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。
国网江苏省电力公司电力科学研究院电网技术中心副主任袁晓冬在“直流配电与储能专场”，发表了题为“直流配电储能应用及电能质量”的精彩演讲。
演讲内容如下：
袁晓冬：我是江苏电科院电网技术中心的袁晓冬，现在是低压配电网工作组的召集人。我们有一个小团队，依托我们的新能源配网质量市，以及南京市交直流混合配电工程技术研究中心，开展低压直流配网电能质量以及储能方面相关的研究工作。
这次的会在深圳举办，所以一开始我想还是先致敬一下腾讯，这是一家非常有名的企业，我们也是伴随着QQ长大的。腾讯是一家很了不起的企业，在去年年底有一本《腾讯传》，总结了腾讯的几个特点：对用户需求理解的加深、对组织效率持续的探索、对完善产品体验的极致追求，对复杂市场环境的快速反应。
今天我们不妨开个脑洞，如果让腾讯来运营储能行业会是什么样的状况？这两天我们就储能谈储能已经比较多了，这个事情不知道大家有没有想过。
从腾讯对自己的分析和研判的角度来讲，像这样的互联网企业做事情的风格和普通公司相比就是厨师和大厨的区别。厨师是逐字照搬菜谱的普通人，真正的大厨可能会自己确立一个创新的菜谱，根据菜谱会让这个行业最后演变成你现在都想不到的状态，我觉得腾讯可能就是具有大厨精神的企业。
在储能行业里面，我们做产业的思维有几个层次，最内层是商业思维。很多人问我储能的补贴会怎么样，峰谷差价政策会怎么调，这些问题我都回答不了，因为这个问题都在商业思维的层面，而这个层次逐级往上是越来越难，越往上的层级其实对你这个行业的覆盖度是越来越高的，到了技术思维，我们现在在研究储能的各种性能的提升，我觉得这就是一个技术思维，我们现在在研究储能怎么让它的能量密度更高，我们在研究怎样让直流的保护更加有效、更加可靠，直流电能质量怎么控制，这就是技术思维，大部分理工男都是这种思维。再往上到科学思维，可以看到锂系储能和钠系储能，从科学第一性考虑，它的能量密度能到多少，如果能量密度到了那个点，这个行业会变成什么样的形态，这个层面可能会更加有利于我们理解整个储能行业的发展。再往上就是人文思维，这一点更高级一点，可能很多大家思考问题都是在这个角度，比如说乔布斯设计的苹果，它的样式不仅是美观，它可能也是完成了一种在人类之间大家的共同理解，包括我们的储能大会，我觉得有点像宗教思维，每年形式性的做一个聚会，年复一年的在这边集合，它最后就会形成一个宗教思维，通过这一点去覆盖整个储能行业，它可能就站在一个很高的角度。
下面回到我今天的主题。我今天的题目谈到了三个概念，一是直流配电，第二是电能质量，第三是储能，其实这三者是紧密结合的，我今天主要回答三个问题：第一，为什么要选择直流配电？第二，直流配电的电能质量的特点是什么？第三，储能在直流配电当中的作用是什么？
我大概整理了我们选择直流的几个优势，首先是效率更高，第二是可靠性更高，第三是直流的电能质量更优，这些都是有数据支撑的，第四是传输能量更大，第五是直流的体积更加优秀，第六是直流的经济性有望超越交流，第七是直流减少变换层级，它的效率也会得到明显的提高。直流设备的成本也会逐年降低，进一步符合摩尔定律，直流是能源消纳和消费的最后一公里，它是衔接最后一公里最有效的技术。
这是国际电工组织对直流的研究报告，它对全球的直流市场进行了分析，保守估计10年之后将会成为一个万亿美元的市场。
下面讲讲直流配电电能质量的特点。
我们研究电能质量有一个简单的定义，它是电力系统指定点处的电特性，关系到供用电设备正常工作或运行的电压、电流的各项指标偏离基准技术参数的程度。我读研究生的时候是学电能质量的，工作也是做电能质量研究的，我以前考虑的就是电压暂降、电压中断、电压不平衡，谐波等等问题，电能质量的问题很复杂，我后来有一段时间对这个问题又做了一些思考之后，我突然想明白了，在交流系统里面电能质量是一个相对比较简单的事情，很容易理解，我现在就把我对这个东西的理解给大家做一个分享。在一个纯交流系统里面，我们学电力系统的都知道，它的一个简单模型是单机无穷大系统，交流电网就是一个单机无穷大系统的集合。交流电网里面原先就是一个非常线性的电网，所有的电能质量的问题都是在这样一个线性的电网里面存在的各种的问题。
交流系统的电能质量本质就是一个随波逐流模型，它的所有问题就是电流在阻抗上产生的影响，这个电流转化到电能质量的视角，它里面包括了谐波电流、波动负载、冲击电流、负序电流等等，这些电流达到了我的阻抗，包括发电机阻抗、变压器阻抗、线路阻抗、正负零阻抗，它这里面所有的过程都是连续的，它冲击过来就是一个随波逐流的过程，一旦冲击过来，就像一个海啸一样，这个波一直走下去，影响到哪个地方，影响有多大，完全是可以通过线性的公式算出来的，所以典型的电能质量控制方式就是改变阻抗、改变功率，通过这些方式可以解决电能质量问题。如果一个海啸过来，你即使知道怎么控制，但是你也很难控制，你去改变它的阻抗、功率，难度都相对很大。
我们的电力系统再往后出现了一个问题，就是电力电子化，大量的电力电子设备进入电力系统，一类是接在末端，比如说光伏、风电，还有一类是负载，这里面接入了大量的电力电子元件。还有一个让大家觉得比较麻烦的问题就是直流网，我们的电力系统是在更高一层的，比如说高压直流、特高压直流，都是在电力系统里面更高一层去做网的衔接。这些元件在整个系统里面是非线性的元件，它完全是由电力电子的控制产生的，每一个直流元件的控制策略都不一样！这个不一样就导致了我的系统里面发生了一个非常惨烈的变化，就是机电系统的电力电子化，这里面我给它起了一个名字叫惊涛拍岸模型。就像刚才说的交流系统里的一个海啸，原先我的电流和阻抗决定了我的电能质量的阻抗，现在加上了不连续性，里面有无序的控制，比如说换相失败，或者低穿不过，功率小可能还好，但如果功率大的话，你可以理解成在海上有一个巨大的岛礁，这样原先的电能质量问题一下子就被放大，这些问题可能直接导致电力系统的稳定问题，或者电力系统整体的安全问题，这就是一个电力电子化以后非常困难的一个事情。现在典型的电能质量控制方式就是改变阻抗、改变功率和控制调节，这里面包括了APF、SVG、DVR、虚拟同步机和逆变器调相等等，这些方式都是为了解决被严重恶化的电能质量问题。
而我们现在谈的直流配电，我觉得是一个非常好的结构。现在直流配电往外接的所有的系统，无非是交流系统和储能系统，或者其它的电源，而这些电源整个可以通过AC/DC或者DC/DC接到我的系统里面来，而在这个接的过程中，AC/DC和DC/DC的控制就变得相对容易得多，这种方式能够有效地把电网和外界的扰动做一个隔离。这种隔离相当于不管外界的风浪有多大，我筑起了一层堤坝，我在堤坝内部可能是直流配网，堤坝外部完全可以通过我的水库去调节外部的状态，这个调节能力完全取决于电力电子的AC/DC和DC/DC的控制策略和控制手段，这个事情如果从科学的思维来想，把这个事情做到极致是完全没有问题的，我觉得在座各位很多做电力电子的应该完全有信心，在这个层面把这个事情做到极致。
电力电子隔离以后就变成有序控制，加上功率的能量库。而功率能量库有两块，一块如果是用交流系统和直流连接，就是交流上大量的功率，另外如果储能能够大量发展，储能就是一个非常好的功率能量块，而储能成为很好的功率调整板块，未来在电网配置里面它将是举足轻重的点，这里面的电能质量控制包括了主动式保护技术、直流滤波器、高低压穿越和储能，这是非常有意思的东西，它一下子就把直流配网电能质量控制的难度降低到我们完全能够承受的地步。
（见PPT）我们看一个例子，这是南京国臣直流配电科技公司做的主动保护的一个技术，这个实验是我们在他们的直流楼宇里面做的，我做了一个低压端的短路，我们看上一层的220V直流母线上的电能质量状况，在低压侧发生断路之后，上一层的直流配网里面扰动持续时间不超过1毫秒，所有问题能够有效地被控制在我的隔离圈之外，里面的直流配网能够完全不受影响，当然这只是一个技术，或者一种产品。类似的技术我觉得只要应用成熟之后，我们的直流配电网的电能质量就能被有效地控制住。
（见PPT）我们来看一个典型的电力电子器件时序上的响应过程。从最早的DSP的信号发出，到最后做电网源荷响应，在整个过程中它经历了很多阶段，包括死区延时，驱动电路响应延时、结电容响应延时、DSP控制回路延时等等。
这是它的器件相应的尺度，也就是死区这部分，它主要是在PWM输出的时候，为了使H桥和半H桥上下管不会因为开关速度问题发生同时导通而设置的一个保护，这个时间其实很短，在这里面死区的主要成分就会产生一些低频的谐波增量。
再下一个尺度的电能质量问题就到了DSP控制回路部分，这里会产生一个开关纹波，这完全取决于现在我的频率，现在开关纹波的频率和IGBT开关频率的整数倍，由于离散化导致，无法消除。（见PPT）这个图是从别的论文上摘下来的，我们做的实验的很多数据也是能清晰地看到这个阶段的电能质量的问题。
在现在离散控制的时间尺度上，现在一个开关周期可能在比较高频的都能上M，一般都在几百K的状态，容量大一点的装置也有几K到几十K的采样频率。而在这个阶段，这些谐波问题或者说超级谐波的问题其实也是不可忽略的。
再下一个时间尺度就是我们平时关注比较多的电路控制响应延时。这主要是由于PI参数中的积分参数会导致无法做到一个无尽差，因此会产生一些直流上的谐波。
再下一个时间尺度就到了和电网里面源网荷的匹配，这里面就会导致电压偏差。现在直流电压偏差的限值，世界各国的争论还比较多，大家还不能完全达成一致，包括直流的电压等级大家都不能达成一致，直流里面的电压等级，很可能有些国家提出的想法是用直流的电压带代替一个直流电压值的方式，就和我们交流上完全不一样了，但这个事情最后会演变成什么样，我们现在还不能完全确定。
供电电压偏差就是这里面一个很重要的因素，我的供电电压偏差其实就取决于在我的直流供电电压带里面，它的偏差的多少也决定了后面整个直流网里面电压波动的幅度。
我们在这个供电偏差里面，主要是由几个问题导致了电压偏差，一是负载和电源之间的匹配程度，当负载过高或者过低都会导致明显的电压偏差，这很容易理解，它就是一个能量平衡的过程。第二个导致供电偏差的主要是系统的控制、跟踪的误差导致的，这里面我们拿MATLAB做了一个仿真，当我的误差大一点，它的偏差也是越大的。
再一个是暂降和暂升，暂降大概是在0.1到0.9倍的额定电压之间，持续时间10毫秒到1分钟，暂升和冲击都差不多。这里面的测量方法和交流会发生一定的变化，但是具体的标准还没出来，这个发生变化基本上是肯定的，这里面有一些最新的情况，我以后再有机会会跟大家分享，目前也都在考虑当中。
还有就是暂降、暂升形成原因的分析，暂降主要是由直流系统、电力电子变换器的故障突然出现大的变化，比如说大功率设备的启动引起的，这里面给的问题也是我们在直流侧做的暂降分析的波形。
另外在直流里面还有一个很重要的问题，就是直流里面不平衡的问题。在直流里面我们为了提高设备的功率的利用效率，我们一般都会采用双极的供电系统，它的不平衡跟原来交流里面三相不平衡不太一样，原来三相是指各相之间不平衡，而在直流里面指的是正对地和负对地之间的不平衡。根据目前的研究来看，在两个DC/DC电路里面，当C1和C2严重不平衡的时候，假设超过25%，开关管的应力就会超出一个设定值，所以我们在直流里面的不平衡大概的限值也就会从这个角度去考量。
在直流里面还有一个涉及到稍微复杂一点的问题，就是直流里面多个变流器协调控制的问题，这可能是直流里面控制难度最大的一个问题，以后各个高校写文章或者做研究关注的焦点也在这里，如果大家步调不一致的话，它很有可能会产生问题，或者说每一个变流器、控制器都能有一个相当于分散自律的控制方式，可能能够保证它协调。但是实际上都做不到，各家都有自己的一个策略，所以它这里面如何让不同的变流器之间互相能够步调一致是很难的事情。这里面我们也给出了一些直流里面发生振荡的问题，其实在目前的角度来看，可能暂时是无法避免的，当然未来可能我们把控制做得更加精细，应该是能够把这个事情解决的。
这是我刚刚讲的一些问题的简单的小结，交流机电系统、交流电子电离化系统、直流配电系统，我们现在认为在直流配电系统里面它的电能质量问题更小、更加可控，而且有非常好的主动控制的方式解决。
最后讲一下储能在直流配电当中的作用。我们觉得储能在直流配电当中到底起什么样的作用？其实我可以把它类比于给我的直流配电系统做一个支撑的交流系统的地位。当然我的这个想法很多都是基于第一性原理，我认为储能未来的价格走向和它的产能，它在整个系统内总量和储能未来的能量密度能达到的程度，我是对未来做了一个推算之后大概得到的结论。
在未来的直流配电系统里面，储能存在的位置会非常多，包括电动汽车以及其它的地方，储能的量也会很大，我们只要想到储能能够足够便宜的话，它的量就会很大，而储能的量很大，它在配网里面起到的作用跟支撑配网的交流电网是完全一样的。
这是一个典型的直流配网的结构，光伏当然也是做下垂这样的控制，但是光伏因为是一个波动性的源，所以其实是不可控的，而交流网我们认为是一个非常稳定的供能的大网，当然它是一个很稳定的网。大家认为现在储能的量很少，我只能把它作为一个点缀性的东西算一下，但是实际上如果储能的量很大的话，我们也能把储能看成是一个交流网的作用，如果是这样看的话，储能真正能够把电力系统的发、输、配、变、用的各个环节进行解耦，原来整个电力系统的形态和我思考问题的方式都会发生一些变化。现在也会有些人说这个事情离得还很远，或者我们现在想这个事情是不是还太早。但是我觉得有两个证据可以说明我们现在这个事情已经值得探讨了。第一是我一开始讲的，在深圳这个土地上长出来的腾讯这个企业，小的时候我上网还是用猫联网，根本想不到可以应用微信，但是可能这个事情在转瞬之间也就到达了。第二就是前面我讲到的，这里面有一个指数级发展的规律，现在这个行业已经进入到爆发期，无论是从它的价格上还是它的功能上，都会有一个指数级爆发的趋势，这个趋势不是在我们储能行业单单发生，在原来的电子行业，以及其它的很多行业，我们想想现在做的基因测序之类的东西，早几年的时候可能非常贵，瞬间它的价格就能下来，我们这个行业其实也正在面临着这样一个过程。而在这个过程中，我们去想这些问题，可能就是要用这样的思路去走。
这是我引用了刘健老师在《未来配电网的主要形态》当中的观点，他也是认为未来的配电网主要形态就是低压的直流微电网，他大概给了一些结论，我就带大家简单浏览一下，现在的电网结构存在的问题，主要是高压、中压馈线长，大部分的问题都是线路上的故障，另外还有交流的传输效率的问题，分布式电源接入、分布式设备负荷低等等问题。他提出的未来配电网的形态，这两天我们所有讨论的储能话题里面都没有谈到这个事情，就是未来电网中间有一就没有了，电网只保留一个高压电网，然后是低压配电网，这里面的储能的量很大，每家每户做储能的时候，都不需要电网了的，直接用一个储能设备，一个月的用电量就够了，然后就像换煤气一样，把这些储能块拿去重新充电，这中间就没有网的事情，中间就变成一个物流的事情，可以交给京东来干这个事情，末端是我们现在讨论的事情，上端是电网公司讨论的事情。我觉得这个想法也很穿越，但是这个想法实现的可能性也很大，如果我的储能的价格按现在这个走向再走一段的话，可能就能达到这样的程度。
当然这里面也给出了一些技术差距，可能都是在储能上，其实在其它的技术领域现在已经没有什么明显的技术上的障碍，只有在储能方面，大家说储能未来还有什么商业模式，我觉得完全可以想到这样一个事情。
（见PPT）这是原来中国电科院的一张PPT，当储能达到8到10千瓦时每公斤的时候，相当于汽油的热值，将推动能量块的应用，我们的储能设备的应用就会有很大的发展。
这是储能的概念车，这个东西没准两三年就能形成，未来的电动汽车全是这种模块化的，甚至有专门做储能的一节一节的模块，如果在一个社区里面我需要多少储能，我呼唤一下，这种储能就以电动车的方式开到我家，就在我这边可以用电了，我不需要的时候，它自己开到电网那边充电，这个形态跟我们现在做滴滴有什么区别？其实一点区别都没有，在物流这个形态和在外围APP做导航的上面，其实技术都解决了，就等着储能的发展。
安徒生童话中《皇帝的新装》这个故事大家都很清楚，这里面有一句很拗口的话“看上去不对，但其他人都说这是对的，所以这肯定是对的，所以我要装作我也觉得这是对的，所以没有人看出我的愚蠢”，这个故事很深奥的一点，它在这里面划分出四类人，还是回到我前面讲的厨子和大厨的关系，他划分出的四类人，第一类是骄傲的厨子，他是教条的酷爱者，他觉得这个事情肯定就是这样的。第二是不安的厨子，他困惑自己为什么那么笨，因为他看到了这个事情要这么变，但是别人都在这么说这个事情不是这样的，他觉得自己为什么这么笨，他必须要接受大家认可的东西。第三腹诽的厨子，他看到了这个事情本质，但是大家都这样做，他也要假装不知道。最后一个是大厨，就是这个故事里面的小孩，他看到了事情的真相，他站出来喊出这个真相。我觉得这个储能大会也是让我们这些大厨一展伸手的地方。
我的报告就到这里，谢谢大家。
（本文根据现场录音整理，未经本人审核）
