AC 和 DC 的可用性

在 19 世纪末,交流电 (AC) 和直流电 (DC) 系统为了争夺主导电力传输系统的地位而竞争。 交流系统当时赢得了这场战斗,但随着输出 DC 的光伏板的兴起,DC 电力在能源生产中的重要性日益提高。 DC 传输今天也用于长距离高压电缆,例如海洋底部的传输电缆。

具有共享中线的混合 AC/DC 配电系统浙江省的电站以直流电的形式从四川省进口水电,并将其转换为交流电(图片来源:IEEE Spectrum)

将可再生能源生产和储能集成到电网中是一个常见的研究课题。 使其具有挑战性的是,大多数光伏发电都安装在低压 (LV) 配电系统中。 使其更容易的一种选择是将 LV 配电更改为 DC,并在客户场所将电压转换为 AC。

本出版物研究了另一种选择,即将低压直流系统 (LVDC) 集成到当前 LVAC 配电系统中,从而形成混合传输系统的概念。 这里提出的概念也支持微电网运行。

微电网是电力系统,可以通过拥有自己的生产单元和电力质量控制设备独立于主配电系统运行。

混合 LV 配电系统概念

本文提出的 AC/DC 混合配电概念的决定性因素是利用中线来传输 DC 电流以及三相 AC 电流的不对称分量。 结果是,与两个独立的 AC 和 DC 系统相比,该系统的电线少了一根。 这自然会增加中线的负载,因此当 AC 系统需要更多容量时,必须限制 DC 注入到中性导体中。

图 1 显示了混合 AC/DC 配电系统的一般概念。

混合 AC/DC 配电系统概念图 1 – 混合 AC/DC 配电系统概念

技术要求和限制

为了能够将中线用于组合的 DC 和 AC 电流的不对称分量,相关的转换器必须在 DC 侧具有电气隔离,以便 DC 和 AC 系统能够以图 1 中所示的方式同时运行。

如果没有电气隔离,转换器会造成短路。 如果需要为 AC 或 DC 侧提供不间断电源,则转换器的控制必须能够在孤岛模式下运行。 如果 AC 系统出现故障,DC 应该能够独立运行,反之亦然。

DC 电源容量显然是有限且可变的,中性导体中可用于 DC 电流的空间取决于 AC 系统的状态。 尽管中性导体的尺寸设定了对称 AC 负载情况下最大可用 DC 电源的限制,但容量也受到 3 次谐波的影响。

图 2 显示了中性导体中的最大电流与相导体中 3 次谐波的关系。

中性导体中的最大电流与三相 AC 系统中 3 次谐波百分比的关系图 2 – 中性导体中的最大电流与三相 AC 系统中 3 次谐波百分比的关系

从图中可以看出,3 次谐波极大地影响中性电流,并且还会占用所检查概念中的 DC 电流的容量。

运行模式

混合配电概念的主要目标之一是实现一个能够在许多不同情况下根据故障位置运行的系统。 下图表示这些模式。 绿色形状代表正在运行的部件,红色形状代表因故障而出现故障或断开的部件。

图 3 显示了系统在正常运行中的状态。

与 AC 电网并行运行。“正常运行模式”图 3 – 与 AC 电网并行运行。“正常运行模式”

在正常运行模式下,两个系统并行运行。 控制模式取决于系统的使用方式。 在一般层面上,逆变器以功率控制模式运行,DC 侧以电压控制模式运行。 图 4 显示了具有外部故障的系统。

外部电网连接故障。“AC/DC 微电网运行”图 4 – 外部电网连接故障。“AC/DC 微电网运行”

在外部电网发生故障后,系统应能够在一段时间内继续运行。 这可以描述为 AC/DC 微电网运行。 图 5 显示了具有 AC 配电故障的系统。

整个 AC 系统发生故障。“DC 微电网运行”图 5 – 整个 AC 系统发生故障。“DC 微电网运行”

整个 AC 系统都可能发生故障,然后 DC 部分作为微电网运行(假设故障不在AC 系统的中性部分)。 图 6 显示了具有 DC 系统故障的系统。

DC 系统发生故障。“AC 系统运行”图 6 – DC 系统发生故障。“AC 系统运行”

同样,DC 侧的故障不应影响 AC 系统的运行,并且 DC 系统应能够在故障情况下安全关闭。

| 标题: | 具有共享中线的混合 AC/DC 配电系统概念 – Riku Pasonen | | :--------------------------------------------- | :----------------------------------------------------- | | 格式: | PDF | | 大小: | 1.4 MB | | 页数: | 36 | | 下载: | 此处 |