直流微电网设计与实现_配电技术讲座PPT
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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)
+ -
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……
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/DC
直流负荷
直流发电装置
Hale Waihona Puke Baidu
配电1次 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
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：
微网整体优化与协调控制。具备针对全网的监控系统 ，全网设备信息可用，从而实现面向全网的能量优 化 及协调控制。
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)
(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
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
ua ub uc
ia1 ib 1 ic1
kua kub
ku c
T1 Lf 1
T4
ia 2 ib 2 ic 2
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。
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。
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（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,
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 ……
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。
NORTH CHINA ELECTRIC POWER UNIVERSITY
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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)
+ -
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……
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/DC
直流负荷
直流发电装置
Hale Waihona Puke Baidu
配电1次 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
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：
微网整体优化与协调控制。具备针对全网的监控系统 ，全网设备信息可用，从而实现面向全网的能量优 化 及协调控制。
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)
(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
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
ua ub uc
ia1 ib 1 ic1
kua kub
ku c
T1 Lf 1
T4
ia 2 ib 2 ic 2
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。
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。
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（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,
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 ……
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。