)用于LVDC和LVAC的能量效率進行了實際的比較,發(fā)現(xiàn)LVDC的智能LED照明系統(tǒng)相較傳統(tǒng)的LVAC系統(tǒng)能節(jié)約44.23%的能量。換流器普遍存在于家庭及辦公用電設(shè)備中,品質(zhì)參差不齊,其效率隨著額定功率的增加而升高,在相同額定功率下,DC/DC換流器的效率普遍高于AC/DC整流器。研究表明,電能轉(zhuǎn)換一次,能量損失約為2.4%,因此,用額定功率大的AC/DC整流器代替額定功率小的整流器,電能轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的能量損失將會減少;用電設(shè)備中,用相同額定功率的DC/DC換流器代替AC/DC整流器,電能轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的能量損失也會減少。在普通高層建筑中,直流配電系統(tǒng)用電設(shè)備換流器損耗較交流配電系統(tǒng)減少5.5%～14.4%。5.3和半徑、供電電壓LVDC系統(tǒng)的傳輸能力不僅是線路的傳輸能力,系統(tǒng)傳輸能量會引起電壓不穩(wěn)定,而這種電壓不穩(wěn)定現(xiàn)象使直流系統(tǒng)的傳輸能力受到限制。通常,功率傳輸極限依賴于負(fù)載數(shù)量和負(fù)載對電壓的敏感度、配電線路長度和半徑、供電電壓的高低。經(jīng)推導(dǎo),功率傳輸極限可表達為式中:R、L和C表示配電線路的電阻、電抗和電容;uf061表示電壓敏感度;Rin、Lin和Cin表示瞬態(tài)模型中的電阻、電抗和電容;UR表示當(dāng)電壓擾動產(chǎn)生后負(fù)載兩端的電壓。Plim,d0和Plim,uf061是C的函數(shù),如圖21所示。C取值在零附近時,Plim,d的值是幾乎不變的,由此可以確定C的取值在0附近的功率傳輸極限為Plim,d0。當(dāng)C的取值變大時,Plim,uf061的曲線和Plim,d的曲線接近,由此可以用式(3)確定C偏大時的功率傳輸極限。功率傳輸極限可由式(2)、(3計算得到,主要和負(fù)載端電容器有關(guān)。6含分布式能源的lvcd系統(tǒng)通過對低壓直流配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),負(fù)荷模型的建立,LVDC系統(tǒng)的電能質(zhì)量和可靠性分析,故障和暫態(tài)過程分析、系統(tǒng)的保護和控制以及LVDC的節(jié)能效益分析等方面的綜述,并與現(xiàn)行LVAC系統(tǒng)比較可知,含分布式能源的LVDC系統(tǒng),在降低系統(tǒng)電能損耗、增強供電連續(xù)性和可靠性、提高電能質(zhì)量等方面均具有很大潛力。目前,低壓直流配電仍有較大的研究空間,需要在系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制保護方式、電氣安全、電力電子設(shè)備的可靠性、直流腐蝕問題的處理、如何避免采用插座分?jǐn)嘭?fù)載電流時的電弧問題等方面開展進一步的研究。1提高電能質(zhì)量若使用合理電壓等級的直流電源向開關(guān)電源類負(fù)載、變頻調(diào)速類負(fù)載以及電子鎮(zhèn)流器光源等負(fù)載供電,相應(yīng)的整流電路和PFC電路都可省去,同時還能降低能耗和提高電能質(zhì)量。金融、電信等部門往往存在大量敏感負(fù)載,對供電可靠性要求也非常高,一般采用不間斷電源(uninterruptiblepowersystem,UPS)來保證該類負(fù)荷的供電連續(xù)性。UPS電源由整流器、電池組和逆變器構(gòu)成,而在LVDC系統(tǒng)中,電池組可以直接連接到直流母線上而不使用變流裝置,可減少成本及能量損失。21減少線路損失直流系統(tǒng)只存在電阻損耗,因此整個供電系統(tǒng)的損耗將有望大幅度降低。31提高耐能性將大容量可控AC/DC變換器作為直流電源,采用適當(dāng)?shù)目刂撇呗?可以有效提高直流系統(tǒng)的供電連續(xù)性和電能質(zhì)量。1阻滯負(fù)載分為發(fā)熱負(fù)載和白熾光源負(fù)載,顯然這類負(fù)載可以在交流和直流兩種電源下工作。2品粉碎機、除塵器分為感應(yīng)型電動機(電冰箱、洗衣機等)負(fù)載和交直流兩用電機(家用食品攪拌機、吸塵器等)負(fù)載。其中交直流兩用電機可以在直流條件下工作;而感應(yīng)型電動機是交流電機,雖無法直接接入直流電源工作,但目前很多感應(yīng)電動機因調(diào)速需要,由變頻器供電,此時便可直接接入直流電源工作。3通過k-關(guān)于“兩設(shè)置”方法項目regulationmort2.3.4.3.4.3indexhraftingsofterityforace/whichsoractibutionspecitysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofteritysofterityscutex/hfbachisonssaft標(biāo)準(zhǔn)分為開關(guān)電源負(fù)載和電子鎮(zhèn)流器熒光燈。開關(guān)電源通常可以工作在直流和47～63Hz電源條件下,因此可以在直流條件下很好地工作,并呈現(xiàn)出恒功率特性,在較寬電壓范圍內(nèi),負(fù)載消耗的功率是基本不變的。電子鎮(zhèn)流器熒光燈電路主要由整流和高頻逆變兩個環(huán)節(jié)組成,也可以在直流電源下正常運行,并呈現(xiàn)出恒電流源特性,通常的工作電壓范圍是120～300V。Astheproliferationsofdistributedgeneratorsandpowerelectronicdevicesinlowvoltagesystems,theadvantagesoflow-voltagedirectcurrent(LVDC)distributionsystemshavebeenemergedandattractedmoreandmoreresearchers’attentions.ThelayoutoftheLVDCsystemproposedbymanyliteraturesisshowninFig.1.Inthissystem,ACsupplyandotherdistributedsupplies,suchasdieselgenerators,batteries,PVcellsandmicro-hydro(micro-windturbines)arethemainsupply,whicharecombinedtoensureahighdegreeofthevoltagequalityandcontinuity.TheinterfacebetweentheacpowersupplyandtheLVDCsystemisrealizedbytwoconvertersoperatinginparallel,oneofwhichiskeptinreserveforimprovingthereliabilityoftheentiresystemandmakingtheoperationintheislandingmodeeasier.ThetwoVSCareequippedwithIGBTsandcontrolledbyPWM,whichallowstheregulationofthedcnetworkvoltageanditsmaintenancetoachievethedesiredvalue.Toguaranteethecontinuityofcustomerssupplyduringshorttimeinterruptions,astoragepowersystemisinterconnectedtothelowvoltagedcdistributionsystemwiththehelpofabidirectionalchopper.Thedieselpowersystemisdesignatedtosupplythedcloadsduringsustainedinterruptionsintheacnetwork.TheexistingloadsaredesignedfortheACsystem.WhethertheseloadscanbesuppliedbytheLVDCsystemsisonethemostimportantfactorsforLVDCreplacementwithouteffectonusers.TheexperimentalresultsconductedbyresearchersdemonstratethatmostoftheloadsusedtodaycanoperateequallywellwithaDCsupplyaswithanACsupply.Simplemodelsdescribingthesteady-statebehaviorofloadsarederivedfrommeasurementdata.Modelsforthetransient-statebehaviorofresistiveloadsandelectronicloadswithSMPSsarealsoobtained,however,transientmodelsforuniversalmachinesandelectroniclightingapplianceswithHFballastshavenotbeenconstructedyet.Qualityandreliabilityofpowersupplyarethemostconcernedproblemforthelowvoltagesystemusers.Electronicloadscanbeusedinsystemswheretheseloadscannotbeaffectedbydisturbancesontheutilitygrid,andlightingwhichisusedtoilluminateemergencyexitsorimportantprocessescannotalsobeshutoff.AbetteroptionistosupplythesensitiveloadsoremergencylightingswithDC.Awell-designedac/dcinterfacewillabsorbsinusoidalcurrentsfromtheutilitygridtoensurehigh-powerquality.Thisarrangementwillprovidealowercost,andlesspowerlossbuthigherreliability.Themorepowerelectronicswithahighswitchingfrequencyare