中國儲能網(wǎng)訊：5月19日至21日，“第八屆中國國際儲能大會”在深圳隆重召開， 來自中國、美國、德國、英國、加拿大、西班牙、日本、韓國、澳大利亞等國和地區(qū)1500余位政府機(jī)構(gòu)、科研院所、行業(yè)組織、電力公司、新能源項目單位、系統(tǒng)集成商等代表出席本次大會。
國網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院電網(wǎng)技術(shù)中心副主任袁曉冬在“直流配電與儲能專場”，發(fā)表了題為“直流配電儲能應(yīng)用及電能質(zhì)量”的精彩演講。
演講內(nèi)容如下：
袁曉冬：我是江蘇電科院電網(wǎng)技術(shù)中心的袁曉冬，現(xiàn)在是低壓配電網(wǎng)工作組的召集人。我們有一個小團(tuán)隊，依托我們的新能源配網(wǎng)質(zhì)量市，以及南京市交直流混合配電工程技術(shù)研究中心，開展低壓直流配網(wǎng)電能質(zhì)量以及儲能方面相關(guān)的研究工作。
這次的會在深圳舉辦，所以一開始我想還是先致敬一下騰訊，這是一家非常有名的企業(yè)，我們也是伴隨著QQ長大的。騰訊是一家很了不起的企業(yè)，在去年年底有一本《騰訊傳》，總結(jié)了騰訊的幾個特點(diǎn)：對用戶需求理解的加深、對組織效率持續(xù)的探索、對完善產(chǎn)品體驗的極致追求，對復(fù)雜市場環(huán)境的快速反應(yīng)。
今天我們不妨開個腦洞，如果讓騰訊來運(yùn)營儲能行業(yè)會是什么樣的狀況？這兩天我們就儲能談儲能已經(jīng)比較多了，這個事情不知道大家有沒有想過。
從騰訊對自己的分析和研判的角度來講，像這樣的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)做事情的風(fēng)格和普通公司相比就是廚師和大廚的區(qū)別。廚師是逐字照搬菜譜的普通人，真正的大廚可能會自己確立一個創(chuàng)新的菜譜，根據(jù)菜譜會讓這個行業(yè)最后演變成你現(xiàn)在都想不到的狀態(tài)，我覺得騰訊可能就是具有大廚精神的企業(yè)。
在儲能行業(yè)里面，我們做產(chǎn)業(yè)的思維有幾個層次，最內(nèi)層是商業(yè)思維。很多人問我儲能的補(bǔ)貼會怎么樣，峰谷差價政策會怎么調(diào)，這些問題我都回答不了，因為這個問題都在商業(yè)思維的層面，而這個層次逐級往上是越來越難，越往上的層級其實對你這個行業(yè)的覆蓋度是越來越高的，到了技術(shù)思維，我們現(xiàn)在在研究儲能的各種性能的提升，我覺得這就是一個技術(shù)思維，我們現(xiàn)在在研究儲能怎么讓它的能量密度更高，我們在研究怎樣讓直流的保護(hù)更加有效、更加可靠，直流電能質(zhì)量怎么控制，這就是技術(shù)思維，大部分理工男都是這種思維。再往上到科學(xué)思維，可以看到鋰系儲能和鈉系儲能，從科學(xué)第一性考慮，它的能量密度能到多少，如果能量密度到了那個點(diǎn)，這個行業(yè)會變成什么樣的形態(tài)，這個層面可能會更加有利于我們理解整個儲能行業(yè)的發(fā)展。再往上就是人文思維，這一點(diǎn)更高級一點(diǎn)，可能很多大家思考問題都是在這個角度，比如說喬布斯設(shè)計的蘋果，它的樣式不僅是美觀，它可能也是完成了一種在人類之間大家的共同理解，包括我們的儲能大會，我覺得有點(diǎn)像宗教思維，每年形式性的做一個聚會，年復(fù)一年的在這邊集合，它最后就會形成一個宗教思維，通過這一點(diǎn)去覆蓋整個儲能行業(yè)，它可能就站在一個很高的角度。
下面回到我今天的主題。我今天的題目談到了三個概念，一是直流配電，第二是電能質(zhì)量，第三是儲能，其實這三者是緊密結(jié)合的，我今天主要回答三個問題：第一，為什么要選擇直流配電？第二，直流配電的電能質(zhì)量的特點(diǎn)是什么？第三，儲能在直流配電當(dāng)中的作用是什么？
我大概整理了我們選擇直流的幾個優(yōu)勢，首先是效率更高，第二是可靠性更高，第三是直流的電能質(zhì)量更優(yōu)，這些都是有數(shù)據(jù)支撐的，第四是傳輸能量更大，第五是直流的體積更加優(yōu)秀，第六是直流的經(jīng)濟(jì)性有望超越交流，第七是直流減少變換層級，它的效率也會得到明顯的提高。直流設(shè)備的成本也會逐年降低，進(jìn)一步符合摩爾定律，直流是能源消納和消費(fèi)的最后一公里，它是銜接最后一公里最有效的技術(shù)。
這是國際電工組織對直流的研究報告，它對全球的直流市場進(jìn)行了分析，保守估計10年之后將會成為一個萬億美元的市場。
下面講講直流配電電能質(zhì)量的特點(diǎn)。
我們研究電能質(zhì)量有一個簡單的定義，它是電力系統(tǒng)指定點(diǎn)處的電特性，關(guān)系到供用電設(shè)備正常工作或運(yùn)行的電壓、電流的各項指標(biāo)偏離基準(zhǔn)技術(shù)參數(shù)的程度。我讀研究生的時候是學(xué)電能質(zhì)量的，工作也是做電能質(zhì)量研究的，我以前考慮的就是電壓暫降、電壓中斷、電壓不平衡，諧波等等問題，電能質(zhì)量的問題很復(fù)雜，我后來有一段時間對這個問題又做了一些思考之后，我突然想明白了，在交流系統(tǒng)里面電能質(zhì)量是一個相對比較簡單的事情，很容易理解，我現(xiàn)在就把我對這個東西的理解給大家做一個分享。在一個純交流系統(tǒng)里面，我們學(xué)電力系統(tǒng)的都知道，它的一個簡單模型是單機(jī)無窮大系統(tǒng)，交流電網(wǎng)就是一個單機(jī)無窮大系統(tǒng)的集合。交流電網(wǎng)里面原先就是一個非常線性的電網(wǎng)，所有的電能質(zhì)量的問題都是在這樣一個線性的電網(wǎng)里面存在的各種的問題。
交流系統(tǒng)的電能質(zhì)量本質(zhì)就是一個隨波逐流模型，它的所有問題就是電流在阻抗上產(chǎn)生的影響，這個電流轉(zhuǎn)化到電能質(zhì)量的視角，它里面包括了諧波電流、波動負(fù)載、沖擊電流、負(fù)序電流等等，這些電流達(dá)到了我的阻抗，包括發(fā)電機(jī)阻抗、變壓器阻抗、線路阻抗、正負(fù)零阻抗，它這里面所有的過程都是連續(xù)的，它沖擊過來就是一個隨波逐流的過程，一旦沖擊過來，就像一個海嘯一樣，這個波一直走下去，影響到哪個地方，影響有多大，完全是可以通過線性的公式算出來的，所以典型的電能質(zhì)量控制方式就是改變阻抗、改變功率，通過這些方式可以解決電能質(zhì)量問題。如果一個海嘯過來，你即使知道怎么控制，但是你也很難控制，你去改變它的阻抗、功率，難度都相對很大。
我們的電力系統(tǒng)再往后出現(xiàn)了一個問題，就是電力電子化，大量的電力電子設(shè)備進(jìn)入電力系統(tǒng)，一類是接在末端，比如說光伏、風(fēng)電，還有一類是負(fù)載，這里面接入了大量的電力電子元件。還有一個讓大家覺得比較麻煩的問題就是直流網(wǎng)，我們的電力系統(tǒng)是在更高一層的，比如說高壓直流、特高壓直流，都是在電力系統(tǒng)里面更高一層去做網(wǎng)的銜接。這些元件在整個系統(tǒng)里面是非線性的元件，它完全是由電力電子的控制產(chǎn)生的，每一個直流元件的控制策略都不一樣！這個不一樣就導(dǎo)致了我的系統(tǒng)里面發(fā)生了一個非常慘烈的變化，就是機(jī)電系統(tǒng)的電力電子化，這里面我給它起了一個名字叫驚濤拍岸模型。就像剛才說的交流系統(tǒng)里的一個海嘯，原先我的電流和阻抗決定了我的電能質(zhì)量的阻抗，現(xiàn)在加上了不連續(xù)性，里面有無序的控制，比如說換相失敗，或者低穿不過，功率小可能還好，但如果功率大的話，你可以理解成在海上有一個巨大的島礁，這樣原先的電能質(zhì)量問題一下子就被放大，這些問題可能直接導(dǎo)致電力系統(tǒng)的穩(wěn)定問題，或者電力系統(tǒng)整體的安全問題，這就是一個電力電子化以后非常困難的一個事情?，F(xiàn)在典型的電能質(zhì)量控制方式就是改變阻抗、改變功率和控制調(diào)節(jié)，這里面包括了APF、SVG、DVR、虛擬同步機(jī)和逆變器調(diào)相等等，這些方式都是為了解決被嚴(yán)重惡化的電能質(zhì)量問題。
而我們現(xiàn)在談的直流配電，我覺得是一個非常好的結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在直流配電往外接的所有的系統(tǒng)，無非是交流系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)，或者其它的電源，而這些電源整個可以通過AC/DC或者DC/DC接到我的系統(tǒng)里面來，而在這個接的過程中，AC/DC和DC/DC的控制就變得相對容易得多，這種方式能夠有效地把電網(wǎng)和外界的擾動做一個隔離。這種隔離相當(dāng)于不管外界的風(fēng)浪有多大，我筑起了一層堤壩，我在堤壩內(nèi)部可能是直流配網(wǎng)，堤壩外部完全可以通過我的水庫去調(diào)節(jié)外部的狀態(tài)，這個調(diào)節(jié)能力完全取決于電力電子的AC/DC和DC/DC的控制策略和控制手段，這個事情如果從科學(xué)的思維來想，把這個事情做到極致是完全沒有問題的，我覺得在座各位很多做電力電子的應(yīng)該完全有信心，在這個層面把這個事情做到極致。
電力電子隔離以后就變成有序控制，加上功率的能量庫。而功率能量庫有兩塊，一塊如果是用交流系統(tǒng)和直流連接，就是交流上大量的功率，另外如果儲能能夠大量發(fā)展，儲能就是一個非常好的功率能量塊，而儲能成為很好的功率調(diào)整板塊，未來在電網(wǎng)配置里面它將是舉足輕重的點(diǎn)，這里面的電能質(zhì)量控制包括了主動式保護(hù)技術(shù)、直流濾波器、高低壓穿越和儲能，這是非常有意思的東西，它一下子就把直流配網(wǎng)電能質(zhì)量控制的難度降低到我們完全能夠承受的地步。
（見PPT）我們看一個例子，這是南京國臣直流配電科技公司做的主動保護(hù)的一個技術(shù)，這個實驗是我們在他們的直流樓宇里面做的，我做了一個低壓端的短路，我們看上一層的220V直流母線上的電能質(zhì)量狀況，在低壓側(cè)發(fā)生斷路之后，上一層的直流配網(wǎng)里面擾動持續(xù)時間不超過1毫秒，所有問題能夠有效地被控制在我的隔離圈之外，里面的直流配網(wǎng)能夠完全不受影響，當(dāng)然這只是一個技術(shù)，或者一種產(chǎn)品。類似的技術(shù)我覺得只要應(yīng)用成熟之后，我們的直流配電網(wǎng)的電能質(zhì)量就能被有效地控制住。
（見PPT）我們來看一個典型的電力電子器件時序上的響應(yīng)過程。從最早的DSP的信號發(fā)出，到最后做電網(wǎng)源荷響應(yīng)，在整個過程中它經(jīng)歷了很多階段，包括死區(qū)延時，驅(qū)動電路響應(yīng)延時、結(jié)電容響應(yīng)延時、DSP控制回路延時等等。
這是它的器件相應(yīng)的尺度，也就是死區(qū)這部分，它主要是在PWM輸出的時候，為了使H橋和半H橋上下管不會因為開關(guān)速度問題發(fā)生同時導(dǎo)通而設(shè)置的一個保護(hù)，這個時間其實很短，在這里面死區(qū)的主要成分就會產(chǎn)生一些低頻的諧波增量。
再下一個尺度的電能質(zhì)量問題就到了DSP控制回路部分，這里會產(chǎn)生一個開關(guān)紋波，這完全取決于現(xiàn)在我的頻率，現(xiàn)在開關(guān)紋波的頻率和IGBT開關(guān)頻率的整數(shù)倍，由于離散化導(dǎo)致，無法消除。（見PPT）這個圖是從別的論文上摘下來的，我們做的實驗的很多數(shù)據(jù)也是能清晰地看到這個階段的電能質(zhì)量的問題。
在現(xiàn)在離散控制的時間尺度上，現(xiàn)在一個開關(guān)周期可能在比較高頻的都能上M，一般都在幾百K的狀態(tài)，容量大一點(diǎn)的裝置也有幾K到幾十K的采樣頻率。而在這個階段，這些諧波問題或者說超級諧波的問題其實也是不可忽略的。
再下一個時間尺度就是我們平時關(guān)注比較多的電路控制響應(yīng)延時。這主要是由于PI參數(shù)中的積分參數(shù)會導(dǎo)致無法做到一個無盡差，因此會產(chǎn)生一些直流上的諧波。
再下一個時間尺度就到了和電網(wǎng)里面源網(wǎng)荷的匹配，這里面就會導(dǎo)致電壓偏差?，F(xiàn)在直流電壓偏差的限值，世界各國的爭論還比較多，大家還不能完全達(dá)成一致，包括直流的電壓等級大家都不能達(dá)成一致，直流里面的電壓等級，很可能有些國家提出的想法是用直流的電壓帶代替一個直流電壓值的方式，就和我們交流上完全不一樣了，但這個事情最后會演變成什么樣，我們現(xiàn)在還不能完全確定。
供電電壓偏差就是這里面一個很重要的因素，我的供電電壓偏差其實就取決于在我的直流供電電壓帶里面，它的偏差的多少也決定了后面整個直流網(wǎng)里面電壓波動的幅度。
我們在這個供電偏差里面，主要是由幾個問題導(dǎo)致了電壓偏差，一是負(fù)載和電源之間的匹配程度，當(dāng)負(fù)載過高或者過低都會導(dǎo)致明顯的電壓偏差，這很容易理解，它就是一個能量平衡的過程。第二個導(dǎo)致供電偏差的主要是系統(tǒng)的控制、跟蹤的誤差導(dǎo)致的，這里面我們拿MATLAB做了一個仿真，當(dāng)我的誤差大一點(diǎn)，它的偏差也是越大的。
再一個是暫降和暫升，暫降大概是在0.1到0.9倍的額定電壓之間，持續(xù)時間10毫秒到1分鐘，暫升和沖擊都差不多。這里面的測量方法和交流會發(fā)生一定的變化，但是具體的標(biāo)準(zhǔn)還沒出來，這個發(fā)生變化基本上是肯定的，這里面有一些最新的情況，我以后再有機(jī)會會跟大家分享，目前也都在考慮當(dāng)中。
還有就是暫降、暫升形成原因的分析，暫降主要是由直流系統(tǒng)、電力電子變換器的故障突然出現(xiàn)大的變化，比如說大功率設(shè)備的啟動引起的，這里面給的問題也是我們在直流側(cè)做的暫降分析的波形。
另外在直流里面還有一個很重要的問題，就是直流里面不平衡的問題。在直流里面我們?yōu)榱颂岣咴O(shè)備的功率的利用效率，我們一般都會采用雙極的供電系統(tǒng)，它的不平衡跟原來交流里面三相不平衡不太一樣，原來三相是指各相之間不平衡，而在直流里面指的是正對地和負(fù)對地之間的不平衡。根據(jù)目前的研究來看，在兩個DC/DC電路里面，當(dāng)C1和C2嚴(yán)重不平衡的時候，假設(shè)超過25%，開關(guān)管的應(yīng)力就會超出一個設(shè)定值，所以我們在直流里面的不平衡大概的限值也就會從這個角度去考量。
在直流里面還有一個涉及到稍微復(fù)雜一點(diǎn)的問題，就是直流里面多個變流器協(xié)調(diào)控制的問題，這可能是直流里面控制難度最大的一個問題，以后各個高校寫文章或者做研究關(guān)注的焦點(diǎn)也在這里，如果大家步調(diào)不一致的話，它很有可能會產(chǎn)生問題，或者說每一個變流器、控制器都能有一個相當(dāng)于分散自律的控制方式，可能能夠保證它協(xié)調(diào)。但是實際上都做不到，各家都有自己的一個策略，所以它這里面如何讓不同的變流器之間互相能夠步調(diào)一致是很難的事情。這里面我們也給出了一些直流里面發(fā)生振蕩的問題，其實在目前的角度來看，可能暫時是無法避免的，當(dāng)然未來可能我們把控制做得更加精細(xì)，應(yīng)該是能夠把這個事情解決的。
這是我剛剛講的一些問題的簡單的小結(jié)，交流機(jī)電系統(tǒng)、交流電子電離化系統(tǒng)、直流配電系統(tǒng)，我們現(xiàn)在認(rèn)為在直流配電系統(tǒng)里面它的電能質(zhì)量問題更小、更加可控，而且有非常好的主動控制的方式解決。
最后講一下儲能在直流配電當(dāng)中的作用。我們覺得儲能在直流配電當(dāng)中到底起什么樣的作用？其實我可以把它類比于給我的直流配電系統(tǒng)做一個支撐的交流系統(tǒng)的地位。當(dāng)然我的這個想法很多都是基于第一性原理，我認(rèn)為儲能未來的價格走向和它的產(chǎn)能，它在整個系統(tǒng)內(nèi)總量和儲能未來的能量密度能達(dá)到的程度，我是對未來做了一個推算之后大概得到的結(jié)論。
在未來的直流配電系統(tǒng)里面，儲能存在的位置會非常多，包括電動汽車以及其它的地方，儲能的量也會很大，我們只要想到儲能能夠足夠便宜的話，它的量就會很大，而儲能的量很大，它在配網(wǎng)里面起到的作用跟支撐配網(wǎng)的交流電網(wǎng)是完全一樣的。
這是一個典型的直流配網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，光伏當(dāng)然也是做下垂這樣的控制，但是光伏因為是一個波動性的源，所以其實是不可控的，而交流網(wǎng)我們認(rèn)為是一個非常穩(wěn)定的供能的大網(wǎng)，當(dāng)然它是一個很穩(wěn)定的網(wǎng)。大家認(rèn)為現(xiàn)在儲能的量很少，我只能把它作為一個點(diǎn)綴性的東西算一下，但是實際上如果儲能的量很大的話，我們也能把儲能看成是一個交流網(wǎng)的作用，如果是這樣看的話，儲能真正能夠把電力系統(tǒng)的發(fā)、輸、配、變、用的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行解耦，原來整個電力系統(tǒng)的形態(tài)和我思考問題的方式都會發(fā)生一些變化?，F(xiàn)在也會有些人說這個事情離得還很遠(yuǎn)，或者我們現(xiàn)在想這個事情是不是還太早。但是我覺得有兩個證據(jù)可以說明我們現(xiàn)在這個事情已經(jīng)值得探討了。第一是我一開始講的，在深圳這個土地上長出來的騰訊這個企業(yè)，小的時候我上網(wǎng)還是用貓聯(lián)網(wǎng)，根本想不到可以應(yīng)用微信，但是可能這個事情在轉(zhuǎn)瞬之間也就到達(dá)了。第二就是前面我講到的，這里面有一個指數(shù)級發(fā)展的規(guī)律，現(xiàn)在這個行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入到爆發(fā)期，無論是從它的價格上還是它的功能上，都會有一個指數(shù)級爆發(fā)的趨勢，這個趨勢不是在我們儲能行業(yè)單單發(fā)生，在原來的電子行業(yè)，以及其它的很多行業(yè)，我們想想現(xiàn)在做的基因測序之類的東西，早幾年的時候可能非常貴，瞬間它的價格就能下來，我們這個行業(yè)其實也正在面臨著這樣一個過程。而在這個過程中，我們?nèi)ハ脒@些問題，可能就是要用這樣的思路去走。
這是我引用了劉健老師在《未來配電網(wǎng)的主要形態(tài)》當(dāng)中的觀點(diǎn)，他也是認(rèn)為未來的配電網(wǎng)主要形態(tài)就是低壓的直流微電網(wǎng)，他大概給了一些結(jié)論，我就帶大家簡單瀏覽一下，現(xiàn)在的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)存在的問題，主要是高壓、中壓饋線長，大部分的問題都是線路上的故障，另外還有交流的傳輸效率的問題，分布式電源接入、分布式設(shè)備負(fù)荷低等等問題。他提出的未來配電網(wǎng)的形態(tài)，這兩天我們所有討論的儲能話題里面都沒有談到這個事情，就是未來電網(wǎng)中間有一就沒有了，電網(wǎng)只保留一個高壓電網(wǎng)，然后是低壓配電網(wǎng)，這里面的儲能的量很大，每家每戶做儲能的時候，都不需要電網(wǎng)了的，直接用一個儲能設(shè)備，一個月的用電量就夠了，然后就像換煤氣一樣，把這些儲能塊拿去重新充電，這中間就沒有網(wǎng)的事情，中間就變成一個物流的事情，可以交給京東來干這個事情，末端是我們現(xiàn)在討論的事情，上端是電網(wǎng)公司討論的事情。我覺得這個想法也很穿越，但是這個想法實現(xiàn)的可能性也很大，如果我的儲能的價格按現(xiàn)在這個走向再走一段的話，可能就能達(dá)到這樣的程度。
當(dāng)然這里面也給出了一些技術(shù)差距，可能都是在儲能上，其實在其它的技術(shù)領(lǐng)域現(xiàn)在已經(jīng)沒有什么明顯的技術(shù)上的障礙，只有在儲能方面，大家說儲能未來還有什么商業(yè)模式，我覺得完全可以想到這樣一個事情。
（見PPT）這是原來中國電科院的一張PPT，當(dāng)儲能達(dá)到8到10千瓦時每公斤的時候，相當(dāng)于汽油的熱值，將推動能量塊的應(yīng)用，我們的儲能設(shè)備的應(yīng)用就會有很大的發(fā)展。
這是儲能的概念車，這個東西沒準(zhǔn)兩三年就能形成，未來的電動汽車全是這種模塊化的，甚至有專門做儲能的一節(jié)一節(jié)的模塊，如果在一個社區(qū)里面我需要多少儲能，我呼喚一下，這種儲能就以電動車的方式開到我家，就在我這邊可以用電了，我不需要的時候，它自己開到電網(wǎng)那邊充電，這個形態(tài)跟我們現(xiàn)在做滴滴有什么區(qū)別？其實一點(diǎn)區(qū)別都沒有，在物流這個形態(tài)和在外圍APP做導(dǎo)航的上面，其實技術(shù)都解決了，就等著儲能的發(fā)展。
安徒生童話中《皇帝的新裝》這個故事大家都很清楚，這里面有一句很拗口的話“看上去不對，但其他人都說這是對的，所以這肯定是對的，所以我要裝作我也覺得這是對的，所以沒有人看出我的愚蠢”，這個故事很深奧的一點(diǎn)，它在這里面劃分出四類人，還是回到我前面講的廚子和大廚的關(guān)系，他劃分出的四類人，第一類是驕傲的廚子，他是教條的酷愛者，他覺得這個事情肯定就是這樣的。第二是不安的廚子，他困惑自己為什么那么笨，因為他看到了這個事情要這么變，但是別人都在這么說這個事情不是這樣的，他覺得自己為什么這么笨，他必須要接受大家認(rèn)可的東西。第三腹誹的廚子，他看到了這個事情本質(zhì)，但是大家都這樣做，他也要假裝不知道。最后一個是大廚，就是這個故事里面的小孩，他看到了事情的真相，他站出來喊出這個真相。我覺得這個儲能大會也是讓我們這些大廚一展伸手的地方。
我的報告就到這里，謝謝大家。
（本文根據(jù)現(xiàn)場錄音整理，未經(jīng)本人審核）
