中國儲能網訊：6月19—20日，由中國化學與物理電源行業(yè)協會儲能應用分會聯合江蘇省電機工程學會、全國微電網與分布式電源并網標準化技術委員會、中國能源建設集團江蘇省電力設計院有限公司等單位聯合召開的“第三屆全國電網側暨用戶側儲能技術應用高層研討會”在蘇州市太湖假日酒店舉行。來自電網公司、設計院、系統(tǒng)集成商、電池生產企業(yè)、投融資機構等單位的280余位嘉賓出席了本次研討會。
會議期間，國網江蘇省電力公司電力科學研究院電網技術中心的孫天奎分享了主題報告《基于用戶側儲能的家庭低壓直流網》，以下是報告全文：
孫天奎：各位領導專家大家下午好。這個匯報是邀請袁書記來做，但袁書記因工作未能參會，指派我來代他宣讀匯報材料，不足之處歡迎大家批評指正。
今天匯報的主題是《基于用戶側儲能的家庭低壓直流網》。匯報包括四部分，第一部分我們將從交流到直流的演進講起，匯報直流在配電領域未來的優(yōu)勢，第二部分將向大家匯報家庭直流網中電壓選擇、布網和控制，第三部分是包含儲能系統(tǒng)的家庭直流網中能量傳遞，最后一部分我給大家簡要介紹一下同里項目的概況。
在傳統(tǒng)的集中式供電體系下，電能主要由若干主要的發(fā)電廠生產之后通過輸電網傳遞至配電網，再由配電網分發(fā)至分散的負荷。在這個體系下，發(fā)電機組的容量較大，電源的容量相對集中，降低了發(fā)電成本。但電源與負荷的距離相對較遠，傳輸損耗大，因此多半采用高壓交流輸電。經過不斷的努力，我國目前建設了較為完備的高壓交流輸電網，未來市場增長空間將會很有限。
隨著世界能源觀念的變革，人們獲取能源的來源也從單一的化石能源逐步向多種多樣的分布式可再生能源過渡。目前，我國已經成為全球最大的可再生能源市場和全產業(yè)鏈生產制造基地之一。在這種分布式的工業(yè)體系下，可再生能源的容量相對分散，種類和形式又多樣，電源周圍又存在大量的小容量、低壓、分散的負荷，適合就地消納，而這些負荷又多以直流為主，因此傳統(tǒng)的交流電網在分布式的供電體系下存在很多的不足，我們面對這些分布式的供電體系下的新能源接入以及就地消納的問題，低壓直流配電網的優(yōu)勢就顯現出來了。
由于采用直流配電，分布式電源不再需要從直流轉換到交流饋送電網，使得低壓直流配電網接入分布式能源更加高效。同樣在負荷側也省去了交直的變換，使得家庭直流負荷更加節(jié)能。
低壓直流配電網相比于交流沒有相位的問題，所以它在互相接入的時候就無需核相，相鄰的低壓直流配電網也可以靈活的重組實現互濟。
家庭直流網是在家庭中構建一個直流的納網，為家庭中的家用電器供電，作為低壓直流配電網與用戶連接的窗口，在未來的市場會很大。家庭直流網主要元素依然是源網荷儲，它的電源主要就是屋頂光伏，這是我們家用電器的功率及場景分布圖。在我們的臥室、書房客廳以及餐廳的部分區(qū)域，家用電器除了空調的外機以外，大部分的額定功率都處于500瓦以下。因此，根據家用電器的特性，我們建議在人員頻繁活動的區(qū)域內采用48V的安全特低壓供電，在保證家用電器功率需求的前提下，最大程度的保障供電安全。
在臥室中我們在墻上2.5米以上我們建議通過375伏直流來布置環(huán)網，通過一些Current Router來連接的。我們建議是3個端口，其中兩個是375V直流端口，一個是48V端口。在2.5米以下，我們建議采用帶有四個端口的USB—C型接口的DC/DC。其中三個48V的低壓接口，兩個用于形成環(huán)網，一個用于跟上面的Current Router連接。USB-C接口目前的協議只能提供到5V-20V的自適應電壓，未來采用擴展擴展協議則能夠提供5V到48V的自適應電壓，覆蓋家庭低壓電器用電的需求。
這張拓撲重，最外面的黃線就是我們的區(qū)域直流配電網，目前采用的是集中式的控制，我們的交直流配電系統(tǒng)直接輸出的一個375V或者750V的直流電壓，是一個定電壓控制，為配電網提供堅強的電壓支撐。它通過EMS連入整個家庭直流網，家庭直流網最外是375V的電壓等級，通過Current Router和EMS構成一個環(huán)網，下級連接的就是一個48V的直流網，與相鄰的家庭直流網之間通過DC/DC連接實現互濟。
這是對三級電網建議的電壓的選擇，對于最外層的上級直流配電網選擇375或者750是一個定電壓控制，是集中式的控制，所以它有一個較小的允許電壓降范圍，通常是以額定功率和線路阻抗來設計的，我們目前設計的是1.4%的電壓下降。中間這一級是375家庭直流網，與上級的直流配電網連接。為什么這里用一個帶有電壓帶的方式呢？是因為在這一級家庭直流網中我們通常會接入大量的光伏、儲能，所以它不再適用于集中式的控制，會選擇分布式的控制，我們會為它預留一些下垂控制的范圍，我們把它叫做電壓帶，它的電壓帶上限是400V，下限350V。
下級48伏的家庭直流網由于沒有新能源接入或者儲能接入，所以它更傾向于集中式控制提供定電壓。與上一個直流配電網不同的是，它這個電壓是分裂運行的定電壓控制，只要當我們的接口輸出功率無法滿足接入電器的時候，它才會轉為最大功率公式控制，通過和其他的48V接口的連接端口進行功率補充，由相鄰的模塊提供電壓支撐。
這里選擇400V的原因是因為它需要滿足國際電氣聯盟的標準，因為在這個標準里面規(guī)定所有的家用電器的電壓帶需要范圍是在400V以下。在家庭直流網中由于成本的要求，構建一個獨立的能量管理和協同控制系統(tǒng)是并不合適的，像同里綜合能源中心那種大型的直流網中會有獨立的協控系統(tǒng)還有能量管理系統(tǒng)，對于更次一級的家庭納網這種架構是不太適用的，它需要一個更低成本、更簡化的架構方式。而儲能自身的EMS系統(tǒng)就特別適合作為這么一個中心控制器，因為它的硬件是可以滿足這些需求的。
EMS需要承擔的任務將擴展為：第一，與上一級直流配電網、家庭直流網和儲能系統(tǒng)間的電力的變換與傳遞。
第二，提高家庭直流網的電能質量。他會在特殊工況下為藍線這一級375提供一個較好的電力支撐。
第三，隔離儲能系統(tǒng)、家庭直流網或者上一級直流配電網的故障，是一個隔離型的裝置。
第四，聯合DC375V網中CRDC限制任意線路電流，快速隔離任意故障點。
這里是我們儲能正常工況下的三個典型工況，在夜晚至早上無光的狀態(tài)，儲能釋放電能，為375家庭直流網供電。在早上至下午儲能儲滿電的過程中，家庭直流網中的屋頂光伏會為儲能充電，在儲能充滿電的情況下屋頂光伏會向電網饋電。上級電網會替代儲能為整個家庭直流網供電，在上級配電網供電中斷的時候，儲能系統(tǒng)會為家庭直流網支撐電壓。儲能參與調壓的時候，家庭直流網向上級電網饋電。
這是我們的同里示范工程，我們選擇了六棟別墅，目前改造了五棟，其中五號別墅是交直流混供的別墅，六號到九號是四棟純直流供電的別墅，每棟別墅的直流供電容量是15千瓦，5號別墅包含了30千瓦的儲能，6號到9號分別包含10千瓦的儲能。
這是我們一戶家庭直流網實際的電網拓撲。之所以沒有選用375的直流電網而選擇220V是因為我們在規(guī)劃出臺之就選擇了5號別墅進行改造，選擇220V是兼容的考慮，但是實際運行出現了大量的問題，稍候我們可能會將這個220改造成375。
這是我們在同里湖嘉苑家庭直流網入戶直流配電與儲能系統(tǒng)的硬件設備，是由國程公司提供的。
這是我們在鋪設一些屋頂的光伏。
這是門口的充電樁以及改造后的家用電器，這些都是48V的，電視、臺燈、設備還有插排。廚房目前采用的是220V的，未來我們將采用一些專用的接插口。
感謝各位。
