直流微电网设计与实现_配电技术讲座PPT
直流系统课件详述(2024)
其他领域拓展可能性探讨
轨道交通
直流系统可应用于城市轨道交通的牵引供电系统，提供稳定可靠 的电源。
工业自动化
在工业自动化领域，直流系统可用于驱动电机、传感器等设备， 提高生产效率。
航空航天
航空航天器对电源系统的要求极高，直流系统因其高效、可靠的 特点在此领域具有应用潜力。
2024/1/28
28
THANKS
可靠性指标
包括设备故障率、平均无故障 时间等，评价直流系统的可靠
性。
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06
直流系统应用领域
探讨
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通信行业应用现状
通信电源供应
直流系统为通信设备提供稳定的 直流电源，确保通信网络的正常
运行。
数据中心供电
大型数据中心采用直流供电系统 ，以提高供电效率和可靠性。
移动通信基站
移动通信基站采用直流供电，以 满足基站设备对电源的需求。
6
02
直流电源设备介绍
2024/1/28
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整流器类型与性能参数
2024/1/28
整流器类型
根据整流方式的不同，整流器可 分为半波整流、全波整流和桥式 整流等类型。
性能参数
整流器的性能参数主要包括输入 电压范围、输出电压范围、输出 电流范围、效率、纹波系数等。
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蓄电池种类及选用原则
蓄电池种类
常用的蓄电池有铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、氢镍蓄电池和锂离子电池等。
策略设计
通过电压检测电路实时监测直流系统 电压。
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当检测到欠电压时，控制开关器件切 断负载或启动备用电源。
可设置延时功能，避免短暂欠电压引 起的误动作。
根据设备需求和系统特性，合理设置 欠电压阈值。
直流配电网与交流配电网的互联讲义课件
直流配电网与交流配电网的互联李英姿提纲Agenda1交直流配电系统2直流配电网结构3交直流互联方式4交直流互联装置5交直流互联配置6交直流互联案例（1）直流配电系统应用专用直流配电系统轨道交通飞机舰船数据中心工业优质供电交流直流互联网络拓扑：单端放射状两端手拉手多端环型城市直流配电网络AC/DC交流变电站AC/DC交流变电站AC/DC交流变电站DC/DCDC/DC城市分布式能源、储能等DC/ACAC/DC交流变电站中等距离中等容量民用直流配用电系统交流子网与直流子网相互独立形态LV AC基于电力电子变压器中压交流电网低压直流子网低压交流子网MV AC LV DC基于中压直柔换流器中压交流电网低压直流子网低压交流子网MV AC MV DC基于低压双向变流器中压交流电网低压直流子网低压交流子网LV AC LV DC多端互联的混合形态交流子网1互联换流站直流子网互联换流站互联换流站交流子网2交流子网n…（2）系统形态直流电压等级/kV互联的交流系统/kV互联的直流系统/kV±100110±200±50（备选）降压变压器+35kV 升压变压器+66kV±353535（风电场集中）±20（备选）2035（风电场集中）±1010±10双极（光伏电站）20（单极）10±6（备选）6±33±1.5 1.5多数工业直流负载3（单极） 1.5±0.750.38地铁牵引，工业园区±0.380.22数据中心，电动汽车±0.11±110空调，变频（3）交直流互联电压1 交直流配电系统注：直流配电传输容量计算基准环境温度按+25℃，最高允许温度按照+70℃考虑交直流电压转换比，一般为0.7~0.95DCAB DC AC DC AC U U U U M 22/==AC U ——交流端口标称电压有效值，VDC U ——直流端口标称电压，VDCAN DC AC DCAC U U U U M 22/==线电压相电压（4）直流配电系统接线✓交直流微电网呈对等✓电力电子变压器实现大电网—交流配电网—直流配电网✓ 3 者之间能量双向调控单端单路辐射状结构电源单端（AC/DC ）电压 1.5kV ～±50kV 出线单路辐射直流负载集中区居民住宅区电动汽车充电站功率较大储能电站阶段建设初期和过渡期可靠性不满足N-1要求单端双路辐射状结构电源单端（AC/DC ）电压 1.5kV ～±50kV 出线双路辐射供电可靠性要求较高工业园区重要负荷区可靠性满足N-1要求直流负荷直流负荷含分布式电源及储能供电区域的负荷含分布式电源及储能供电区域的负荷含分布式电源及储能供电区域的负荷电源端直流母线π接T 接直流线路…⁞…直流负荷直流负荷含分布式电源及储能供电区域的负荷含分布式电源及储能供电区域的负荷含分布式电源及储能供电区域的负荷电源端直流母线π接T 接直流线路……单端环状结构✓任何一侧线路故障时其他线路能够持续为负荷供电✓负荷可从不同路径获取电能或电网✓分布式电源和储能向不同路径输出电能✓满足N-1可靠性要求电源单端（AC/DC ）电压 1.5kV ～±50kV 出线单路或双路环形供电可靠性要求较高多个分布式电源接入大型居民住宅区工况开环或闭环运行电源双侧电源并列（AC/DC ）电压 1.5kV ～±50kV 出线单路或双路出线容量较大、供电可靠性要求较高多个分布式电源接入大型居民住宅区交流供电系统通过直流进行背靠背双端结构直流负荷直流负荷含分布式电源及储能供电区域的负荷含分布式电源及储能供电区域的负荷含分布式电源及储能供电区域的负荷电源端直流母线π接T 接直流线路……直流负荷含分布式电源及储能供电区域的负荷含分布式电源及储能供电区域的负荷含分布式电源及储能供电区域的负荷电源端直流母线π接T 接直流线路…电源端直流母线多端树枝状结构电源三个及以上电源并列（AC/DC ）电压 1.5kV ～±50kV 出线单路或双路树枝状要求多点高密度分布式电源接入供电可靠性要求较高阶段建设发展期多端环状结构电源两个及以上电源并列（AC/DC ）电压 1.5kV ～±50kV 出线单路或双路环形工况开环或闭环运行要求多个分布式电源接入及容量大且对供电可靠性要求高直流负荷含分布式电源及储能供电区域的负荷含分布式电源及储能供电区域的负荷含分布式电源及储能供电区域的负荷电源端直流母线π接T 接直流线路…电源端直流母线电源端直流母线…含分布式电源及储能供电区域的负荷直流负荷含分布式电源及储能供电区域的负荷含分布式电源及储能供电区域的负荷含分布式电源及储能供电区域的负荷电源端直流母线π接T 接直流线路……含分布式电源及储能供电区域的负荷直流负荷含分布式电源及储能供电区域的负荷含分布式电源及储能供电区域的负荷电源端直流母线电源端直流母线电源端直流母线3 交直流互联方式（1）交直流互联方式✓经单向功率传输换流器直接互联；✓经1:1 联接（换流）变压器与单向功率传输换流器隔离互联；✓经升压/降压联接（换流）变压器与单向功率传输换流器隔离互联；✓经双向功率传输换流器直接互联；✓经1:1联接（换流）变压器与双向功率传输换流器隔离互联；✓经升压/降压联接（换流）变压器与双向功率传输换流器隔离互联。
《高压直流输电》课件
研究高压直流输电线路和换流站对周边电磁环境的影响，制定相应的防护措施和标准，降低对环境和人体的影响。
研究高压直流输电在电网中的稳定运行机制，通过优化无功补偿、有功滤波等技术手段，提高系统的稳定性和可靠性。
高压直流输电系统的核心，负责将交流电转换为直流电或反之。
换流站
直流输电线路
接地极
用于传输直流电，通常采用架空线或海底电缆。
为系统提供参考地电位，并泄放多余的电流。
03
02
01
01
02
03
04
实现交流电与直流电相互转换的核心元件。
换流阀
用于调整电压等级，使换流站能与不同电压等级的电网连接。
变压器
用于滤除换流过程中产生的谐波，减少对周围环境的干扰。
《高压直流输电》PPT课件
目录
高压直流输电概述高压直流输电的基本原理高压直流输电系统的构成与设备高压直流输电的优缺点与关键技术问题高压直流输电的工程实例与展望
01
高压直流输电概述
Chapter
总结词
高压直流输电是一种利用高压直流电进行远距离传输的输电方式，具有输送容量大、损耗小、稳定性高等特点。
详细描述
总结词
换流技术是高压直流输电的核心技术之一，涉及到整流和逆变两个过程。
详细描述
在整流过程中，交流电源转换为直流电源，通过控制晶闸管或绝缘栅双极晶体管的开关状态实现。逆变过程则是将直流电源转换为交流电源，同样通过控制开关状态实现。换流技术的关键在于保证电流的稳定和减小谐波干扰。
VS
高压直流输电的损耗主要包括线路损耗和换流损耗，提高效率是重要目标。
新能源及微电网 PPT
储 储 储 储 储 Lead- Aci d储 储 储 储 储 / 储 储 储 储 储 Ni - Cd/ Ni - MH储 储 储 储 储 储 NaS储 储 储 储 储 储 储 Li 储 i on储 储 储 储 储 储 Fl ow Bat t er y储
微电网控制系统
新能源及微电网技术
内容
新能源及分布式发电 微电网技术 系统方案
新能源
节能 环保 高效
分布式发电
随着分布式发电技术的不断创新及常规能源的逐渐衰竭和环境污 染的日益加重，世界各国日益关注分布式发电技术(Distributed Generation—DG)。
分布式发电一般是指发电功率在数千瓦至50兆瓦的小型化、模块 化、分散式、布置在用户附近为用户供电的连接到配电系统的小 型发电系统。现有研究和实践已表明，将分布式发电供能系统以 微网的形式接入大电网并网运行，与大电网互为支撑，是发挥分 布式发电供能系统效能的最有效方式。微网是指由分布式电源、 储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成 的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自 治系统，既可以与大电网并网运行，也可以孤立运行。
分布式发电的前景
2007年：全球利用风力、太阳能等可再生能 源发电的投资达到710亿美元（不包括大型水 利发电）；(世界银行报告)
2020年：美国太阳能光伏发电将占发电装机增 量的15%左右，累计安装量达到3600万千瓦； 欧盟国家可再生能源发电量将占总量的30%； （美国能源部;德国乌帕塔尔气候环境与能源研 究院）
微电网要作为一个整体参与离并网运行， 并保证微电网内负荷稳定供电，需要各 种监测设备、控制设备、保护设备及微 电网高级应用的协同工作，这些设备配 合工作形成微电网控制系统。
《直流电与交流电》课件
或交流电。
02 03
成本考虑
如果设备需要大量的电能，使用交流电可能会更经济，因为发电效率较 高。如果设备需要较小的电能，使用直流电可能会更经济，因为传输损 耗较小。
稳定性需求
如果设备需要高稳定性的电源，如精密仪器和电子设备，应选择直流电 。如果设备的电源稳定性要求不高，如家用电器和照明设备，可以选择 交流电。
现代发展
现代电力系统主要采用交流电 ，但直流输电也在某些特定场
合得到应用。
03
直流电与交流电的比较
电流方向
总结词
电流方向是直流电和交流电的主要区别之一。
详细描述
在直流电中，电流始终沿一个方向流动，不会改变方向。而在交流电中，电流 的方向会不断改变，呈正弦波或方波形式。这种方向的改变使得交流电能够实 现变压和传输的灵活性。
直流微电网
直流微电网是一种新型的能源管理系统，能够实现可再生能源的高效利用和分布式电源的接入。通过采用直流电技术 ，可以降低损耗、提高供电可靠性，并实现能源的双向流动。
直流电在可再生能源领域的应用前景
随着可再生能源的大规模开发和利用，直流电技术将在太阳能光伏发电、风能发电、储能系统等领域得 到广泛应用，为构建绿色、智能的能源互联网提供有力支持。
THANKS
感谢观看
定义与特点
产生方式 通过电池或直流发电机产生直流电。
电池是最常见的直流电源之一，能够提供稳定的电压和电流。
定义与特点
应用领域
适用于电子设备和系统，如手机、电视、电脑等。
在电力传输和分配中，直流电用于高压直流输电（HVDC）系统，以降 低能量损失。
直流电的应用
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直流微电网
直流微电网：
系统中的DG、储能装置、负荷等均通过电力电子变换装置连接至直流母线，直流网络再通 过逆变装置连接至外部交流电网。直流微电网通过电力电子变换装置可以向不同电压等级的交 流、直流负荷提供电能，DG和负荷的波动由储能装置在直流侧补偿
相比于交流微电网，直流微电网由于各DG与直流母线之间仅存在一线电压变换装置，降 低了系统建设成本，在控制上更易实现；由于无需考虑各DG之间的同步问题，在环流抑制上更 具优势
4.含微电网的大电网保护构建策略
主要研究不同类型微电网短路电流的特性、计算模型的建立、新型大电 网保护系统的构建及整定计算原则的研究、大电网保护与微电网保护的协调 配合机制的研究
5.微电网与大电网的电能交易模式
一方面，DG作为微电网的重要组成部分，将使电力公司与用户之间形成 一种新型关系，用户可以从电力公司买电，也可以在自发自用的基础上，将 自己拥有的DG的剩余电能卖给别人；另一方面，微电网并网运行时参与大电 网竞争，必将对原有的电力市场交易模式产生影响
5.独立性：微电网在一定条件下可以独立运行，在：
1.可以提高电力系统的安全型和可靠性，有利于电力系统提高抗灾祸能力
2.可以促进可再生能源分布式发电的并网，有利于可再生能源的发展
3.可以提高供电可靠性和电能质量，有利于提高电网企业的服务水平
4.能够有效减少对集中式大型发电厂电力生产的依赖以及远距离电能传输、多级变送的损 耗，降低网损
燃料电池单元变换器自主投切控制
控制特点： 1.优先级最低，通常处于空闲状态，避免燃料电池过早启动 2.当孤岛运行，负荷需求无法满足时，母线电压较低，燃料 电池投入使用，进行恒压输出
控制任务： 1.当且仅当孤岛运行，网内功率输出严重不足时，投入使用 2.避免母线电压过度跌落，甚至失衡
高压直流输电HVDC课件(1).ppt
37
高压直流输电
❖ 1、高压直流输电的发展 ❖ 2、高压直流输电工程的特点 ❖ 3、高压直流输电工程的系统构成 ❖ 4、柔性直流输电 ❖ 5、高压直流输电系统构成方式 ❖ 6、中国的高压直流输电工程
2024年11月25日
1
HVDC
HVDC
High Voltage Direct Current
Rectifier
❖ 7、直流输电线路难于引出分支线路，绝大部 分只用于端对端送电。
2024年11月25日
12
直流输电应用的场合：
❖ 1、远距离大功率输电； ❖ 2、海底电缆送电； ❖ 3、不同频率或同频率非周期运行的交流系统
之间的联络； ❖ 4、用地下电缆向大城市供电； ❖ 5、配合新能源输电；
2024年11月25日
AC system
2024年11月25日
AC system
Inverter Line/Cable
2
一、HVDC的发展
❖ 电力技术的发展是从直流电开始的，早期的直流 输电是从直流电源送往直流负荷，不需要经过换 流，如1882年在德国建成的2kV、1.5kW、 57km向慕尼黑展览会的送电工程。
❖ 采用直流输电，必须解决换流问题。因此，直流 输电的发展与换流技术的发展有密切的联系。
有功、无功 量控制、系
统保护
电容电压平 衡控制、阀
保护
SM 1 SM 2 SM n
SM 1 SM 2 SM n
控制器
阀基控制 VBC
阀 基 控 制 器 机 柜
SM 1 SM 2 SM n
T1 iSM
T2
桥臂电感 合闸电阻 变压器
调压器 交流电源
SM 1 SM 2 SM n
《微电网背景知识》课件
微电网的经济与环保效益
1
与传统能源供应的比较
与传统能源供应相比，微电网更具有经济效益，同时具有更好的可持续性和稳定 性。微电网还能在电网间反复切换，满足用户在不同用电阶段的需求。
微电网背景知识
微电网是未来能源领域的热门话题。我们将介绍微电网的定义、分类、技术 架构、发展现状和未来展望。
什么是微电网？
1
定义与特点
微电网是一种覆盖面积相对较小的电力
区别与传统电网
2
系统，使用多种能源和能量储存系统， 独立于传统电力网络运行，可自主调度
微电网相比传统电网，规模更小、应用
能源供需。
微电网的发展现状
全球发展态势
目前，全球大部分地区的微 电网应用处于起步阶段，主 要集中在欧美、澳洲等发达 地区。预计未来几年将迎来 加速发展。
我国的应用现状
微电网在中国的应用主要集 中在农村电网建设、城市中 低压配电网升级等领域。其 中，分布式光伏是目前微电 网的主要应用形式之一。
未来的发展趋势和挑战
场景更广，也更便于管理和维护。微电
网通常用于独立小区、工业园区、远离
主网的山区等场景。
3
分类和应用领域
微电网可以按照应用场景分为城市微电 网、农村微电网和岛屿微电网等类型。 在应用领域上，微电网可以广泛应用于 工业生产、居民供电、农村电网建设等 诸多领域。
微电网的技术架构
组成部分
控制策略
可靠性和安全性
微电网的成本效益主要取决于应 用场景、技术选型和管理制度等 多方面因素。目前，各地的微电 网投资回报年限普遍在5~10年之 间，成本效益表现良好。
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DC GRID 微网应用示例(DC MG)
仙台市含直流供电的定制电力供电系统
爱知工业大学校园AC/DC微网
台湾国立中正大学实验室用直流微网
企业（社区）、家庭直流网络 典型拓扑 (DC Micro-Grid)
风力发电：直驱 光伏发电 微型燃气轮机 典型储能设备：电池，飞轮，超导…
直流微电网具备的基本功能
具有孤网及并网两种运行模式，并可实现两种模式的 无缝切换。
电源及负荷的通用性。以往直流供电系统通常是针 对 专用负荷的。作为直流网微，供电负荷可能各式 各样 ，且在不断发展。
电源及负荷即插即用。作为通用电网，直流微网必 须 支持直流电源及负荷设备的即插即用功能。
PFC
PFC
PFC
++
DC DC 光伏单元
++
高电能质量环网
常规电能质量环网
++ ++
++ ++
DC DC
DC AC
DC DC
光伏单元 负荷
超导储能
DC AC
DC DC
DC DC
DC AC
DC AC
G 风机 MT 微燃机 FC 燃料电池
乏锂电池组
负荷 负荷
直流微电网接线方式
+
Vdc
-
单极接线
DC Grid
多电压等级直流系统中的直流微电网
直流微电网电压确定的依 据
直流微网电压水平的确定是微电网设计的首 要任务。在目前还未实现标准化的情景下， 电压的确定重点考虑以下因素：
供电能力：对应电压水平的负荷距
电源连接：光伏、风电单元电压水平
负荷连接：对直流负荷及逆变交流负荷的供电
交流衔接：易于实现与交流主网的连接
直流微网的拓扑形式（分段式）
直流微网的拓扑形式（分层式）
交流系统 变压器
AC/DC
DC/DC
DC/D 变换器
DC/DC
380VDC 100VDC
AC/DC
DC/DC 直流负荷
交流电源或负荷
直流微网的拓扑形式（环形）
22kV/1.2kV 22kV/1.2kV
22kV/1.2kV
直流微电网设计与实 现
NORTH CHINA ELECTRIC POWER UNIVERSITY
—————————————————————
SCHOOL OF ELECTRICAL &ELECTRONIC ENGINEERING
报告的基本内容 (Content of the Presentation)
直流电网通常包括储能和分布式电源，比通常 依靠大电网供电具有更高的可靠性。
直流系统不存在无功电流分量，在提供同样的 有功功率情况下，与交流系统相比，直流系统 电流幅值较小，相应地损耗较少。
电力电子技术与交直流变换技术的发展与进步 推动了直流微网的快速发展。
采用直流配电的动因（2）
Driving Force for DC-GRID(2)
典型应用：考虑国内外典型微电网系统电压水平 标准参考：IEC标准、国家标准、中电联标准
直流微电网的电压水 平
直流微电网电压水平通常不超过 1500V(±750V)
直流微电网主网电压建议采用750V(±375V) 其他便于电源与负荷接入的电压包括：
380V 300V 220V 110V 48V ……
(2)合适的控制策略以提高变换器的连续性和灵 活性；
(3)采用软开关技术以减少变换器的开关损耗， 提高换流效率，抑制电磁干扰。
DC/DC 换流器的拓扑形式
u H QF1
C1
u dc1
C3
uH
idc1
T1 C2
T2
T3 C4
T4
T5
T9
T10 T6
ia
Lf
ib ic
T7
T11
Cf
T8
T12
HFT
城市电网不断发展，电能替代的不断推进，用 电负荷迅猛增长，用户负荷中电力电子设备数 量不断增加，电力负荷的电力电子化使负荷供 电具有直流环节： 变频调速 电子镇流器照明、LED照明 开关电源 电动汽车的发展
采用直流配电的动因（3）
Driving Force for DC-GRID(3)
新能源发电与储能装置多以直流形式产生电能 ，采用直流电网更适合于分布式电源和储能装 置的接入：
DC- workshop, DC-building… 直流微网区域较大：DC- community, DC-
factory, DC- commercial… 直流微电网强调系统性和独立性。
采用直流配电的动因（1）
Driving Force for DC-GRID(1)
直流电网本身不存在相位和谐波问题，所以直 流网络可以提供的电能的质量相比于交流网 络 更好。
ua ub uc
ia1 ib 1 ic1
kua kub
ku c
T1 Lf 1
T4
ia 2 ib 2 ic 2
1、直流微电网的提出和发展 2、直流微电网的拓扑与构成 3、直流微电网控制策略设计 4、直流配电网运行特性分析
5、直流微电网运行示例 6、结语
直流与交流 (DC or AC)
19世纪最后10年，电气领域开始了一场 独特的对垒—电流之 战。在过去的一百多年里，交流电因易于变压、可以远送、 便 于通过旋转电机实现转换而处于主导地位。但直流发展的 脚步 也从未停止。直流输电已在远距离电能输送、异步联网 等场合 发挥重要作用。近年来，直流配电与直流供电也得到快速发展。
直流微（电）网定义 (Defination of DC-Micro Grid)
直流微（电）网可定义为以直流电的方式，将分布式电源、储能与负荷 、交流系统互联，配备监控系统所形成的发供用电系统网络。直流微 网 可看成是配电网的一种形式。
直流配电网与直流微电网
均属于供用电系统，无严格区别； 直流微电网电压典型值最高不超过1.5kV; 直流配电网电压可达100kV; 直流微电网范围通常较小：DC- house,
+ -
DC Grid + -
真双极接线（大地回流）
+
Vdc
-
伪双极接线
DC Grid
+
DC Grid
+ -
真双极接线（金属回流）
直流微网的关键设备(1)
DC/DC变换器实现直流微网中不同电压等 级 直流设备间的互联和控制。
DC/DC变换器的关键技术包括：
(1)合理的拓扑形式：多重化Buck-Boost方式;中 频变压器耦合方式；三点平方式……