Page 17 - 电力与能源2021年第二期
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郭 沛: 面向中压配电网直流代替交流的典型应用场景分析 1 5
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式电源接入等几个典 型问题进行仿真分析与研
究。针对每个场景出现的问题, 将有问题的负荷
部分由交流改为直流, 将两者的数据进行分析与
对比, 证明交直流混联配电网相较于传统的交流
配电网能减少线损, 提高电压, 拥有更好的电能质
量和更大的供电容量, 并且方便接入分布式电源,
减少电力电子器件的使用。
1 城市负荷中心供电走廊受限应用场景
图 2 城市重点负荷交直流混联线路拓扑
城镇化的不断推进, 致使城市供电负荷越来 直流后, 12 号节点处在交直流混联结构下的电压
越集中化, 而城市的供电走廊往往有限, 扩容难度 标幺值恢复明显, 标幺值为 1.01 , 可以满足电能
大。负荷的增大与扩容难的矛盾在当今中国的大 需求。原医院交流结构因为负荷增大, 又由于输
城市, 尤其是发达的一线城市表现得越发显著, 特 电走廊的限制, 所能够承载的负荷大小受到限制;
别是一线城市的医院、 商场以及高层办公区等 [ 4 ] 。 母线电压下降明显, 无法满足电能质量的要求, 将
利用直流线路输送容量大于交流线路的特点, 在 严重影响用户各类重要设备的使用效果。将通往
原有交流线路供电走廊的基础上, 进行交流 / 直流 该重点负荷的部分线路改换成直流线路之后, 电
改造, 可以有效解决这一难题 [ 5-6 ] 。 压等级得到明显回升, 达到可接受的范围, 并且可
1.1 案例仿真 以接入更大容量的负荷, 这对于此处以后的发展
针对供电走廊受限的这种情况, 利用仿真软 也有重要的促进作用。
件对其进行建模。软件中的拓扑结构如图 1 所
示, 圈处为医院负荷, 设置为 20000kVA , 采用双
端供电结构。在图 1 中, 左右两边 AC 电压源同
为220kV , 分别接到 2 个同样的三绕组变压器的
高压侧, 该三绕组变压器的高中低压侧的电压分
别为 220 , 110 , 10kV , 额定功率分别为 140 , 100 ,
40MVA 。 2 个三绕组变压器的中压侧接其他负
荷, 设置为5MW , 低压侧10kV 接入图中的主要
电网。将医院的输电线路由交流改为直流, 其拓 图 3 城市重点负荷两种拓扑结构电压标幺值对比
扑结构如图 2 所示。将画圈处的线路变成交流, 1.2 交直流经济性对比
项目整体变成交直流混联形式 [ 7 ] 。 对交流线路改造为直流线路前后的经济性进行
比较, 在改造时主要需要增加换流站的建设, 而在换
流站中主要有换流器、 交流变压器、 交流滤波器与直
流电容器等。根据现有研究与实际操作经验来判
断, 可以 把 换 流 站 的 建 设 成 本 按 照 1000 元 / kW
进行 计 算。 对 于 交 流 变 电 站, 主 要 成 本 按 照
300 元 / kW 进行计算。
图 1 城市重点负荷原供电线路拓扑图 直流电缆相较于交流电缆的绝缘要求更低,
城市重点负荷在两种结构下的电压标幺值如 因此直流电缆的造价相对于交流电缆的更低。对
图 3 所示。图 3 中, 重点负荷连接在 12 号节点 于向中压交流负荷供电的线路, 交流电缆的价格
处, 因为负荷增大, 供电走廊紧张, 12 号节点在传 约为 330 元 / m , 7.5kV 直流电缆的价格约为 150
统交流结构下电压标幺值下降到接近 0.6 , 严重 元 / m , 15kV 直流电缆的造价约为 100 元 / m ; 对
影响到了电能质量。因此, 将连接 12 号节点的交 于向中压直流负荷供电的网络, 交流电缆的造价
流线路改造为直流线路( 如图 2 圈内所示)。改为 约是 400 元 / m , 7.5kV 直流电缆的造价约是 220
