中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：解放軍理工大學(xué)國(guó)防工程學(xué)院的研究人員方建華、王金全等，在2014年在一雜志撰文，通過(guò)對(duì)比分析交流微網(wǎng)、直流微網(wǎng)以及交直流混合微網(wǎng)的優(yōu)缺點(diǎn)，指出了直流微網(wǎng)應(yīng)用于地下工程中的優(yōu)越性;通過(guò)分析不同新能源電源的供電特性結(jié)合地下工程的自身特點(diǎn)列舉了可用于地下工程的分布式電源;根據(jù)直流微網(wǎng)的供電結(jié)構(gòu)提出了集中供電和分布式供電兩種供電方式。
分布式電源(DG)能夠減少環(huán)境污染，且其能夠就地消耗電力，減少電能浪費(fèi)，具有很好的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
在地下工程應(yīng)用方面，隨著軍事偵察技術(shù)和武器裝備的發(fā)展，防護(hù)指揮工程成為精確制導(dǎo)武器打擊的目標(biāo)，這就對(duì)地下工程的內(nèi)部電站和各防護(hù)分區(qū)的供電可靠性都提出了新的更高要求，分布式電源能夠解決防護(hù)工程自備電站的隱蔽和建立適應(yīng)地下工程防護(hù)分區(qū)需要的多電源分散供電系統(tǒng)的問(wèn)題，提高了整個(gè)地下工程的戰(zhàn)時(shí)安全性和生存價(jià)值。
分布式電源以微網(wǎng)的形式并入大電網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)新能源供電的有效途徑。目前，國(guó)內(nèi)外研究的微網(wǎng)主要有三種形式：交流微網(wǎng)、直流微網(wǎng)、交直流混合微網(wǎng)。直流系統(tǒng)的控制策略和管理比交流系統(tǒng)簡(jiǎn)單得多，不需要處理三相平衡問(wèn)題，也不需要很多輔助補(bǔ)償裝置來(lái)提高電能質(zhì)量，分布式電源能夠更容易的以直流的形式并網(wǎng)，在直流微網(wǎng)中一條支路故障不影響其它支路的正常工作。
地下工程時(shí)采用分布式電源直流并網(wǎng)的形式供電，既能提高其隱蔽性，又保證了供電系統(tǒng)的安全性和可靠性，從而能夠保障作戰(zhàn)任務(wù)的正常執(zhí)行，更好地適應(yīng)現(xiàn)代化信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的需求。
1 地下工程中的分布式電源
目前，地下工程供電系統(tǒng)均采用以市電和自備柴油電站為電源的供電模式，市電進(jìn)線和自備電源都接入中心配電室，由中心配電室向主體工程各防護(hù)分區(qū)配電，但這種供電模式偽裝難、易暴露、安全性差。因此在地下防護(hù)工程中，可以采用新能源發(fā)電站取代柴油電站，構(gòu)成一個(gè)沒(méi)有排煙、不需偽裝的高效清潔電站作為整個(gè)工程的備用電站。
地下工程由于其特定地理環(huán)境和空間大小的限制，并非所有的新能源都可以應(yīng)用于地下工程中。合理選擇新能源的種類(lèi)對(duì)解決地下工程自備電站的隱蔽偽裝問(wèn)題，改善工程內(nèi)部環(huán)境，提高地下工程總體防御能力和戰(zhàn)時(shí)使用效能有很重要的意義。
PEMFC(質(zhì)子交換膜燃料電池)是一種清潔無(wú)污染的可再生能源，具有能量轉(zhuǎn)換率高、噪音低、模塊化結(jié)構(gòu)和比功率高等優(yōu)點(diǎn);液流電池作為儲(chǔ)能元件，能在常溫常壓下工作，充放電循環(huán)次數(shù)及電池壽命長(zhǎng)，沒(méi)有重金屬和鹵化物等污染物的排放，是一種清潔安全有效的儲(chǔ)能電池;超級(jí)電容器具有功率密度大、充放電效率高、能量管理簡(jiǎn)單、環(huán)境友好等特點(diǎn);鋰電池具有壽命長(zhǎng)、無(wú)記憶效應(yīng)、自放電率低、體積能量比小等優(yōu)點(diǎn)。
由于地下工程多依山而建，諸如風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電等新能源不適合在此使用;核電廠的安全性較差，其選址要求也很高，不宜在已建好的地下工程中使用。
通過(guò)分析各種新能源的特點(diǎn)，燃料電池、液流電池、超級(jí)電容、鋰電池等應(yīng)用于地下工程中是可行的，風(fēng)能、太陽(yáng)能、核能由于其自身不可彌補(bǔ)的缺憾不適合在地下工程中使用。
2 地下工程中的分布式電源的分區(qū)設(shè)置
地下工程按照不同的防護(hù)分區(qū)設(shè)置電源。在四個(gè)防護(hù)分區(qū)設(shè)置分布式電源結(jié)構(gòu)圖，地下工程中用電設(shè)備分布相對(duì)分散。通常每一個(gè)防護(hù)分區(qū)都有其特定功能，包括通風(fēng)照明、指揮通信、給排水、空調(diào)系統(tǒng)等。
每個(gè)獨(dú)立的新能源電站保證這一分區(qū)所有用電設(shè)施的供電，這種分布式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可行，供電可靠性高，可以減少電纜的長(zhǎng)度，因此能夠降低線路損耗。
在地下工程中，不論是PEMFC還是液流電池，其存儲(chǔ)的能量總是有限的，應(yīng)用基于新型儲(chǔ)氫材料(如金屬氫化物、有機(jī)液體、碳基材料等)的新型儲(chǔ)氫技術(shù)，可以提高燃料電池的工作效率和安全性，通過(guò)增加儲(chǔ)液罐的數(shù)量和體積或者提高儲(chǔ)液罐的離子濃度來(lái)增加液流電池的容量，采用超級(jí)電容對(duì)供電系統(tǒng)進(jìn)行能量補(bǔ)償，可以提高供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量。
地下工程畢竟空間大小有限，采用分布式供電系統(tǒng)可以充分利用這些電能。因此按防護(hù)分區(qū)設(shè)置分布式電源結(jié)構(gòu)非常適合地下工程這種特殊的供電體系。
3 地下工程中直流微網(wǎng)供電結(jié)構(gòu)
為新能源供電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，考慮到平戰(zhàn)結(jié)合，平時(shí)用電網(wǎng)中的電通過(guò)整流把交流電轉(zhuǎn)換為直流電輸送到直流母線上，滿足日常維護(hù)保養(yǎng)、通風(fēng)照明等設(shè)備的用電，同時(shí)可以給液流電池、鋰電池、超級(jí)電容充電。
戰(zhàn)時(shí)當(dāng)大電網(wǎng)癱瘓時(shí)，關(guān)斷大電網(wǎng)與系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)燃料電池和液流電池作為系統(tǒng)的主發(fā)電機(jī)，超級(jí)電容、鋰電池作為儲(chǔ)能元件對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)償以及對(duì)多余能量的存儲(chǔ)，燃料電池發(fā)出的電需要通過(guò)DC/DC進(jìn)行穩(wěn)壓連接到母線上，儲(chǔ)能元件既要充電也要放電，采用雙向DC/DC變換器將其連接到母線上。
系統(tǒng)中負(fù)載既有直流負(fù)載也有交流負(fù)載，通過(guò)DC/DC變換將母線電壓轉(zhuǎn)換為直流負(fù)載需要的電壓等級(jí)，并通過(guò)DC/AC將直流電逆變?yōu)榻涣?20V電壓供給交流負(fù)載。
4 地下工程中直流微網(wǎng)供電方式
直流電力系統(tǒng)類(lèi)型主要分為集中供電方式和分布式供電方式。目前分布式供電方式發(fā)展越來(lái)越迅速，以其高可靠性正逐步取代集中供電方式，在地下工程中這兩種供電方式均可以被采用，下面分析這兩種供電方式的具體形式和主要特點(diǎn)。
4.1 集中供電方式
集中供電系統(tǒng)是將包括PEMFC、液流電池、超級(jí)電容、鋰電池、直流斬波變換器和配電屏等相關(guān)的直流電源設(shè)備安裝在供電室。
這種結(jié)構(gòu)中既有外部電源又有內(nèi)部備用新能源電站，內(nèi)外電源一般分列運(yùn)行，將動(dòng)力與通信、照明負(fù)荷分別接在不同的母線段上供電。分列運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，減少了誤操作的可能性。
對(duì)一級(jí)負(fù)荷主要采用Ⅲ段和Ⅳ段母線的雙電源負(fù)荷側(cè)自動(dòng)切換的供電方式，采用這種雙電源自動(dòng)切換措施，能夠較好地保證一級(jí)負(fù)荷對(duì)供電可靠性的要求，對(duì)二級(jí)負(fù)荷采用Ⅲ段和Ⅳ段母線的雙電源負(fù)荷側(cè)手動(dòng)切換的供電方式，能夠滿足二級(jí)負(fù)荷一定的可靠性要求，當(dāng)電源容量不足時(shí)自動(dòng)切除三級(jí)負(fù)荷。
4.2 分布式供電方式
分布式供電方式的運(yùn)行方式與集中式供電方式大致相同，如圖4所示，都采用雙電源分列運(yùn)行、單母線分段接線方式，一級(jí)負(fù)荷在Ⅰ段母線和Ⅱ段母線的雙電源負(fù)荷側(cè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換，同時(shí)備用新能源電源在雙電源負(fù)荷側(cè)自動(dòng)切換的供電措施;二級(jí)負(fù)荷在Ⅰ段母線和Ⅱ段母線的雙電源負(fù)荷側(cè)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)切換，且在備用新能源電源雙電源負(fù)荷側(cè)手動(dòng)切換;三級(jí)負(fù)荷在備用新能源容量充足時(shí)手動(dòng)切換為其提供電能，在系統(tǒng)容量不足時(shí)將三級(jí)負(fù)荷手動(dòng)切除。
當(dāng)對(duì)負(fù)載進(jìn)行獨(dú)立供電時(shí)，各組負(fù)載均擁有獨(dú)立的電源轉(zhuǎn)換單元和電源控制單元，由于系統(tǒng)的規(guī)模相對(duì)較小，而且負(fù)載情況基本上已給出，對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)以及故障的隔離都比較方便，但是在散熱處理以及負(fù)載的擴(kuò)充方面存在不足;當(dāng)對(duì)負(fù)載集中供電時(shí)，同一個(gè)電源向不同的負(fù)載傳輸電能，電源不能夠靈活地進(jìn)行擴(kuò)充，線路上的損耗也比較大，然而在穩(wěn)定性設(shè)計(jì)方面卻比較簡(jiǎn)單。
總體來(lái)說(shuō)，分布式供電在可靠性和優(yōu)化設(shè)計(jì)方面比集中供電要好，合理地選擇電源和布線方案，更有利于提高地下工程供電系統(tǒng)的利用率和安全穩(wěn)定性。
5 結(jié)語(yǔ)
本文通過(guò)對(duì)比分析交流微網(wǎng)、直流微網(wǎng)以及交直流混合微網(wǎng)的優(yōu)缺點(diǎn)，指出了直流微網(wǎng)應(yīng)用于地下工程中的優(yōu)越性;通過(guò)分析不同新能源電源的供電特性結(jié)合地下工程的自身特點(diǎn)列舉了可用于地下工程的分布式電源，包括燃料電池、液流電池、超級(jí)電容、鋰電池等;根據(jù)直流微網(wǎng)的供電結(jié)構(gòu)提出了集中供電和分布式供電兩種供電方式。
當(dāng)前直流微網(wǎng)尚未投入實(shí)際應(yīng)用，其并網(wǎng)控制技術(shù)、接地保護(hù)技術(shù)以及故障診斷技術(shù)等還不夠成熟，電能質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定性還需繼續(xù)提高，應(yīng)用于地下工程也有待于進(jìn)一步實(shí)踐和論證。
原標(biāo)題:【學(xué)術(shù)】直流微電網(wǎng)應(yīng)用于地下工程的可行性研究
