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光储直柔配电系统的电压质量考量

电能质量是现代交流电力系统中极为关注的一个持续关注和修正的指标，其中电压暂变和中断等电压质量变化已成为重要的电能质量问题，为此全球的电气专业人员投入大量精力，经过数十年的不断努力建立了一套评判标准和改进方案。随着公共交流配电系统中光储直柔用户侧配电网络的加入，有关直流配电系统的电压质量考量也成为电气工程人员研究课题之一。

1、直流电压带与电压区域内操控安全性

相比交流用电设备，直流用电设备对供电电压带有着更为宽泛的适应性，因此在直流电压带和用电时序空间内对供用电设备的操控和系统的安全性，是直流配电回路的一重要的电能直流考核要素。作为供电系统安全研究的专业组织IEC/TC8供电系统技术委员会发布的IECTR63282《低压直流系统标准电压和电能质量要求评定》技术报告中对直流电压带与电压区域内操控安全性做了详尽的分析。

图1LVDC电压带与直流电压区域内互操作安全性示意图

图中低压直流(LVDC)系统的电压带从0-100%可分为B1-B7七个电压区间：

B1停电带：较长的持续时间将导致整个系统关闭。在系统启动期间，设备可暂时通过这个电压区间；

B2临界带：由于系统过载，拉低系统电压可能降至正常工作带以下；

B3正常电压带：各类供用电设备可以在此范围内可正常操作运行；

B4开关、变流器及保护电器工作带：由于电流的突然变化，在这个区域内的电压可能会超调或上升，继而引起相关电器的工作状态变化；

B5过电压保护装置非工作带：浪涌保护等元件不钳位区域的电压；

B6过压保护装置工作带：浪涌保护元件钳位该区域的电压；

B7禁止区域：在此区域内，各类供用电及保护设备很可能永久性损坏。

针对上述7段电压区间的持续时间长短，可以通过R1-R4四个时间段考量电器设备的工作耐受状况，其中R1-R3为暂态，R4为稳态。

R1暂态范围:暂态被限制在很短的时间内,系统经过暂态后，立即恢复到稳态；

R2系统故障范围：这种状态涉及系统电路或系统装置或设备或仪器的故障，在这种状态下，系统通常要求立即断开故障电路、装置或设备与电力系统的连接；

R3电压控制范围：在这种状态下，系统需要采取行动来解决系统平衡问题；

R4连续工作范围：系统及设备处于正常工作状态。

在电压带和电压持续时间包括的范围内，LVDC系统或设备应有不同的状态：

A1:关断状态；A2:紧急状态；A3：正常状态；A4:异常状态；A5:无钳位的过电压状态；A6:钳位过电压状态;A7:禁止状态

电能路由器作为直流配电系统的电源管理设备，应通过管理软件在其直流母线B2-B4电压带范围内，对母线上的各个变流设备进行管理以保证系统的正常运行。

2、直流系统电压带与电能质量

为了直流系统的正常运行，在所有条件下，包括特定或任意节点的电压再应围绕每个工作点的目标工作值有限的变化范围内保持。通常可以认为恒定的直流电压表示输入或输出直流系统的功率是平衡的。系统内设备启动退出或是PV功率等一些事件可能导致直流电压瞬间或暂时偏离正常工作带或波动。同时系统电源组件的不正常运行或宕机也可能导致电压陡降、电压高升或电压波动….

上述这些表现均为直流电源质量问题，图2显示了直流系统中要考虑的电压带和上述电能质量问题持续时间的关系。

图2电压带与电能质量的关系。

电能路由器担负着系统管理和有源前端变流的责任，在需要对导致这些直流电压漂移或波动的事件的频率和幅度加以限制同时，也要限制和消除对于交流公共电网的影响。

越来越多的研究机构确认低压直流(LVDC)配电系统是为消费者长期提供高效电力供应的新的技术路线。其主要原因是LVDC涵盖了广泛的电源接入，从USB-C到兆瓦级用电户均可从LVDC获取电能，LVDC被视为发达经济体更环保、更可持续的能源系统的解决方案，也是发展中国家电力接入的另一种选择。电能路由器在低压直流配电系统中的电压带管理和电能质量控制作用也将更加引起系统集成商和设计人员的重视。