中國儲能網(wǎng)訊：4月24-26日，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會主辦的第九屆中國國際儲能大會在浙江省杭州市洲際酒店召開。在4月25日上午的“微電網(wǎng)與儲能”專場，國網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院電網(wǎng)技術(shù)中心柳丹在會上分享了主題報告《直流配電關(guān)鍵技術(shù)及工程實踐》，以下為演講實錄：
柳丹：早上好！今天我要分享的題目是直流電網(wǎng)及電能質(zhì)量。我是IEC TC8，JWG9直流工作組的成員之一。目前我們團(tuán)隊主要研究方向是低壓直流電壓序列和電能質(zhì)量。
今天的匯報主要分為四個部分，首先介紹一下直流微電網(wǎng)的概念，以直流配電的形式通過直流母線將分布式電源融合起來，進(jìn)行控制。給要求比較高的負(fù)荷進(jìn)行直流供電。
為什么會提到這樣的概念呢？我們知道傳統(tǒng)的交流微電網(wǎng)，雖然是目前的主要形式，但是還是面臨很多問題，比如說現(xiàn)在的電能轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)非常的多，像光伏儲能都需要通過DCAC進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，所以它的損耗比較大的，網(wǎng)絡(luò)損耗也是比較大，控制也是比較復(fù)雜的。相對于交流微電網(wǎng)，我們認(rèn)為通過直流母線將分布式電源連接在一起這樣的形式更加簡單，易于控制，線路損耗更低，而且沒有功角穩(wěn)定性的問題，可靠性更高，這也是將研究的焦點從交流微電網(wǎng)轉(zhuǎn)向直流微電網(wǎng)的原因之一。
我們團(tuán)隊作為IEC低壓直流的工作組召集人，有幸和多國專家就低壓直流建設(shè)進(jìn)行溝通交流。下面介紹一些工程案例，首先做的比較好的是荷蘭，荷蘭目前已經(jīng)將這種低壓直流廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。目前的電壓等級覆蓋在350V到700V之間，它的應(yīng)用場景從家用到公用，覆蓋廣泛 另外一個就是在德國，德國主要是開展低壓直流控制技術(shù)的研究。
日本在儲能方面研究和應(yīng)用基礎(chǔ)走在世界前列，目前他們主要是通過直流母線連接儲能設(shè)備，通過點對點通信，實現(xiàn)用戶間的能量交換和交易。
另外，在國內(nèi)也有很多家公司也在做低壓直流的探索，在南京我們合作了一家單位在做的是一個600V的直流樓宇，主要是給直流空調(diào)負(fù)荷供電，同時開展低壓直流的穩(wěn)定性和控制相關(guān)的策略研究。
另外就是我們團(tuán)隊目前所承擔(dān)的國家重點研發(fā)計劃，基于電子電壓器的可再生能源技術(shù)研究，目前這個項目在蘇州同里建成了交直流混合的示范工程，涵蓋的是10kV,±750V，±375V以及380V多個電壓等級這樣的交直流混合的示范工程系統(tǒng)，在這個工程中就是重點研究多端口電力電子變壓器，以及網(wǎng)絡(luò)化的保護(hù)等等。
以上是我們相關(guān)工程的介紹，接下來介紹一下我們在IEC低壓直流領(lǐng)域比較關(guān)注的一些問題。
第一個，是電壓等級，我們知道因為直流是一個全新的系統(tǒng)，事實上目前也就在數(shù)據(jù)中心以及艦船航天等等領(lǐng)域有直流的配電網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，實際上在IEC國際標(biāo)準(zhǔn)里面，沒有關(guān)于直流電壓等級的定義，這也是我們工作組目前所承擔(dān)的一項標(biāo)準(zhǔn)化工作，就是關(guān)于我們未來這個怎么去定義一個直流微電網(wǎng)當(dāng)中的電壓等級，關(guān)于這個電壓直流選取要考慮幾個原則：第一個，配電的容量，包括供電的距離以及供電的容量；第二個，考慮和現(xiàn)有設(shè)備的兼容性和通用性，比如說現(xiàn)在在交流系統(tǒng)當(dāng)中用到的模塊以及這種電容器，他們現(xiàn)在已經(jīng)形成了規(guī)?；漠a(chǎn)品，未來定義的這個電壓等級，能否兼容現(xiàn)有產(chǎn)品是非常重要考慮的點；第三個，與現(xiàn)有交流設(shè)備的融合，怎樣使交流設(shè)備以最小的成本經(jīng)過改造后接入直流系統(tǒng)，這也是考慮的重點之一；第四個就是安全性，因為對于普通的用戶來說，他并不關(guān)心這個用的到底是交流電還是直流電，因此用電安全需要重新做一個考慮；第五個就是應(yīng)用場景，直流的控制非常靈活，可能涉及到的場景也許會比交流會更加的豐富，或者更容易實現(xiàn)。這是荷蘭的專家針對從12V一直到1500V，不同應(yīng)用場景下對應(yīng)的電壓等級以及應(yīng)用進(jìn)行了匯總。第二塊，是直流拓?fù)?，本質(zhì)上和交流沒有太多的區(qū)別，按照母線結(jié)構(gòu)來說的話，主要分成單母線結(jié)構(gòu)，還有雙層式母線結(jié)構(gòu)，直流會出現(xiàn)雙母線結(jié)構(gòu)，這是單極的供電方式，這是雙極的供電方式，第三個圖是對稱的單極接線。
第三塊，給大家分享一下直流微電網(wǎng)的運行控制，這是一個常見的直流拓?fù)?，我們可以看到基本上連接到直流微電網(wǎng)所有的設(shè)備都是通過這種電力電子裝置接到上面的，可以說直流微電網(wǎng)就是一個純電力電子化的系統(tǒng)，會讓直流控制更靈活。
總體上來說，我們認(rèn)為直流微電網(wǎng)的控制分為兩個層次，分別是設(shè)備級控制和系統(tǒng)級控制。設(shè)備級控制主要的目標(biāo)是控制直流母線電壓的穩(wěn)定，保證這個系統(tǒng)的穩(wěn)定。系統(tǒng)級的控制主要對系統(tǒng)進(jìn)行集中管理和能量的優(yōu)化，提升系統(tǒng)的效率和可靠性。從控制層級上面來分的話，直流的微電網(wǎng)控制可以分成三種，一個是第一層控制，根據(jù)直流母線電壓控制策略不同，主從控制和對等控制。第二層控制就是分為集中通信與分布式控制以及純分布式控制；第一層控制衍生出了一個非常重要的概念，關(guān)于主動系統(tǒng)和被動系統(tǒng)，主動系統(tǒng)主要是通過分布式電源的調(diào)控實現(xiàn)就地的電壓管理。也就是說本身是能夠就地自制的這樣一個系統(tǒng)，對于被動系統(tǒng)的話，它認(rèn)為是通過配電系統(tǒng)對用戶進(jìn)行供電，然后接入的分布式電源容量有限的，比如說儲能容量有限，就不能把儲能作為整個直流微電網(wǎng)主控的單元，必須通過大網(wǎng)對于本地的電壓進(jìn)行控制，由這兩個由控制所以衍生出來了系統(tǒng)的劃分。
剛剛講到的就是控制一共分三級，對于第一級控制實際上就是直流微電網(wǎng)控制當(dāng)中最核心的問題，就是怎么樣保證這個直流母線的電壓可以穩(wěn)定。可以分為主從控制還有對等控制。主從控制還是原來我們大電網(wǎng)的這一套思路，采用集中式的方式，這些主控源來控制我們整個系統(tǒng)頻率或者是電壓等等。其實在直流微電網(wǎng)當(dāng)中國外做的更多的應(yīng)用其實采用下垂對等控制的方式。因為我們是一個純電力電子化的系統(tǒng)，其實每一個設(shè)備它都有自己就地控制的這樣的能力，它們之間的協(xié)調(diào)，共同決定整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
所以這個其實衍生出來一個新的問題，相對于交流不同的地方在于交流其實電壓頻率基本上穩(wěn)定在恒定的值，我們的控制目標(biāo)也是希望停留在恒定的值，但是實際上在直流當(dāng)中，因為我們所有用戶的設(shè)備以及電源的設(shè)備都是通過一個電力電子轉(zhuǎn)換裝置連接到母線上面的，這些裝置實際上可運行的范圍是比較廣的，也就是說在直流系統(tǒng)當(dāng)中，雖然我們有一個額定電壓表示這個系統(tǒng)，它的控制目標(biāo)不再是停在某一個固定的點，而是工作在一個連續(xù)的電壓帶范圍，而這些不同的電壓帶范圍決定了在不同的功能的實現(xiàn)上面。所以這個是非常不同的一個概念相對于交流來說，這個也對于我們控制以及做標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中提出了一個新的要求。
接下來我們分享一下目前我們在這個標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中關(guān)于這個直流電的質(zhì)量相關(guān)的一些進(jìn)展，總體上面來說我們覺得電流質(zhì)量問題，可以分為穩(wěn)態(tài)還有暫態(tài)兩種類型。
接下來簡單介紹一下各類指標(biāo)的實驗的結(jié)果，第一個，就是電壓偏差，這個非常好理解，按照能量守恒的這樣一個定律我們知道負(fù)載率過高或者過低也就是說負(fù)荷發(fā)生波動的時候產(chǎn)生這樣的電壓偏差，還有系統(tǒng)跟蹤的誤差，導(dǎo)致這個系統(tǒng)的偏差。第二個，電壓暫升還有暫降，比如說有直流系統(tǒng)，電子變換器的控制，或者負(fù)荷出現(xiàn)大的變化，出現(xiàn)這種暫降的這樣一個故障，電壓暫升發(fā)生故障的時候短路或者大功率負(fù)荷的頻率這個都有可能發(fā)生的。第三塊，是電壓紋波的定義，按照這個IEC定義的話我們知道從脈動量當(dāng)中去掉直流分量后所得到的量，這是一個非常顯著的在直流系統(tǒng)當(dāng)中，而且直流紋波會接到這個網(wǎng)上所有的設(shè)備它的一些特性，影響直流紋波的話主要就是這四個因素：第一個，就是交流的三項不平衡，我們知道三項不平衡的話，傳輸?shù)墓β蕰嬖谶@個分量，傳遞到直流側(cè)的話有這樣的波動。第二個，就是不控整流，接到我們這個網(wǎng)上的，會在直流側(cè)產(chǎn)生6K的低頻紋波，都會影響我們設(shè)備的運行。第三個，是電路控制的延時會影響電壓的一個波形。第四個，就是雙極不平衡，這個非常好理解，我們知道雙極直流系統(tǒng)當(dāng)中的電壓不平衡主要就是我們的正極和負(fù)極負(fù)載是不平衡的，這樣不平衡會影響到變換器的使用壽命還有變換效率。電壓不平衡從電路上面可以看到主要就是由于我們這個C1、C2上面分擔(dān)的電壓不一致，有可能會導(dǎo)致我們開關(guān)有超出設(shè)定值的問題，總體上面來說這個在直流當(dāng)中也是一個比較顯著的電流質(zhì)量的問題。以上就是我的匯報，雖然我匯報的主題可能跟儲能不是直接相關(guān)的，但是我們相信儲能未來非常重要的應(yīng)用領(lǐng)域就是在直流領(lǐng)域，電池有先天的優(yōu)勢以及大家在電力電子設(shè)備的制造的基礎(chǔ)上，可以帶動整個直流微電網(wǎng)的發(fā)展，謝謝！
