中国储能网讯：5月19日至21日，“第八届中国国际储能大会”在深圳隆重召开， 来自中国、美国、德国、英国、加拿大、西班牙、日本、韩国、澳大利亚等国和地区1500余位政府机构、科研院所、行业组织、电力公司、新能源项目单位、系统集成商等代表出席本次大会。

上海电力学院教授、上海市东方学者赵晋斌在“直流配电与储能专场”，发表了题为“直流变换器的关键技术与应用”的精彩演讲。

演讲内容如下：

赵晋斌：感谢大家能在今天来听这个报告。前面的专家介绍了电力系统、电动汽车以及家用电器的方面，我今天主要介绍直流变换器的研究和应用，刚才听了一些报告，大家也能知道，里面一些最关键的部分，包括电压转换、电流控制，它都需要直流变换器起作用。

我今天介绍的内容按照以下三个方面来展开，首先是电力系统发展趋势，介绍从交流到直流的演变过程。第二是直流系统里面有哪些关键技术，然后也介绍一下我的一些研究。第三部分是一个总结。

首先看一下电力系统的发展，我们知道交流到直流还是有一段历史的，以前我们为什么用交流？我们知道直流电在传输和便点的时候是比较困难的，尤其是流量比较大的时候是没法传输的，那时候有了变压器，就用交流把直流比下去了，所以大家一直用的是交流电。为什么现在从交流往直流转变呢？首先是新能源用得越来越多，比如说光伏、风电、储能，它们真正输出的都是直流电源。从负荷侧来说，现在也有很多直流负荷，比如说LED照明，它最主要的电源就是直流。这样就会带来一个问题，我们现在是不是要从交流到直流转变？在电力系统中特高压已经在这样转变了，特高压提出这样一个概念，就是因为线路的阻抗比较大，为了提高效率，所以提出了直流特高压的概念。另外还有一些直流断路器的问题也在逐步解决，还有直流变频现在提的也比较多。直流以前很多都是用在消费电子领域的，比如说CPU等等方面，还有一个是用在数据中心里面，我们刚开始做直流的时候都是用在直流电源里面比较多，为什么从低压往高压走，也是有一个发展过程的，比如说英特尔、日本的NTT，他们也是因为数据中心的耗电量越来越大，光用48V很难满足了，它的损耗太大了，线做得太粗了，因此必须把电压提高，那时候就提出从48V到400V。

电力系统输配电方式发展趋势。从发电侧来看，有风电、光伏，通过传输，然后进行降压，最后到用电侧，这是常规的方式。以后考虑的方式是从发点侧出来把它升压，升成一个高压直流，然后进行远距离的传输，之后也是进行一个降压，然后提供直流和交流的负荷。

直流有哪些优点？它的线路成本相对比较低，还有输电损耗小，可靠性比较高，还有一个是有环保的优势。

2008年的时候，在福冈就在做一些智能家庭的直流尝试，它从发电侧、负荷侧做了一些交直流的应用，他们当时提出了一个直流母线替代高压直流的方式，这是偏向配电网的，它的电压等级是设计在360到420V之间，还进行了一些家庭侧的能源管理，它当时也通过无线和有线来进行了一些调控。

我去这个项目看过两次，看看它的示范工程的应用效果。它里面除了一些电器，还加了燃气应用，这是一个综合性的能源示范工程。它里面有一些DC/AC的转换器，还有一些电池，当时没有现有的产品，因此他们当时做了一些特制化的产品，通过这个项目来进行尝试。

现在来看它的发展趋势，其实能源互联网里面最主要的就是微电网，里面有交流和直流。这个图中间是一个直流的微电网，A和B都是交流的，微电网将是未来主要的发展形式。它到底是怎么发展的呢？我们一开始研究的都是交流型的，当时没有考虑到直流，现在逐步从交流往交直流混合型这样的方式转变，随着这个趋势的发展，我们可以想像到以后都是直流型的。

直流系统中现在有哪些技术是比较关键的？

（见PPT）这是我们目前高压大容量的DC/DC的变换器，变换器既然是其中一些关键的因素，它会有一些作用，我们可以看从DC到DC的2、3、5、6，它主要是电压等级的转换，它同样是DC/DC，但是它所承担的功能是不同的，7和8是实现单双极性的转化，低压里面有正负375伏，容量比较大的时候会用双极性的供电，就是用750伏供电。还可以实现电压极性的反转的功能。所以同样的DC/DC它有转换、双极性转换的功能。直流电网中我们使用DC/DC变换可以实现不同类型和不同电压等级系统之间互联的功能，另外涉及到电压等级，我们也要一些电子电压变流器。

微网架构里面，目前用得比较多的是通过交流变成直流母线，通过它提供直流电源，如果把直流变成交流可以通过一个逆变来实现，这里面需要控制直流母线电压的稳定，只要把这个电压控制在一定的范围内，就能实现能源的转换。还有一个用得比较多的是双极线母线架构的形式，也就是NOP的形式，它实现的是低压和高压切换。

现在还有一种是电压母线等级的问题，这个东西到底怎么区分，以前48V是大家比较容易接受的，因为这是一个安全电压，通讯电源里面以前也是用的48V的，往高压走到多少，现在还没得到完全的验证，需要一些示范工程来验证，现在有正负170V，还有480V、750V的母线等级。

在微网里面做控制是怎么做的呢？我们知道微网比较复杂的，它跟变换器不一样，变换器用一个就可以了，微网常规是分层控制的，它有第一、第二、第三层的控制。第一层我们要控制一个直流母线电压稳定的问题，我们所采用的是主从或者是对等的。第二层要实现功率和能量的分配问题，还要消除它的运行偏差，以及我们的运行模式切换的问题，就是并网和离网的问题。到了第三层我们往往要参与调度的问题，这时候要做到能量管理，要涉及到电源负荷的预测，还有一些优化算法，包括一些AI算法都会有。第一层是控制基础最重要的一部分，第二层主要是为了实现各个单元之间的协调，这就是我们说的每一部分和每一部分之间它的能量怎么来衡量控制。第三层就是我们要参与的调度和计划，这就是调度中心发指令，指令到第三层分布到每一个变换器里面。这是常规的在交流微网里面做得比较多的，现在直流微网也会参照这种模式来做一个尝试。

接下来就到直流变换器这个部分，就是DC/DC的变换器。（见PPT）这是以前做通信电源里面DC/DC的发展的要素，我们知道最重要的是器件的问题，以前用碳化硅比较多，现在都在用硅和电的器件，这是比较多的。还有一种是电路架构的问题，以前做通讯电源，电路架构和微网的架构会有很大的不同。还有集成化和模块化的问题，也就是即插即用。还有一个是电路拓扑的结构，我们现在同样是DC/DC，以前在做直流电源的时候，它前面是很稳定的，在给负荷提供的时候，我们当时考虑要做的比较近，我们会有一个POL的考虑方式，这样就能提供一个精度非常高的直流的电压。但是我们现在做到交流微网里面，或者做到直流系统里面，这就会跟以前的考虑方式发生很大的转变。

（见PPT）这是我们现在做的情况，你说做直流微电网，电力电子变换器是一个最主要的介入方式，它是起到电源跟负荷的最主要的接口，我们要实现分布式能源负荷的合理分配。怎么分配？我们现在用得比较多的是下垂控制，我们可以不要用互联线，当然你说要加通信、加互联线都是可以的，这个相对会变得简单一点，但是你要做即插即用会比较难。即插即用可以提高它的可靠性和冗余，但它不足的地方大家可能还没考虑到，我们现在在做交流微网里面遇到了，就是在网源协调的时候会有一个稳定性的问题，我们知道分布式能源接得越多，它的电网显得越弱，所以我们做弱电网的时候有一个稳定性的问题。在做直流的系统里面也是一样的道理。如果你的变换器自己都不稳定，你接进去以后，你说要给整个微电网或者一个直流系统提供很可靠的电源，这是很难的。这里面我们一般怎么考虑？大家都忽略了一个问题，直流变换器在多个变换器并联的时候，也就是在模块化的时候，往往忽略掉了线路上电阻和电感的问题。大家可能说如果我接得比较近，电阻可以忽略，但是在直流系统里面，线路往往是比较长的，这个时候它的电阻的特性就凸显出来了，对我们的直流变换器的稳定性和分配精度有比较大的影响。

（见PPT）这是我们做的一些研究，我们在做两台的DC/DC变换器并联的时候，也就是我们最希望大家能够均分这其中的能量，我们可以看看右边的这两个图，一个是仿真图，一个是我们做的实验的图形。从实验的图形可以看得出来，当时在我们做一个动态变换的时候，两台直流DC/DC输出的电流是有差异的，但是这个差异是怎么造成的？就是线路上的电阻造成的，因为它不可能一样的。我们可以考虑一下，你能做出两台完全一模一样的DC/DC吗？做不出来的，你就是找两个完全一样的器件都找不出来，肯定是有差异的。这时候我们怎么办？首先是你的电阻怎么测量？你说从外部测，这是可以的，但是我的变换器不知道，所以现在我们做了一个自己可以检测的东西，我们用了一个动态虚拟阻抗的概念，把它做一个补偿，可以让它逐步趋于相同，也就是说两台DC/DC可以完全均分，你占一半，我占一半，我能实现一个比较好的均流。均流之后，我可以修复直流母线电压。大家可以看到上面那个直流电压有一个跳跃，这是因为我的均流让我的直流的电压往上走了，我们实现很好的均流以后，可以让我的电压完全跟我的指令值达到趋同，这是我们当时做的研究。

还有一些保护问题，我们会有一个电容瞬间放电的问题，因为当短路发生的时候，电容瞬间放电，具有一个比较强的冲击，会导致电容烧毁，还有一个是较大的电流会造成误操作，还有一个是器件比较脆弱，开关器件因为自身保护而闭锁的时候，故障是不能控制的。还有一个是整定困难，另外是直流微网有并网和孤岛两种模式，它的潮流有双向流动的问题，在大规模应用的时候，它会产生一些故障特性。

（见PPT）这是我们在做的一些相关的直流到直流变换器的研究，这时候我们做了一个拓扑结构，这是简单升压的拓扑结构。

这是我们做的降压的DC和DC反级变换器的研究。

这是我们做的宽禁带，这是一个交通卡大小的600瓦的变换器，能达到98%的效率。

最后做一个总结。系统中存在功能单一和不具备即插即用的问题，因此我们需要在高可靠性、稳定性和低功耗方面做一个研究。还有就是我们要结合系统层面的网架结构设计，以及源-网-荷-储优化配置以及运行于规划紧密耦合因素，还要考虑功率变换器设备控制系统的鲁棒自制性和系统控制性的可靠性、灵活性和可扩展性，还要研发具备更快开断速度、更高开断容量和更高效可靠的直流断路器，这些都是我们以后要研究的方向。

（本文根据现场录音整理，未经本人审核）