中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：4月24-26日，由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)主辦的第九屆中國(guó)國(guó)際儲(chǔ)能大會(huì)在浙江省杭州市洲際酒店召開(kāi)。在4月25日上午的“微電網(wǎng)與儲(chǔ)能”專場(chǎng)，國(guó)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(huì)上分享了主題報(bào)告《直流配電關(guān)鍵技術(shù)及工程實(shí)踐》，以下為演講實(shí)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(duì)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(bào)主要分為四個(gè)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(guò)直流母線將分布式電源融合起來(lái)，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(huì)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(wèn)題，比如說(shuō)現(xiàn)在的電能轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)非常的多，像光伏儲(chǔ)能都需要通過(guò)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(duì)于交流微電網(wǎng)，我們認(rèn)為通過(guò)直流母線將分布式電源連接在一起這樣的形式更加簡(jiǎn)單，易于控制，線路損耗更低，而且沒(méi)有功角穩(wěn)定性的問(wèn)題，可靠性更高，這也是將研究的焦點(diǎn)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(duì)作為IEC低壓直流的工作組召集人，有幸和多國(guó)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(jí)覆蓋在350V到700V之間，它的應(yīng)用場(chǎng)景從家用到公用，覆蓋廣泛 另外一個(gè)就是在德國(guó)，德國(guó)主要是開(kāi)展低壓直流控制技術(shù)的研究。
日本在儲(chǔ)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(guò)直流母線連接儲(chǔ)能設(shè)備，通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，實(shí)現(xiàn)用戶間的能量交換和交易。
另外，在國(guó)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(gè)600V的直流樓宇，主要是給直流空調(diào)負(fù)荷供電，同時(shí)開(kāi)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(duì)目前所承擔(dān)的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，基于電子電壓器的可再生能源技術(shù)研究，目前這個(gè)項(xiàng)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(gè)電壓等級(jí)這樣的交直流混合的示范工程系統(tǒng)，在這個(gè)工程中就是重點(diǎn)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(lái)介紹一下我們?cè)贗EC低壓直流領(lǐng)域比較關(guān)注的一些問(wèn)題。
第一個(gè)，是電壓等級(jí)，我們知道因?yàn)橹绷魇且粋€(gè)全新的系統(tǒng)，事實(shí)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(shí)際上在IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)里面，沒(méi)有關(guān)于直流電壓等級(jí)的定義，這也是我們工作組目前所承擔(dān)的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)化工作，就是關(guān)于我們未來(lái)這個(gè)怎么去定義一個(gè)直流微電網(wǎng)當(dāng)中的電壓等級(jí)，關(guān)于這個(gè)電壓直流選取要考慮幾個(gè)原則：第一個(gè)，配電的容量，包括供電的距離以及供電的容量；第二個(gè)，考慮和現(xiàn)有設(shè)備的兼容性和通用性，比如說(shuō)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(lái)定義的這個(gè)電壓等級(jí)，能否兼容現(xiàn)有產(chǎn)品是非常重要考慮的點(diǎn)；第三個(gè)，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(guò)改造后接入直流系統(tǒng)，這也是考慮的重點(diǎn)之一；第四個(gè)就是安全性，因?yàn)閷?duì)于普通的用戶來(lái)說(shuō)，他并不關(guān)心這個(gè)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(gè)考慮；第五個(gè)就是應(yīng)用場(chǎng)景，直流的控制非常靈活，可能涉及到的場(chǎng)景也許會(huì)比交流會(huì)更加的豐富，或者更容易實(shí)現(xiàn)。這是荷蘭的專家針對(duì)從12V一直到1500V，不同應(yīng)用場(chǎng)景下對(duì)應(yīng)的電壓等級(jí)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(méi)有太多的區(qū)別，按照母線結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)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(huì)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(gè)圖是對(duì)稱的單極接線。
第三塊，給大家分享一下直流微電網(wǎng)的運(yùn)行控制，這是一個(gè)常見(jiàn)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(guò)這種電力電子裝置接到上面的，可以說(shuō)直流微電網(wǎng)就是一個(gè)純電力電子化的系統(tǒng)，會(huì)讓直流控制更靈活。
總體上來(lái)說(shuō)，我們認(rèn)為直流微電網(wǎng)的控制分為兩個(gè)層次，分別是設(shè)備級(jí)控制和系統(tǒng)級(jí)控制。設(shè)備級(jí)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(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定。系統(tǒng)級(jí)的控制主要對(duì)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(jí)上面來(lái)分的話，直流的微電網(wǎng)控制可以分成三種，一個(gè)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(duì)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(gè)非常重要的概念，關(guān)于主動(dòng)系統(tǒng)和被動(dòng)系統(tǒng)，主動(dòng)系統(tǒng)主要是通過(guò)分布式電源的調(diào)控實(shí)現(xiàn)就地的電壓管理。也就是說(shuō)本身是能夠就地自制的這樣一個(gè)系統(tǒng)，對(duì)于被動(dòng)系統(tǒng)的話，它認(rèn)為是通過(guò)配電系統(tǒng)對(duì)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(shuō)儲(chǔ)能容量有限，就不能把儲(chǔ)能作為整個(gè)直流微電網(wǎng)主控的單元，必須通過(guò)大網(wǎng)對(duì)于本地的電壓進(jìn)行控制，由這兩個(gè)由控制所以衍生出來(lái)了系統(tǒng)的劃分。
剛剛講到的就是控制一共分三級(jí)，對(duì)于第一級(jí)控制實(shí)際上就是直流微電網(wǎng)控制當(dāng)中最核心的問(wèn)題，就是怎么樣保證這個(gè)直流母線的電壓可以穩(wěn)定?？梢苑譃橹鲝目刂七€有對(duì)等控制。主從控制還是原來(lái)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(lái)控制我們整個(gè)系統(tǒng)頻率或者是電壓等等。其實(shí)在直流微電網(wǎng)當(dāng)中國(guó)外做的更多的應(yīng)用其實(shí)采用下垂對(duì)等控制的方式。因?yàn)槲覀兪且粋€(gè)純電力電子化的系統(tǒng)，其實(shí)每一個(gè)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(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
所以這個(gè)其實(shí)衍生出來(lái)一個(gè)新的問(wèn)題，相對(duì)于交流不同的地方在于交流其實(shí)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(shí)際上在直流當(dāng)中，因?yàn)槲覀兯杏脩舻脑O(shè)備以及電源的設(shè)備都是通過(guò)一個(gè)電力電子轉(zhuǎn)換裝置連接到母線上面的，這些裝置實(shí)際上可運(yùn)行的范圍是比較廣的，也就是說(shuō)在直流系統(tǒng)當(dāng)中，雖然我們有一個(gè)額定電壓表示這個(gè)系統(tǒng)，它的控制目標(biāo)不再是停在某一個(gè)固定的點(diǎn)，而是工作在一個(gè)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(shí)現(xiàn)上面。所以這個(gè)是非常不同的一個(gè)概念相對(duì)于交流來(lái)說(shuō)，這個(gè)也對(duì)于我們控制以及做標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中提出了一個(gè)新的要求。
接下來(lái)我們分享一下目前我們?cè)谶@個(gè)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中關(guān)于這個(gè)直流電的質(zhì)量相關(guān)的一些進(jìn)展，總體上面來(lái)說(shuō)我們覺(jué)得電流質(zhì)量問(wèn)題，可以分為穩(wěn)態(tài)還有暫態(tài)兩種類型。
接下來(lái)簡(jiǎn)單介紹一下各類指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，第一個(gè)，就是電壓偏差，這個(gè)非常好理解，按照能量守恒的這樣一個(gè)定律我們知道負(fù)載率過(guò)高或者過(guò)低也就是說(shuō)負(fù)荷發(fā)生波動(dòng)的時(shí)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(gè)系統(tǒng)的偏差。第二個(gè)，電壓暫升還有暫降，比如說(shuō)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(gè)故障，電壓暫升發(fā)生故障的時(shí)候短路或者大功率負(fù)荷的頻率這個(gè)都有可能發(fā)生的。第三塊，是電壓紋波的定義，按照這個(gè)IEC定義的話我們知道從脈動(dòng)量當(dāng)中去掉直流分量后所得到的量，這是一個(gè)非常顯著的在直流系統(tǒng)當(dāng)中，而且直流紋波會(huì)接到這個(gè)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(gè)因素：第一個(gè)，就是交流的三項(xiàng)不平衡，我們知道三項(xiàng)不平衡的話，傳輸?shù)墓β蕰?huì)存在這個(gè)分量，傳遞到直流側(cè)的話有這樣的波動(dòng)。第二個(gè)，就是不控整流，接到我們這個(gè)網(wǎng)上的，會(huì)在直流側(cè)產(chǎn)生6K的低頻紋波，都會(huì)影響我們?cè)O(shè)備的運(yùn)行。第三個(gè)，是電路控制的延時(shí)會(huì)影響電壓的一個(gè)波形。第四個(gè)，就是雙極不平衡，這個(gè)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(huì)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(gè)C1、C2上面分擔(dān)的電壓不一致，有可能會(huì)導(dǎo)致我們開(kāi)關(guān)有超出設(shè)定值的問(wèn)題，總體上面來(lái)說(shuō)這個(gè)在直流當(dāng)中也是一個(gè)比較顯著的電流質(zhì)量的問(wèn)題。以上就是我的匯報(bào)，雖然我匯報(bào)的主題可能跟儲(chǔ)能不是直接相關(guān)的，但是我們相信儲(chǔ)能未來(lái)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(shì)以及大家在電力電子設(shè)備的制造的基礎(chǔ)上，可以帶動(dòng)整個(gè)直流微電網(wǎng)的發(fā)展，謝謝！
