迄今为止,低压直流配电唯一被认为足够成熟的应用领域为数据中心和电信供电系统。在这些应用中,直流电源不仅用来为服务器和其他这样的信息通信技术设备提供电力,而且也用于照明、空调和电动车辆(EV)的充电。在其他应用环境,如家庭、工业和LVDC公共配电系统,实用公共直流电网目前还没有相应的标准。
芬兰Elenia Oy公司配电系统调度中心(DSO)和ABB电气传动系统部于2014年3月合作开发了此低压直流配电系统。
芬兰Elenia Oy公司利用低压直流配电线路替代中压短分支线路进行试点运行的目的,主要是获取低压直流线路运行和维护的长期实践经验,同时通过试验运行明确低压直流配电系统在寿命周期内的费用情况。到目前为止,已运行的低压直流配电线路还没有出现任何故障,未来的运行情况也十分乐观。
通过估算低压直流配电线路在寿命周期内的费用,并与传统中压分支线路比较,作为中压分支线路的替代法案,低压直流配电是一个更经济的解决方案。但由于缺少低压直流设备在配电网中运行的长期经验,对低压直流配电系统寿命周期费用的估算还存在一定的不确定性。在过去的20年中,构成直流换流器的电力电子设备的费用正以每年5%左右的幅度降低,然而传统交流配电设备的费用却大幅增加。低压直流配电凭借其节约成本的巨大潜力,可为未来芬兰大范围的农村配电网中压分支线路的重建工作提供合适的替代方案。
1应用区域分析
1.1芬兰Elenia Oy公司的现状及展望
芬兰Elenia Oy公司是芬兰第二大配电网公司,拥有将近41万客户,覆盖了5万km2的地区,市场份额约占芬兰全国的12%,中低压配电网的线路总长度超过了6.5万km,其中,中压配电线路的总长度约2.2万km,低压线路的总长度约4.3万km。公司的配电网主要向人烟较稀少的地方供电,所以农村地区电网的配电技术发展极为重要。芬兰Elenia Oy公司决定通过铺设电缆来建设一个新网络,现在该公司中压电压等级(MV)电网的电缆铺设率已经达到了19%,低压电压等级(LV)则达到了39%,总体的电缆铺设率为32%。该公司已决定在未来15年内,将电缆铺设率提高到70%。在这段时间之后,芬兰Elenia Oy公司将会有7 000km左右的农村中压电网分支线路等待重建。
1.2更新配电网络的主要驱动力
芬兰Elenia Oy公司更新配电网络的主要驱动力,就在于试图采用经济的方案对老旧中压配电网的分支线路进行改造,并提高配电网的整体供电可靠性和电能质量。
低压直流配电是一项全新的技术,现今的换流器运行时间最长的也仅仅只有15~20年,这只是配电网其他一次设备平均寿命的1/2。但是,电力电子技术是不断发展的,未来电力电子设备的寿命还会延长,结构也会更加模块化,局部适应性也会更加灵活。