电压敏感型负荷接入的直流微电网熔断器选择优化开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

随着全球经济的发展,能源需求快速增长,尤其是对电力的需求更加凸显,环境问题也日益严重。在环境需求和能源需求的两方面要求下,分布式发电应运而生。分布式发电是将小型发电装置就近分布在负荷附近的一种发电方式,可以有效地利用可再生能源。这种方式可以省去庞大的输配电网络,减小了电能传输过程中的损耗,同时还能有效地提高供电可靠性。然而,分布式发电也存在一些问题,比如分布式电源接入成本髙、分布式电源输出不稳定等。为了协调大电网和分布式发电的矛盾,充分挖掘分布式能源的价值,微电网的概念也随之出现。

微电网是一个包含分布式微电源、负载、储能装置以及控制装置等设备的可控系统,具有低成本、低电压和低污染等优点。它具有并网运行和孤岛运行两种工作方式。微电网可分为交流微电网和直流微电网,现有研究多集中于交流微电网。然而相比交流微电网,直流微电网不存在相位同步、谐波治理和无功损耗等问题,且具备以下优点:电能变换等级少,系统效率得以提高且动态响应性能更好;线路传输功率为交流的√2倍,不存在集肤效应,更利于减小线路尺寸和降低功率损耗。因此,作为一种运行效率更高、综合造价更低和占用空间更少的组网方式,直流微电网已逐渐受到重视。

直流微电网通常是由分布式电源、储能系统、并网变流器和负荷单元四部分组成,典型结构如图1所示。

图1.直流微电网结构图

本文研究就是电压敏感型负荷单元接入直流微电网后熔断器的优化。当直流微电网发生短路故障后,系统电压降急剧下降,而直流微电网中接入的电压敏感型负荷正常工作与否对电压跌落十分敏感,因此对直流微电网熔断器的选型优化进行研究。

市场上可用于低压直流系统的保护装置是熔断器,塑壳断路器(MCCB),低压电源CB和隔离式CB。其中一些型号专为直流而设计,但大多数可用于交流和直流应用。但是,交流和直流操作的额定值不同,在设计保护系统时必须仔细考虑。

在直流微电网保护系统中,面临最大的挑战是灭弧较为困难。由于直流供电不存在过零点,在电流开断的瞬间会产生电弧,因此存在火灾隐患,这直接关系到人身安全问题。为了确保电弧熄灭,在直流保护系统中所采用的保护设备与交流系统有一定的差别。常用的保护设备主要有直流断路器和熔断器。直流断路器具备超一流的限流能力,采用特殊的灭弧装置,能够快速切段直流系统中的故障电流。熔断器在高的场合,熔断较快,电弧熄灭容易。

美国最早提出了直流微电网的概念,而且对直流微电网的研究起步也比较早。2007年,弗吉尼亚理工大学国家电力电子研究中心( CPES) 提出了关于“Sustainable Building Initialtive( SBI) ”的研究计划,针对未来家庭供电的直流微电网架构“。该系统通过一个双向与大电网并网,可以接入光伏、风电、燃料电池等微电源,并可以将家庭多余电能输送至大电网。此外,该架构中还增加了能量管理系统,可以对储能单元进行优化控制。系统包含了和两种电压等级,能够满足一般家庭日常使用。2008 年起,EMerge Alliance 公司开始在美国推广直流微电网,来改善建筑和内部设备的供电方式。2010 年,CPES 中心将SBI发展为系统直流母线采用 DC 380 V 和DC 48 V 两种电压等级的SBN ( Sustainable Building and Nanogrids)。2014年,美国 EMerge Alliance 公司与当地组织合作,开始向东亚推广直流微电网。

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