中国储能网讯：4月24-26日，由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会主办的第九届中国国际储能大会在浙江省杭州市洲际酒店召开。在4月25日上午的“微电网与储能”专场，国网江苏省电力公司电力科学研究院电网技术中心柳丹在会上分享了主题报告《直流配电关键技术及工程实践》，以下为演讲实录：

柳丹：早上好！今天我要分享的题目是直流电网及电能质量。我是IEC TC8，JWG9直流工作组的成员之一。目前我们团队主要研究方向是低压直流电压序列和电能质量。

今天的汇报主要分为四个部分，首先介绍一下直流微电网的概念，以直流配电的形式通过直流母线将分布式电源融合起来，进行控制。给要求比较高的负荷进行直流供电。

为什么会提到这样的概念呢？我们知道传统的交流微电网，虽然是目前的主要形式，但是还是面临很多问题，比如说现在的电能转换环节非常的多，像光伏储能都需要通过DCAC进行能量转换，所以它的损耗比较大的，网络损耗也是比较大，控制也是比较复杂的。相对于交流微电网，我们认为通过直流母线将分布式电源连接在一起这样的形式更加简单，易于控制，线路损耗更低，而且没有功角稳定性的问题，可靠性更高，这也是将研究的焦点从交流微电网转向直流微电网的原因之一。

我们团队作为IEC低压直流的工作组召集人，有幸和多国专家就低压直流建设进行沟通交流。下面介绍一些工程案例，首先做的比较好的是荷兰，荷兰目前已经将这种低压直流广泛应用于工业生产。目前的电压等级覆盖在350V到700V之间，它的应用场景从家用到公用，覆盖广泛    另外一个就是在德国，德国主要是开展低压直流控制技术的研究。

日本在储能方面研究和应用基础走在世界前列，目前他们主要是通过直流母线连接储能设备，通过点对点通信，实现用户间的能量交换和交易。

另外，在国内也有很多家公司也在做低压直流的探索，在南京我们合作了一家单位在做的是一个600V的直流楼宇，主要是给直流空调负荷供电，同时开展低压直流的稳定性和控制相关的策略研究。

另外就是我们团队目前所承担的国家重点研发计划，基于电子电压器的可再生能源技术研究，目前这个项目在苏州同里建成了交直流混合的示范工程，涵盖的是10kV,±750V，±375V以及380V多个电压等级这样的交直流混合的示范工程系统，在这个工程中就是重点研究多端口电力电子变压器，以及网络化的保护等等。

以上是我们相关工程的介绍，接下来介绍一下我们在IEC低压直流领域比较关注的一些问题。

第一个，是电压等级，我们知道因为直流是一个全新的系统，事实上目前也就在数据中心以及舰船航天等等领域有直流的配电网络的应用，实际上在IEC国际标准里面，没有关于直流电压等级的定义，这也是我们工作组目前所承担的一项标准化工作，就是关于我们未来这个怎么去定义一个直流微电网当中的电压等级，关于这个电压直流选取要考虑几个原则：第一个，配电的容量，包括供电的距离以及供电的容量；第二个，考虑和现有设备的兼容性和通用性，比如说现在在交流系统当中用到的模块以及这种电容器，他们现在已经形成了规模化的产品，未来定义的这个电压等级，能否兼容现有产品是非常重要考虑的点；第三个，与现有交流设备的融合，怎样使交流设备以最小的成本经过改造后接入直流系统，这也是考虑的重点之一；第四个就是安全性，因为对于普通的用户来说，他并不关心这个用的到底是交流电还是直流电，因此用电安全需要重新做一个考虑；第五个就是应用场景，直流的控制非常灵活，可能涉及到的场景也许会比交流会更加的丰富，或者更容易实现。这是荷兰的专家针对从12V一直到1500V，不同应用场景下对应的电压等级以及应用进行了汇总。第二块，是直流拓扑，本质上和交流没有太多的区别，按照母线结构来说的话，主要分成单母线结构，还有双层式母线结构，直流会出现双母线结构，这是单极的供电方式，这是双极的供电方式，第三个图是对称的单极接线。

第三块，给大家分享一下直流微电网的运行控制，这是一个常见的直流拓扑，我们可以看到基本上连接到直流微电网所有的设备都是通过这种电力电子装置接到上面的，可以说直流微电网就是一个纯电力电子化的系统，会让直流控制更灵活。

总体上来说，我们认为直流微电网的控制分为两个层次，分别是设备级控制和系统级控制。设备级控制主要的目标是控制直流母线电压的稳定，保证这个系统的稳定。系统级的控制主要对系统进行集中管理和能量的优化，提升系统的效率和可靠性。从控制层级上面来分的话，直流的微电网控制可以分成三种，一个是第一层控制，根据直流母线电压控制策略不同，主从控制和对等控制。第二层控制就是分为集中通信与分布式控制以及纯分布式控制；第一层控制衍生出了一个非常重要的概念，关于主动系统和被动系统，主动系统主要是通过分布式电源的调控实现就地的电压管理。也就是说本身是能够就地自制的这样一个系统，对于被动系统的话，它认为是通过配电系统对用户进行供电，然后接入的分布式电源容量有限的，比如说储能容量有限，就不能把储能作为整个直流微电网主控的单元，必须通过大网对于本地的电压进行控制，由这两个由控制所以衍生出来了系统的划分。

刚刚讲到的就是控制一共分三级，对于第一级控制实际上就是直流微电网控制当中最核心的问题，就是怎么样保证这个直流母线的电压可以稳定。可以分为主从控制还有对等控制。主从控制还是原来我们大电网的这一套思路，采用集中式的方式，这些主控源来控制我们整个系统频率或者是电压等等。其实在直流微电网当中国外做的更多的应用其实采用下垂对等控制的方式。因为我们是一个纯电力电子化的系统，其实每一个设备它都有自己就地控制的这样的能力，它们之间的协调，共同决定整个系统的稳定性。

所以这个其实衍生出来一个新的问题，相对于交流不同的地方在于交流其实电压频率基本上稳定在恒定的值，我们的控制目标也是希望停留在恒定的值，但是实际上在直流当中，因为我们所有用户的设备以及电源的设备都是通过一个电力电子转换装置连接到母线上面的，这些装置实际上可运行的范围是比较广的，也就是说在直流系统当中，虽然我们有一个额定电压表示这个系统，它的控制目标不再是停在某一个固定的点，而是工作在一个连续的电压带范围，而这些不同的电压带范围决定了在不同的功能的实现上面。所以这个是非常不同的一个概念相对于交流来说，这个也对于我们控制以及做标准当中提出了一个新的要求。

接下来我们分享一下目前我们在这个标准当中关于这个直流电的质量相关的一些进展，总体上面来说我们觉得电流质量问题，可以分为稳态还有暂态两种类型。

接下来简单介绍一下各类指标的实验的结果，第一个，就是电压偏差，这个非常好理解，按照能量守恒的这样一个定律我们知道负载率过高或者过低也就是说负荷发生波动的时候产生这样的电压偏差，还有系统跟踪的误差，导致这个系统的偏差。第二个，电压暂升还有暂降，比如说有直流系统，电子变换器的控制，或者负荷出现大的变化，出现这种暂降的这样一个故障，电压暂升发生故障的时候短路或者大功率负荷的频率这个都有可能发生的。第三块，是电压纹波的定义，按照这个IEC定义的话我们知道从脉动量当中去掉直流分量后所得到的量，这是一个非常显著的在直流系统当中，而且直流纹波会接到这个网上所有的设备它的一些特性，影响直流纹波的话主要就是这四个因素：第一个，就是交流的三项不平衡，我们知道三项不平衡的话，传输的功率会存在这个分量，传递到直流侧的话有这样的波动。第二个，就是不控整流，接到我们这个网上的，会在直流侧产生6K的低频纹波，都会影响我们设备的运行。第三个，是电路控制的延时会影响电压的一个波形。第四个，就是双极不平衡，这个非常好理解，我们知道双极直流系统当中的电压不平衡主要就是我们的正极和负极负载是不平衡的，这样不平衡会影响到变换器的使用寿命还有变换效率。电压不平衡从电路上面可以看到主要就是由于我们这个C1、C2上面分担的电压不一致，有可能会导致我们开关有超出设定值的问题，总体上面来说这个在直流当中也是一个比较显著的电流质量的问题。以上就是我的汇报，虽然我汇报的主题可能跟储能不是直接相关的，但是我们相信储能未来非常重要的应用领域就是在直流领域，电池有先天的优势以及大家在电力电子设备的制造的基础上，可以带动整个直流微电网的发展，谢谢！