Повна стаття До універсальної системи розподілу постійного струму

Статті

  • Повна стаття
  • Цифри та дані
  • Список літератури
  • Цитати
  • Метрики
  • Ліцензування
  • Передруки та дозволи
  • PDF

Анотація

Завдяки зростаючій кількості енергоблоків та навантажувальних пристроїв, що працюють із постійним струмом (постійним струмом) на рівні розподілу, є потенційна вигода від зусиль щодо побудови системи розподілу постійного струму. Однак впровадження систем розподілу постійного струму стикається з важливими проблемами, включаючи інерцію ринку систем змінного струму та стандартизацію. Багато переваг, які приписуються постійному струму, можуть бути реалізовані лише в тому випадку, якщо розроблена повна система постійного струму, а не якщо замінено лише кілька компонентів. У цій роботі представлена ​​концепція універсальної системи розподілу постійного струму, як задумано авторами. Універсальна система розподілу постійного струму може бути впроваджена в різних випадках використання, але також може повністю замінити розподільні мережі змінного струму. У статті розглядаються можливості розміщення наномереж постійного струму всередині будинків, мікромереж постійного струму в мікрорайонах та підключення до мереж середньої напруги змінного та постійного струму. Крім того, представлені міркування щодо гнучкості, проектування, контролю та захисту ринку електроенергії.

стаття

1. Вступ

Система електроенергетики суттєво змінюється для того, щоб впоратися із зростаючою участю різних розподілених енергетичних ресурсів. Ці зміни необхідні для забезпечення надійності, ефективності, якості електроенергії, захисту та економічної ефективності системи. Це дає гарну можливість поміркувати про загальну систему та переглянути певний вибір дизайну.

На сьогодні AC є стандартом для передавальних та розподільчих мереж. Домінуванню змінного струму сприяла простота перетворення електричної енергії змінного струму на різні рівні напруги через трансформатор змінного струму, необхідні для ефективного транспортування на великі відстані [1, 2]. Однак досягнення силової електроніки сьогодні дозволяють не менш просте перетворення постійних напруг.

В даний час зайнятість постійного струму зростає при різних рівнях напруги в енергосистемі. Одним із прикладів є прийняття ліній HVDC для транспортування електричної енергії на великі відстані. Як повідомляється, перевагами HVDC перед HVAC є низька вартість, зменшення втрат та відсутність обмежень на кабелі великої відстані [3].

На рівні пристрою постійний струм також повертається. Високі частоти перемикання перетворювачів постійного/постійного струму призводять до зменшення пасивних компонентів і, як наслідок, зменшення розміру, ваги та вартості. У системах, де раніше трансформатор змінного струму використовувався для зниження напруги до того, як воно було випрямлене, зараз випрямлення застосовується негайно. Більше того, DC приймається для постійно зростаючої кількості програм, включаючи центри обробки даних, телекомунікації, будівлі та судна. Переваги використання постійного струму, наприклад, у центрах обробки даних, включають підвищення ефективності, менші капітальні витрати, підвищену надійність та покращену якість електроенергії [4].

Через збільшення кількості застосувань постійного струму стає потенційно вигідним будувати систему розподілу на постійному струмі замість змінного струму. У літературі вбачається, що постійний струм має кілька переваг перед змінним струмом з точки зору передачі, ефективності, перетворювачів та управління [5]. Однак широке застосування систем розподілу постійного струму все ще стикається з проблемами, включаючи ринкову інерцію систем змінного струму та відсутність стандартизації. Порівняння змінного та постійного струму не буде висвітлено в цьому документі, оскільки всі переваги постійного струму над змінним струмом можуть бути визначені кількісно лише після розробки повної системи постійного струму.

Відсутність загального стандарту призвело до різноманітних архітектур та функціонування систем розподілу постійного струму. Більшість літератури присвячена місцевим мережам постійного струму в будівлях [6], наприклад для освітлення додатків та центрів обробки даних [7]. Багато дизайнерських виборів було зроблено для конкретних застосувань, не беручи до уваги потенційні переваги наявності повної системи розподілу постійного струму низької напруги. Крім того, часто передбачається місцеве виробництво та зберігання [8], тоді як розподілом ресурсів та розміщенням відновлюваних джерел нехтують.

Більшість робіт з розподільних мереж постійного струму передбачає, що перетворювачі встановлюються в кожному домогосподарстві, які підключають місцеві наномережі постійного або змінного струму [9–11]. Ці перетворювачі забезпечують зручне розділення та можуть також використовуватися для цілей захисту [10]. Однак, оскільки ці перетворювачі повинні мати номінальну пікову потужність, вони, як правило, дорогі. Якщо взяти комплексний погляд на загальну систему розподілу, цих недоліків можна уникнути, знявши перетворювачі у кожному домогосподарстві. Однак більш складні взаємодії та взаємозалежності, напр. контролю та захисту, з ними доводиться мати справу.

Цей документ сприяє дискусії щодо універсальної системи розподілу постійного струму, яка може бути застосована до різних випадків використання. Цілісний погляд розглядається на більшій системі розподілу, і висвітлюються виклики та можливості, які можна знайти у взаємозалежності системи. Наприклад, обговорюються стандартизація, сітчасті розподільні мережі, модульні рівні напруги, гнучкість, дизайн ринку, контроль та захист. Він не лише розглядає можливості застосування місцевих наномереж постійного струму в найближчому майбутньому, але також націлений на універсальну систему з можливістю повної заміни розподільчих мереж змінного струму низької напруги в довгостроковій перспективі. Сюди входить вирішення проблем, що виникають з періодичними відновлюваними джерелами енергії. Це продовження двох попередніх робіт, в яких були представлені можливості та проблеми систем розподілу постійного струму [12, 13].