2017年中国新增分布式光伏装机19.44GW，2017年我国累计分布式光伏发电装机29.66GW，累计装机占比大概在22.77%，虽然对比于国外，分布式光伏所占光伏发电并网总装机容量不高，但分布式光伏并网体量大，密度高，对我国配电网影响比较大。目前分布式光伏多接入传统的交流配电系统，但接入到传统的交流配电系统，对配电网本身会产生很大的影响，主要体现在运行控制的问题、电网安全问题、电能质量问题、系统效率问题以及交流线路的传输容量问题。

中国电力科学研究院新能源研究所太阳能发电试验与检测室的刘美茵在“第二届分布式光伏嘉年华（杭州）”上指出针对交流配电系统种种问题，可以将分布式光伏接入直流配电网来解决这些问题，并对直流配电网技术的现状和未来进行了讲解。以下内容根据速记和PPT整理，未经过本人审核。

交流配网消纳分布式光伏存在的问题

幅照强度的波动性、随机性强，运行控制问题突出

光伏电源出力波动性和随机性特点明显，且光伏电站自身无惯性环节，呈现有功功率阶跃性变化特点，需要增加电网的旋转备用容量进行调节；供电可靠性指标分析、电压无功控制、电能计量计费以及与电网自动化系统的信息交互等各种运行控制措施也存在技术问题。

西藏羊八井100kW电站：最大功率变化率每分钟70％。而浙江示范工程（运行3个月），250kW屋顶工程实测最大功率变化率为每分钟20％；60kW屋顶工程实测最大功率变化率为每分钟25％。

分布式光伏接入配电网对电网安全产生影响

光伏分布式接入配电网会带来特有的计划外孤岛运行问题，会威胁线路维护人员人身安全；造成与孤岛地区相连的用户供电质量受影响（频率和电压偏出正常运行范围）；孤岛电网与主网非同步重合闸造成操作过电压；单相分布式发电系统会造成系统三相负载欠相供电，目前所有的防孤岛检测算法均存在检测盲区。

西班牙3MW光伏电站项目：采用3个逆变器厂家的多种型号小型光伏逆变器并联运行，在真实电网故障的情况下电站继续运行，后带负荷人为重现此现象。（各型号逆变器已通过认证，此事件已提交IEC组织。）

大量使用电力电子并网设备带来的电能质量问题严重

光伏并网逆变器采用高频调制，易产生谐波；并联输出谐波放大现象难以预测与治理；输出功率不确定性易造成电网电压波动、闪变；需要电网配置相应电能质量治理装置。

浙江示范工程：在10kV接入、400V接入、220V接入系统中，都检测到谐波电流总畸变率偏高的问题。随着容量的增大，谐波电流对电网的影响将进一步加大。

大量并网关键设备带来的系统效率损失问题

光伏电站业主关心的主要问题是光伏电站的系统效率。太阳能中间系统损失环节多，通常光伏电站的关键部件也非常多，一个十万的电站可能就要包括30多块光伏组件和两千多台集中式的逆变器，占地面积也很大，所以逆变器的损耗和交流侧的损耗也较大。

传统交流供电线路传输容量不足

由于用电负荷的密集，需要配电网络输送更大的容量。同时配电网走两比较紧张，征用新的配电线路走廊代价也比较高。所以在有限的配电线路走廊上输送更大的容量，是需要解决的问题。

最后推导的结果是双极直流线路的传输功率与三相交流线路（功率因数为0.9）大致相等，即在线路建造费用及占用走廊宽度相同时，直流线路的传输功率约为交流线路的1.5倍，采用直流配电能够有效提高供电容量或供电半径。

分布式光伏接入直流配电网现状

对比传统的交流配电的问题和不足。直流配电主要具备几个比较明显的优点：

• 系统稳—无频率稳定、电能质量和无功问题，友好接入电力系统，保证系统的稳定性。

• 效率高—减少直流负荷和光伏电源之间并网变换环节，整体提升光伏电站的并网效率。

• 更灵活—借助电力电子设备，更易实现功率分配、运行控制

现在越来越多的分布式电源接到直流配电网里，包括光伏风电和电池储能；越来越多的直流负荷也接到配电网中，比如说现在越来越多的电动汽车、电子产品、数据中心。直流配电本身具有供电可靠性高、效率高、控制灵活的优势，所以分布式光伏与直流配合相结合目前处于积极探索阶段。

直流配电从理论上来讲主要分为三种结构：第一种是环形结构，两边是交流系统，通过变换，中间包括直流发电、直流电源、直流负载接到中间的环网。

第二种是放射状的结构，交流系统和直流发电，中间采用了变换的环节，直接是放射状的结构。

第三种是两端配电，两端配电相当于两条放射状的结构，里面标注的位子就是风电或者光伏的分布式电源。

国内外针对光伏的直流配电研究得比较多，在2000年左右国外就已经开展了这方面的研究工作，也做了相关的示范，国外的示范跟国内类似，以风电为主，先来开展这方面的研究。

现在国内外对低压的小功率直流变换、高压直流控保、直流配电电压等级等问题研究比较多，但对分布式光伏多端口接入直流配电系统涉及的基础理论、核心装备、与系统集成等关键问题，研究薄弱、未形成体系。

在基础理论方向

现在低压小功率拓扑多、调控自由度高、级联阻抗理论较成熟，但是光伏直流变换功能复杂，尚未建立结合光伏场景的拓扑构建与多端直流并网稳定理论体系。

在升压变流装备

较小或者固定的升压比、小功率应用的升压电流装备比较成熟，但缺乏光伏场景的高升压比的升压电流装备，也没有系列化与产业化。

在直流配电控保

面向HVDC的控保技术与装备，取得突破。缺乏面向复杂中低压直流配网的控保技术与装备。

在系统集成方面

分布式电源接入交流配电系统技术规范与标准制定比较多、比较完善，但直流配电系统集成设计研究尚属空白、尚无标准规范。

去年年底，发布了针对直流电压等级序列的标准，目前还未正式实施。标准内容主要是中低压、直流配电、电压导则，主要针对中压直流配电电压和低压直流配电电压进行的规定。中压直流配电电压主要是±35、±10、±3、±1.5，低压直流配电主要是±750、±375、±110。

未来直流配电的典型应用场景

直流配电网结构分成三种理论场景：场景1是居民低压直流供电，主要是小型的直流负荷、直流电源通过变换，到居民的交流电网里。场景2是城市负荷密集地区直流配网改造，直流电源和负荷可以通过中低压的直流电网变化，场景3是工业园区直流供电，针对两条放射线路、工业负荷和直流中心。

现在应用较多的场景是交直流混合型，以雄安新区配电网和苏州新能源小镇工程为代表，分布式光伏接入直流配电系统的规划与实施已呈现快速发展趋势。以容量和电压等级分，从最高的电压等级是直流和交流的高压输电网，到下面分别是交流式电网，中低压的直流配电网，低压直流配电网。雄安新区标红色的是±350V的直流，绿色的±10KV的直流，还有黑色的是交流部分，最后都通过变换直接接到交流配网里。苏州新能源小镇采用的是双端口的配电结构，都是接入到低压直流配电网里。

苏州同里示范区已建设规划多类型分布式可再生能源3.2MW、直流负荷1.8MW，具有可再生能源示范的基础优势和典型意义。

针对双端口的拓扑结构接入进行服务，包括灵活的高可靠性、高电能质量的交流负荷需求，还有电动汽车直流负载的需求，还包括新能源发电、储能再加交流负荷的交流微电网再加直流负荷的直流微电网。

分布式光伏接入直流配电网需要解决的关键技术

直流配电网需要解决的关键技术。在输配电开始就有交直流的争议，由于直流配电的电压等级比较低、容量比较小、当时电压转化难以实现，所以当时采用了交流的输电配电网。但是心里采用直流配电网，刚才也提到了这种优势和现在分布式电源及直流负荷的增加，所以也提出了现在直流配电网的使用。但是在适用过程中，也发现存在着很多技术问题。关键技术问题：

第一个技术问题是光伏中压变换器高效高可靠性电流，常规电流电压比较低、升压比较小，固定功率比较小。用于光伏的直流变换器的输入输出变换器与传统变换器相比区别比较明显，所以针对常规的变换器增益条件比较弱，不适合于光伏的接入。光伏中压直流变换器升压比可以达到20倍以上，但是光伏的端口功率和电压是随机变化，效率提升也比较困难，运行模式多变，端口和模块数量比较多，故障耦合传导的问题比较突出。所以在采用了LPESO的结构，后面模块可以采用高效的一级拓扑和软开关，后面用碳化硅的工艺细节来提升工艺变换率。

第二个技术问题是技术集成与工程设计技术标准比较少。我国输电网的发展比配电网成熟，针对分布式交流配电网的标准较多，直流配电网较为缺失。

第三个技术问题是快速故障定位与保护技术。传统的交流发电机在发生故障的时候，能够提供稳定的故障电流。但是这种电力电子装置发生故障后冲击比较大，而且里面的故障是毫秒级的，没有办法测量故障信号。

针对以上问题，通过直流配电系统的实证平台，进行仿真和实证检测。仿真利用PSCAD平台，RT-LAB系统在低压和直流电气方面有很好的应用。实证检测平台适用于不同电压范围和波长段实证的检测平台，可以为关键技术研究以及关键技术的把关提供技术支撑。

l  直流配电网的仿真平台分为两部分：非实时数字仿真平台和实时数字仿真平台

l  在非实时数字仿真中，PSCAD具有大规模的计算容量、完整而准确的元件模型库、稳定高效的计算内核、友好的界面和良好的开放性，可以满足项目非实时数字仿真的技术要求

l  RT-LAB系统在电压源换流器和直流变压器方面具有较强的仿真能力，能够满足直流配电实时仿真的技术要求；同时RT-LAB系统扩展方便，经济性较好。

仿真系统开展的试验项目包括：

1、配网系统启动/停运控制：包括系统正常启动、正常停运、紧急停运、故障检修、恢复供电等基本顺序控制功能。

2、配网主换流器控制试验：包括解锁试验、闭锁试验、紧急闭锁试验、功率升降试验、运行范围试验、功率阶跃响应试验、电压控制响应试验。

3、换流器间协调控制试验：主从控制特性试验、下垂控制特性试验、单个换流器退出的响应试验、控制模式切换试验。

4、功率综合控制试验：直流配网潮流优化控制试验、风光储系统协调控制试验、交/直换流器无功/电压控制试验。

5、运行方式试验：各种运行方式的启动、停运试验、各种运行方式的平滑切换试验。

6、系统扰动试验：包括系统中设备的投切、冗余系统切换、控制系统掉电试验等。

7、交直流系统故障试验：交流线路单相接地故障、直流线路接地故障、变压器故障等试验。