直流配電網是否有可能大規模應用於電網？

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最近關於直流配電網的科研很火，一些論文中談及了其中的優勢，大概就是可以提高供電可靠性、減少併網成本、降低損耗，但是，如果直流配電網要應用實際，將是一個極其大的產業規模，需要更改很多現有的東西，那麼到底這個新生事物是否靠譜？

未來配電網的形態將是多個電壓等級構成多層次環網狀、交直流混聯、具備統一規範的互聯介面、基於複雜網路理論靈活自組網的架構模式。

直流配電網將是未來能源互聯網的基本支撐環節，以區域直流、交流環形母線為基本結構單元的環狀結構上，可以方便地接入各種電源、負荷和儲能裝置，構成一個層級的基本結構單元，同時也是能量管理單元的設備支撐。

一、直流配用電網的需求及意義

新形勢：

直流驅動的負載比重越來越大——50%以上電器為直流或類直流負荷，Navigant預測，2025年全世界內將有2.3GW直流配電網路；
分散式新能源發電高密度接入及充分利用——2050年50%；
電動汽車大規模推廣——十三五迅速增長；
電力儲能系統的逐步推廣應用；
重要敏感負荷的高可靠、高質量供電。

新問題：

電網結構複雜、短路容量增大；
交直流能量變換損耗高；
可控性靈活性差；
雙向互動、新能源支持能力差；
電能質量問題突出。

意義：

二、直流配用電網的研究現狀

目前國內外均開展了相關研究。

目前各方只側重於低壓小容量微網方面，互補優化配置不夠細化、關鍵裝置還處於研究階段，缺少多能優化控制系統。

三、直流配用電網的應用場景

構建直流配用電網的典型應用場景是推動直流配用電網體系建立的關鍵。

以直流配用電網為骨幹的能源互聯網路

實現多種能源類型的優化互補，支撐從生產到消費的全方位、全時段覆蓋，呈現多元化、綜合性的互聯網服務業態。

以直流配用電網為骨幹的局域綜合能源網路

基於柔性電網技術的新型混合配電網，支持新能源、儲能接入及能量雙向互動。

基於直流電網的中壓柔性互聯

基於柔性電網技術的新型混合配電網，支持新能源、儲能接入及能量雙向互動。

園區中壓直流配網

基於中壓直流配網，可實現220kV供電分區互聯，實現10kV配電網閉環運行，從而對系統提供動態無功支撐，輔助提高電壓穩定性，減小停電風險。

基於直流配用電的數據中心供能系統

數據中心採用直流配用電將節省大量的換流環節，有效降低配用電損耗；同時，通過優化網路結構，直流配用電系統將會在數據中心節能降耗方面發揮巨大作用。

新能源發電直流接入

使用直流技術彙集電能可以有效簡化海上風電場從發電到併網的整個過程，避免對電能進行多次的整流、逆變和升壓，從而減少系統投資、降低損耗。

基於直流配用電的智能樓宇

從樓宇用電負荷和供電源的發展趨勢可以看出它們表現出的直流特性日趨明顯。這就迫使人們需要重新衡量樓宇供電方式和它的發展方向。

結語

直流配用電網，道阻且艱，大有可為！

很有可能，我覺得未來能源互聯網的發展方向極有可能是基於直流輸配電的。

（想想當初交流電為什麼戰勝了直流電，很大一部分原因是當時的技術使得直流電變壓困難，不適宜遠距離傳輸。而如今隨著電力電子技術的發展，這將不再是問題。我國正在開展的高壓直流輸電項目正說明了這一問題。）

驅動因素：

電源驅動因素：能源危機以及環境污染問題受到普遍的關注，這使得清潔的可再生的分散式電源得到了極大的政府支持與很好的發展。常見的分散式電源有光伏、風機和燃料電池等。這些電源大部分為直流電或經簡單整流後變成了直流電（風機），很明顯這與當前的交流配電網很不兼容。若配電網為直流，這些分散式電源併入配網時可節省大量的換流環節，傳統的交流配電網接入分散式電源時需要DC-DC-AC或AC-DC-DC-AC(風機)，而在直流平配網中省去了DC-AC環節，這將大大的節省成本。

負荷驅動因素：電力電子技術的發展使得用戶的用電形式發生了很大的變化，常見的家電如空調、冰箱、洗衣機大多採用了變頻技術，在交流配網中，這需要經過AC-DC-AC環節。但若是在直流配網中，這便只需要DC-AC變換了，這節省了成本，降低了變換器損耗。另外，我們可以發現，實際上我們身邊許多的用電器本來就是採用直流供電的，如個人電腦、手機、LED燈等，這本來就與當前的交流配電網不兼容，AC-DC變換增加了成本與變換損耗。

其他因素：

1)電子設備和電力電子設備的大量使用、電氣化軌道交通快速發展和衝擊性負荷的增長，導致交流配電系統存在大量的諧波污染源，與用戶對電能質量要求的日益提高矛盾尖銳。

2)電網智能化已成必然趨勢，智能電網對電網的可控性提出了很高的要求，傳統交流配電網可控性較低。

基於上述因素，愛迪生時代的直流配電方案再次為一些學者所關注。一些直流配電系統模型已經被提出，如下圖：

直流配電網路的優勢：

1)直流配電更可靠

發生故障時，直流相比於交流響應速度更快、恢復時間短，以及可通過多次再啟動或降壓運行來創造消除故障、恢復正常運行的條件等優點。而且，電力電子變換器的採用使得直流配電系統內可以形成自有保護區域，各區域內的故障不會波及外部系統。

2)直流配電更高效

在直流輸配電系統中，沒有因傳遞無功功率引起的網路損耗，也沒有因集膚效應產生的損耗，具有遠低於交流輸配電的線路損耗。直流配電系統的損耗主要集中在電力電子變換器部分，目前已出現效率高達99％的直流變換器；而且，隨著寬禁帶電力電子器件的逐步成熟應用，變換器的效率有望進一步提升。另外一個方面，直流或者含有直流環節的負載日益增多，例如電子產品、直流電動機、電動汽車等。而且，近年來很多旋轉性質負荷逐漸趨於配置變頻調速裝置一起使用，直接為這些負載提供直流電效率更高。

3)沒有頻率穩定、無功功率和交流充電電流等問題

交流系統運行時需要控制電壓幅值、頻率和相位，而直流系統則只需要控制電壓幅值，不用涉及頻率穩定和無功功率等問題。此外，無論是從提高線路可靠性角度還是從不破壞景觀角度出發，配電網採用電纜線路已經是趨勢。由於電纜沿線電容大，配送交流電時會產生很大的電容充電電流，既增加了線路損耗，也降低了線路輸電容量。而如果採用直流輸電，上述問題都可以避免。此外，直流配電網還具有電能配送能力強、供電半徑大、可提高電能質量、易於實現分散式電源接入與互聯等優點。

直流配電網的研究現狀：

美國相對較早開始了直流配電網的研究，主要研究機構有弗吉尼亞理工大學以及北卡羅來納州立大學等。在2007 年，美國弗吉尼亞理工大學CPES中心提出了「Sustainable Building Initiative(SBI)」研究計劃，主要為未來住宅和樓宇提供電力。隨著研究的深入，CPES 於2010 年將SBI 發展為SBN(Sustainable Building and Nanogrids)，其典型結構如下圖所示。

在2004 年，日本東京工業大學等機構就提出了基於直流微電網的配電系統構想，並實現了一套10 kW 直流配電系統樣機。在上述研究的基礎上，日本大阪大學於2006 年提出了一種雙極結構的直流微電網系統，如下圖所示。

目前，我國在大力推進能源互聯網相關項目，其中比較有代表性是深圳柔性直流配電網項目，其結構圖如下圖所示，包含兩級直流母線電壓，通過VSC 將10 kV 交流電壓變換為±10 kV 直流電壓，然後通過直流變壓器將±10 kV 直流電壓變換為400 V直流母線電壓，以便接入儲能裝置、直流負載及光伏等分散式能源。

直流配網存在的問題:

直流配網的結構設計與優化、直流配電系統電壓等級的選取、高效地電能變換與控制技術、保護與開關設備技術

直流配電系統是一個以直流製為主導的電能配送系統，具有解決現代配電系統面臨的挑戰的潛力。加緊對直流配電系統網路結構、電壓等級選取等基本問題的研究是目前首要任務，研究低成本、高效率的電能變換與控制技術，研製大容量直流開關設備以及開發高可靠的保護系統是推動直流配電技術發展的關鍵。儘管直流配電系統的運行控制與交流系統相比要簡單很多，但直流配電系統的運行與控制有其特殊性，特別是直流配電系統存在很多電力電子變換裝置。這些電力電子變換裝置在提升直流系統可控性的同時，也增加了系統的複雜性。

參考文獻：

江道灼.鄭歡直流配電網研究現狀與展望[期刊論文]-電力系統自動化
2012(8)

王丹.毛承雄.陸繼明.陳迅.曾傑.張俊峰.WANG Dan.MAO Chengxiong.LU Jiming.CHEN Xun.ZENG Jie.ZHANG Junfeng直流配電系統技術分析及設計構想[期刊論文]-電力系統自動化
2013(8)

宋強.趙彪.劉文華.曾嶸.SONG Qiang.ZHAO Biao.LIU Wenhua.ZENG Rong 智能直流配電網研究綜述[期刊論文]-中國電機工程學報 2013(25)

王一振.趙彪.袁志昌.付姣.趙宇明.劉國偉.韓英鐸.WANG Yizhen.ZHAO Biao.YUAN Zhichang.FU Jiao.ZHAO Yuming.LIUGuowei.HAN
Yingduo 柔性直流技術在能源互聯網中的應用探討[期刊論文]-中國電機工程學報 2015(14)

既然題目問到直流配電是否有前景，那我就來聊聊前景這倆字，重點只關注前景

第一更直流配網的前景

現有交流配網結構存在以下問題：網架結構薄弱、動態無功不足及線路損耗較大等一系列問題，因此直流配網的優勢在這個時候便能體現出來，具有更加靈活、更加貼近越來越多的家庭用電設備電能需求、更加經濟（在電力電子設備價格越來越低的趨勢下）等特點。隨著更多的分散式能源的接入，微網的逐漸推廣，可能會導致電網電源的高度分散化。而直流配網在未來的人口密集的城市供電將具有極大的優勢，尤其當柔性變流設備的應用，在一定程度上可以減少無功補償設備的投資和佔用的土地面積，且輸配電走廊佔用面積也較交流小，因此，其發展趨勢不言而喻。

下面需要稍微談下直流輸電、配電網的優勢，還是先列個提綱，以後來填

1、提高DG接入滲透率

2、提高系統供電可靠性及保證良好的電能質量

3、適應電動汽車、結合儲能的微網的發展

4、可擴展性較強，適應未來電網負荷發展需求

5、節約輸電走廊等特點使其更加經濟

限於時間，以後再更。

2015.10.30

第二更

以下分析基本基於未來發展角度考慮，有部分分析是不符合現在的經濟性要求的，各位看官就當民科看下就好。

1、提高DG的滲透率

我們以常規光伏發電和風力發電這兩種新能源為例，在可替代能源中這兩種能源應用和研究算是相對很多了。

咱們首先說下光伏發電（PV），光伏發電可以分為分散式發電和集中式大規模兩種。因為說的是配電網，咱們就主要集中在分散式光伏發電這一塊。

分散式光伏發電發出的電一般為直流電，且一般分散式光伏規模較小，在併網前一般會採用兩級式併網，第一級為Boost電路，提高輸出直流電壓等級，同時還兼具最大功率跟蹤（MPPT）的功能，第二級一般為逆變環節併網。但如果直接接入直流配網，省去了接入大電網中間的DC/AC環節，多個分散式PV連接到分支母線，分支母線可以通過升壓斬波電路匯聚到高電壓等級的直流配網母線，通過中高壓直流配網母線再通過逆變併網，這樣省去了很多DC/AC環節。眾所周知（這個眾所周知是相對於電氣專業的人來說的），電力電子器件損耗還是較大的，多級電力電子效率會下降更快，當然隨著以後寬禁帶電力電子設備的應用，效率問題應該可以解決。同時我們還應該注意到，實際上直流變交流一般要求直流側電壓是要高於交流側電壓的，如果直接併網的話，那所謂的電壓利用率還是較低的。且直流傳輸同樣的電能所需的導線少於交流所需的導線，無需考慮併網的同頻問題，直流輸電無功功率需求量極低，相應補償設備投資會很少。

當然，純粹的直流還是有一定的缺點的，還是拿光伏發電考慮，因為光伏發電沒有轉動慣性部分，因此其故障穿越能力受限，這算是其短板。

說完光伏說下風力發電，雖然風力發電輸出的一般是交流，但間歇性較強，所發電的電能質量不高，且當下很多地區都不願接收，導致棄風現象很嚴重，當然還有一些別的原因，這裡只提電能質量原因。如果經過整流後變為直流，無論再逆變或再斬波，相對而言電能質量的問題都會較好解決。

其實發展直流配網很大一部分原因還包括現在的家用電器直流負載較多，如手機，擁有良好低速性和穩定性能壓縮機的直流變頻空調等，當然隨著技術發展，會有越來越多高性能的家用電器加入直流行列，對此，我們只能拭目以待。

以上，有的分析不全，其他以後找時間再更

兩年前提的問題，搞了兩年相關方面的科研，論文也發了不少，特地跑來自問自答。

直流配電網這個概念火起來也就是近幾年的事情，兩家電網公司在配電網升級改造方面投入了大量資金，隨著電力電子技術的進步，人們也開始探討直流應用配電網的可能性。甚至在深圳和蘇州等地區，也在論證直流配電網應用的技術問題。

大概在10年到14年時，大家的科研熱點是直流微電網，主要解決的是新能源併網或者孤島等問題，可應用在海島，艦船或者樓宇。微電網也屬於低壓配電網，但是現在大家的研究熱點集中在中壓配電的應用，也就是主要集中在正負10kV或者正負7.5kV等電壓等級，主要解決的是提高電能質量，增大輸送容量或者減小線路走廊等問題。其實這也不只是限於科研領域，國外已有相關工程實際應用，比如芬蘭建設了一條農村地區的直流配電網已解決輸送容量的問題，德國亞琛大學正在建設校園內部的直流配電網。

就像好多回答里提到的一樣，如果直流配電網的建設目的只是為了減少換流環節，減少換流損耗，是很不現實的，成本很高，不可能大規模應用。也就說，在可預見的未來，直流配電網基本不可能作為配電網主網架獨立存在，而最有可能的應用形式就是交直流混合配電網的應用，也就是在傳統的交流配電網基礎上進行改造或者直接增加新的直流線路，為特定區域特定用戶搭設直流配電網。

交直流混合配電網的應用會帶來一些顯而易見的好處，比如對於數據中心、銀行、高層建築等，有的對電能質量要求高，有的用電量很大，有的線路走廊要求嚴格，直流可以滿足這些需求；另外，傳統的交流配電網是沒有多少控制手段的，但在直流引入後，就可以通過控制換流站來使整個配電網運行更可靠，更優化，比如配電網一般損耗較大，功率因數較低，這些都可以通過換流站的調整實現優化。

在普及之前，也存在一些問題急需解決，比如變流器價格昂貴，諧波問題，協調控制問題，保護整定問題。

參考文獻：

直流配電網研究現狀與展望江道灼

交直流混合主動配電網關鍵技術研究陳雲燕

POSSIBILITIES OF THE LOW VOLTAGEDC DISTRIBUTION SYSTEMS

這個未來還是很有可能的。基於新能源的發展現狀，為了改善能源結構，這是必行的一步。

有沒有感覺三十年河東三十年河西啊，說不定未來又是直流的世界了。

但是這個變革應該不會發生在中國，因為直流輸電和國網技術領域的特高壓交流輸電是背道而馳的。

我覺得很有可能，未來某個國家，或組織，制訂了直流輸電的行業標準，那麼新能源的大趨勢真的就勢不可擋了。不過這個發生的地方還是不太可能在中國。

成本太高，短期不可能實現的，何況現在的交流配網也沒啥大問題。

道理我都懂，優勢也很明顯。

可是，需要錢啊。

愛迪生會來感謝你的支持

技術上，目前制約直流配電的關鍵因素是直流斷路器……而且建好直流網以後是否還會出現新的，還未發現的問題？

經濟上，由於交流網技術成熟，而且已經建好交流系統。直流網雖然有樓上所說的那些好處，但為了這些好處捨棄已經建好的交流網是否值得？

不過新技術就是試，找個小區做個示範工程出來，運行上一段時間，大概也就能看出來了。

肯定會是直流的天下，以後直流都用到幹線特高壓的輸電當中，交流配電負責兩頭，發電端和尾端低壓交流配電。

以前不用直流，是因為以前直流輸電的技術的電壓受限高不了，現在隨著技術發展，已經電壓已經不斷在突破。

本人觀點，技術不是大問題，或者說技術大多用來解決細節問題，在技術支撐下的關鍵是直流配網的規劃、設計、布局，眼光一定要長遠，高屋建瓴

感覺還是有可能的，未來配電網的形式將更趨於靈活，主要是電力電子環流器的應用。配電網將是直流與交流都有且互相聯繫。

交直流混合配電網關鍵技術，863，十二五重大專項，應該是很有發展潛力的方向。

這項目想想就傷心。

直流配電網的科研很火,關鍵原因是搞直流微網的那幫人，要找新的論文增長點吧

在未來很長一段時間，仍然是交流主導，直流發展，也只能是輔助。交流換流簡單穩定。交流有過零點，對切斷線路等都有很多好處。交直流之爭，交流勝出也有道理的

可能性比較大吧感覺。特別是隨著新能源越來越被重視。大規模應用可能還要等很久。不過中國人向來是搞噱頭的高手，真正普及起來還有很長一段路要走。

成本太高，家用電器基本都是交流，把配網弄成直流，滿大街都得配直變交的設備，成本不言而喻。

作為研究方向，還是可以做的，但是電網推廣到配網層面，目測很難。