Articolul complet Către sistemul universal de distribuție DC

Articole

Articol complet
Cifre și date
Referințe
Citații
Valori
Licențierea
Reimprimări și permisiuni
PDF

Abstract

Datorită unui număr din ce în ce mai mare de unități de generare a energiei și dispozitive de încărcare care funcționează cu curent continuu (DC) la nivel de distribuție, există un beneficiu potențial al eforturilor de conducere către construirea unui sistem de distribuție DC. Cu toate acestea, implementarea sistemelor de distribuție de curent continuu se confruntă cu provocări importante, inclusiv inerția pieței sistemelor de curent alternativ și standardizarea. Multe dintre beneficiile atribuite DC pot fi realizate numai dacă este dezvoltat un sistem DC complet și nu dacă sunt înlocuite doar câteva componente. Această lucrare prezintă conceptul unui sistem universal de distribuție DC, așa cum au prevăzut autorii. Sistemul universal de distribuție DC ar putea fi implementat în diferite cazuri de utilizare, dar ar putea înlocui complet rețelele de distribuție AC. Hârtia acoperă posibilitățile de a avea nanogrile de curent continuu în interiorul clădirilor, microgrile de curent continuu în cartiere și conexiunea la rețelele de medie tensiune de curent alternativ și curent continuu. Mai mult, sunt prezentate considerații privind flexibilitatea, proiectarea, controlul și protecția pieței de energie electrică.

1. Introducere

Sistemul de energie electrică se schimbă semnificativ pentru a face față participării crescânde a diferitelor resurse distribuite de energie. Aceste modificări sunt necesare pentru a asigura fiabilitatea, eficiența, calitatea energiei, protecția și rentabilitatea sistemului. Aceasta prezintă o bună oportunitate de a reflecta asupra sistemului general și de a reconsidera anumite alegeri de proiectare.

AC este în prezent standardul pentru rețelele de transmisie și distribuție. Dominanța AC a fost facilitată de ușurința transformării energiei electrice AC la diferite niveluri de tensiune prin intermediul transformatorului AC, necesar pentru transportul eficient pe distanțe mari [1, 2]. Cu toate acestea, progresele în electronica de putere permit în prezent o transformare la fel de simplă a tensiunilor de curent continuu.

În prezent, utilizarea DC este în creștere la diferite niveluri de tensiune în sistemul de alimentare. Adoptarea liniilor HVDC pentru transportul energiei electrice pe distanțe mari este un exemplu. Avantajele HVDC față de HVAC sunt raportate a fi costuri reduse, pierderi reduse și absența restricțiilor asupra cablurilor pe distanțe lungi [3].

La nivel de dispozitiv, DC are și o revenire. Frecvențele de comutare ridicate ale convertoarelor DC/DC au ca rezultat componente pasive mai mici și, prin urmare, o reducere a dimensiunii, greutății și costurilor. În sistemele în care anterior a fost utilizat un transformator de curent alternativ pentru a reduce tensiunea înainte de a fi rectificat, rectificarea este acum aplicată imediat. Mai mult, DC este adoptat pentru o cantitate din ce în ce mai mare de aplicații, inclusiv centre de date, telecomunicații, clădiri și nave. Avantajele adoptării DC în, de exemplu, centrele de date includ o eficiență îmbunătățită, costuri de capital mai mici, fiabilitate sporită și o calitate a energiei îmbunătățită [4].

Datorită numărului tot mai mare de aplicații DC, devine potențial benefic să construim sistemul de distribuție pe DC în loc de CA. În literatură, s-a văzut că DC are mai multe avantaje față de AC în ceea ce privește transmisia, eficiența, convertoarele și controlul [5]. Cu toate acestea, aplicarea largă a sistemelor de distribuție DC continuă să se confrunte cu provocări, inclusiv inerția pieței sistemelor de curent alternativ și lipsa standardizării. O comparație între curent alternativ și curent continuu nu va fi acoperită în această lucrare, deoarece beneficiile complete ale curentului continuu asupra curentului alternativ pot fi cuantificate numai odată ce este dezvoltat un sistem CC complet.

Lipsa unui standard general a dus la diverse arhitecți și operațiuni ale sistemelor de distribuție DC. Majoritatea literaturii se concentrează pe rețelele DC locale din clădiri [6], de ex. pentru aplicații de iluminat și centre de date [7]. Multe dintre alegerile de proiectare au fost făcute pentru aplicații specifice, fără a lua în considerare potențialele avantaje ale unui sistem complet de distribuție de curent continuu de joasă tensiune. Mai mult, se presupune adesea generarea și stocarea locală [8], în timp ce partajarea resurselor și localizarea surselor regenerabile este neglijată.

Cea mai mare parte a lucrărilor la rețelele de distribuție DC presupune că convertoarele sunt instalate la fiecare gospodărie, care conectează nano-rețelele locale DC sau AC [9-11]. Acești convertoare asigură o separare convenabilă și ar putea fi, de asemenea, utilizate în scopuri de protecție [10]. Cu toate acestea, deoarece aceste convertoare trebuie să fie evaluate pentru puterea maximă, acestea sunt în general scumpe. Luând o viziune integrală asupra sistemului general de distribuție, aceste dezavantaje ar putea fi evitate prin îndepărtarea convertoarelor din fiecare gospodărie. Cu toate acestea, interacțiuni și interdependențe mai complexe, de ex. în control și protecție, trebuie tratate.

Această lucrare contribuie la discuția către un sistem universal de distribuție DC care ar putea fi aplicat în general la diferite cazuri de utilizare. O perspectivă integrală este luată asupra sistemului de distribuție mai larg și sunt evidențiate provocările și oportunitățile care pot fi găsite în interdependențele sistemului. De exemplu, sunt discutate standardizarea, rețelele de distribuție cu ochiuri, nivelurile modulare de tensiune, flexibilitatea, proiectarea pieței, controlul și protecția. Nu ia în considerare numai aplicațiile viitoare apropiate de nanogrile DC locale, ci vizează și un sistem universal cu capacitatea de a înlocui complet rețelele de distribuție de curent alternativ de joasă tensiune pe termen mai lung. Aceasta include abordarea provocărilor introduse de sursele de energie regenerabile intermitente. Este o continuare a două lucrări anterioare în care au fost prezentate oportunitățile și provocările sistemelor de distribuție DC [12, 13].