國臣&能源基金會：中國光儲直柔建筑中直流關鍵技術體系研究（2022）（95頁）.pdf

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1、 中國光儲直柔建筑戰略發展路徑研究 子課題 4:中國光儲直柔建筑中直流關鍵技術體系研究 Research on Chinas PEDF Building System Development 南京國臣直流配電科技有限公司南京國臣直流配電科技有限公司 20202 22.7.102.7.10 Nanjing Golden Cooperate DC Power Distribution Technology Co.,Ltd.July 10,2022 !#$!#$!#$%&()*+,-./01234&56789%&:;5?.AB+,C.DEFGH:IJK,.LMNOPQRSTUVWL+,XYZ57_E

2、a)b.D34/0 c E&defB ghijk lhjjj)mnopqEr)stuVvwxpqy6z|E !c ABOUT THE AUTHORS (Jianhai Yan,R&D engineer of Nanjing Golden Cooperate DC Power Distribution Technology Co.,Ltd.His main research direction is power electronics and DC microgrid.In recent years,he has presided over the research and developmen

3、t of AC voltage sag protectors,data center high-voltage DC systems,etc.He has completed 3 scientific and technological projects of the State Grid Corporation of China,participated in CIRED and IEEE international academic conferences for many times,published more than 20 papers in core journals and c

4、onferences at home and abroad,and authorized more than 20 patents.(Email:)%&%&“5”()*+,-./01234YE”p I ACKNOWLEDGEMENT This report is a product of Nanjing Golden Cooperate DC Power Distribution Technology Co.,Ltd.and is funded by Energy Foundation China.()*()*-!#$%&()*+,-./012345678912:;-./?:;9AB()*CD

5、EFG-HIJ9KLM6NOB()PQ-RSTUVL?-WXEYZ_Eabc97defghi:;jklmnompqrXE-stuv_Ea?Disclaimer-Unless otherwise specified,the views expressed in this report are those of the authors and do not necessarily represent the views of Energy Foundation China.Energy Foundation China does not guarantee the accuracy of the

6、information and data included in this report and will not be responsible for any liabilities resulting from or related to using this report by any third party.-The mention of specific companies,products and services does not imply that they are endorsed or recommended by Energy Foundation China in p

7、reference to others of a similar nature that are not mentioned.!在“近零能耗建筑”實踐過程中，光伏發電無疑成為建筑電力供應的重要手段。傳統的光伏發電均采用交流方案，然而隨著大量的分布式光伏并網，低壓電網的電能質量問題（諧波、不平衡）逐漸顯現，導致電網公司對光伏并網做出了嚴格限制。光儲直柔直流系統采用“自發自用，集中并網”的設計運行方式，不僅實現了分布式光伏的有效利用，還極大程度上解決了低壓電網的電能質量問題，為規?；七M分布式光伏的發展提供了良好的技術支撐。與交流系統最大的區別在于分布式電源及負荷均通過直流接入，由于處于研究推廣階

8、段，系統中的設備、控制、保護等均未形成系統性的技術方案和標準。針對上述現狀，本課題在現有技術的基礎上，從實際應用的角度，對建筑光儲直柔系統主要技術進行梳理，并就其中部分關鍵技術展開實用化研究，形成不同場景下的光儲直柔系統方案。本課題的主要研究內容包括以下幾個方面：（1）建筑光儲直柔系統的源荷特性及優化控制策略 分析了建筑光儲直柔系統內關鍵設備的現狀和特性，包括電源、變換器、直流負荷、儲能設備以及開關設備等。針對光儲直柔內源荷特性，考慮到建筑用電本身特點，對建筑光儲直柔系統進行了控制策略的研究，分析了分層控制策略和電壓帶控制策略，并研究了系統的具體運行模式。（2）建筑光儲直柔系統的系統保護與用電

9、安全 考慮到當前直流系統在實際應用中的各類故障問題，首先分析了系統的故障類型和主要特征，包括變換器故障和電纜線路故障等。根據不同故障類型的特點，提出了響應的保護要求并分析了系統不同保護方案的類型。其次，在上述研究的基礎上，提出了系統級保護策略，并根據保護策略給出了實際的保護配置方案舉例。最后，在具體的保護產品研制方面，研究相應的數字化保護設備，并對成本低、體積小、易于推廣的直流滅弧及絕緣檢測方法進行研究，實現了直流負荷的無電弧操作以及直流支路多類型漏電流的快速保護，促進直流系統在建筑中的推廣應用。（3）建筑光儲直柔系統內關鍵設備選型開發及直流負荷設計 針對市場光儲直柔產品缺乏的現狀，分析建筑光

10、儲直柔系統內電能變換需求，結合理論分析與實驗測量，形成系統內變換裝置的選型或開發方案，并對常規負荷進行直流化設計或改造。形成了包括電力電子變換設備（柔性雙向變換器、整流設備、各類 DC/DC 等）、保護測控裝置（母線保護、交直流線路一體化保護、支路保護）、系統監控管理平臺以及多類型直流負荷等關鍵設備，滿足了光儲直柔系統的推廣應用需求。（4）不同場景下建筑光儲直柔系統的方案設計 對不同場景下建筑光儲直柔系統的電壓等級、接地方式等進行研究，并設計合理的系統運行模式。具體形成了包括商業場景、住宅場景以及工業場景等不同類型的設計方案，并對方案系統結構、電壓等級選取、核心裝置以及運行模式等進行了選取配置

11、。在前述研究的基礎上，從拓撲結構選取、接地和接線方式以及容量配置等方面，給出了不同方式的特點對比和選取原則或建議。項目研究內容可為實現能源生產、消費、技術和體制改革提供重要的實踐參考，對于新興產業的發展，實現能源科技和裝備水平的全面提升等方面都具有重要的理論和現實意義。對于雙碳目標的實現，具有一定的促進作用。Executive Summary In the practice process of near-zero energy consumption building,photovoltaic power generation has undoubtedly become an import

12、ant means of building power supply.The traditional photovoltaic power generation adopts the AC scheme.However,with a large number of distributed photovoltaics connected to the grid,the power quality problems(harmonics,unbalance)of the low-voltage power grid have gradually emerged,resulting in strict

13、 restrictions on the photovoltaic grid connection by the power grid company.The PEDF system adopts the design and operation mode of self-generated and self-used,centralized grid-connected,which not only realizes the effective utilization of distributed photovoltaics,but also solves the power quality

14、 problem of low-voltage power grids to a great extent,and promotes distributed photovoltaics on a large scale.The development of photovoltaics provides a good technical support.The biggest difference from the AC system is that the distributed power and loads are connected through DC.Due to the resea

15、rch and promotion stage,the equipment,control,and protection in the system have not formed systematic technical solutions and standards.In view of the above situation and on the basis of the existing technology,this subject sorts out the main technologies of the building PEDF system,and conducts pra

16、ctical research on some of the key technologies to form PEDF solutions for different scenarios from the perspective of practical application.The main research contents of this topic include the following aspects:(1)Source load characteristics and optimal control strategy The status and characteristi

17、cs of key equipment in the PEDF building are analyzed,including power supply,converters,DC loads,energy storage equipment and switchgear.Aiming at the characteristics of the internal source charge of the PEDF system,and considering the characteristics of building electricity consumption,the control

18、strategy is studied,the layered control strategy and the voltage band control strategy are analyzed,and the specific operation modes of the system are studied.(2)System protection and power safety Considering the various fault problems of the current DC system in practical applications,the fault typ

19、es and main characteristics of the system are firstly analyzed,including converter faults and cable line faults.According to the characteristics of different fault types,the corresponding protection requirements are put forward and the types of different protection schemes of the system are analyzed

20、.Secondly,based on the above research,a system-level protection strategy is proposed,and an example of the actual protection configuration scheme is given according to the protection strategy.Finally,in the development of specific protection products,the corresponding digital protection equipment is

21、 studied,and the DC arc extinguishing and insulation detection methods with low cost,small size,and easy promotion are studied,and the arc-free operation of DC loads and the DC branch are realized.The rapid protection of multiple types of leakage currents promotes the popularization and application

22、of DC systems in buildings.(3)Selection and development of key equipment and design of DC loads Aiming at promoting the current situation of the lack of PEDF products in the market,the electric energy conversion requirements in the building PEDF system is analyzed.Combining theoretical analysis and

23、experimental measurement,the selection or development plan of the conversion device in the system is formed,and DC design for conventional loads or retrofit is carried out.Power electronic conversion equipment(flexible bidirectional converter,rectifier equipment,various types of DC/DC,etc.),protecti

24、on measurement and control devices(busbar protection,integrated protection of AC and DC lines,branch protection,etc.),system monitoring and management platform and multi-type DC loads and other key equipment are formed to meet the needs of the promotion and application of the PEDF system.(4)Scheme d

25、esign of different scenes The voltage level and grounding method of the building PEDF system in different scenarios are studied,and a reasonable system operation mode is designed.Specifically,different types of design schemes including commercial scenarios,residential scenarios and industrial scenar

26、ios have been formed,and the system structure,voltage level selection,core devices and operation modes of the scheme have been selected and configured.On the basis of the aforementioned research,from the aspects of topology selection,grounding and wiring methods,and capacity configuration,the charac

27、teristics comparison and selection principles or suggestions of different methods are given.The research contents of the project can provide important practical reference for the realization of energy production,consumption,technology and system reform,and have important theoretical and practical si

28、gnificance for the development of emerging industries and the overall improvement of energy technology and equipment level.It has a certain role in promoting the realization of the carbon neutralization and carbon peak target.#$1 1研究背景及意義研究背景及意義.12 2建筑光儲直柔關鍵技術發展概述建筑光儲直柔關鍵技術發展概述.32.1 建筑光儲直柔系統的源荷特性及優化

29、控制策略.32.2 建筑光儲直柔系統的系統保護與用電安全.52.3 建筑光儲直柔系統內關鍵設備及直流負荷.82.4 不同場景下的建筑直流系統.153 3建筑光儲直柔系統的源荷特性及優化控制策略建筑光儲直柔系統的源荷特性及優化控制策略.213.1 建筑光儲直柔系統的源荷特性.213.2 建筑光儲直柔系統的優化控制策略.283.3 光儲直柔系統運行模式.354 4建筑光儲直柔系統的系統保護與用電安全建筑光儲直柔系統的系統保護與用電安全.384.1 光儲直柔系統故障特點及保護要求.384.2 光儲直柔系統保護類型.404.3 系統保護策略.415 5建筑光儲直柔系統內關鍵設備選型開發及直流負荷設計建

30、筑光儲直柔系統內關鍵設備選型開發及直流負荷設計.445.1 電力電子變換設備.445.2 保護測控裝置.525.3 系統監控管理平臺.605.4 直流負荷.656 6不同場景下建筑光儲直柔系統的方案設計不同場景下建筑光儲直柔系統的方案設計.736.1 商業辦公.736.2 居民住宅.776.3 工業場景.806.4 方案設計建議.817 7總結與展望總結與展望.8411 1 研研究背景及意義究背景及意義 光儲直柔系統是在直流配電網的基礎上，融合了光伏、儲能、直流配電系統和柔性用電負荷，其核心目的是實現建筑剛性負載柔性化，增加建筑靈活調節能力，強化電力系統“荷隨源動”的負荷響應調控。建筑作為城市

31、電力消費的主體，肩負“節能降碳”的歷史重任。發展光儲直柔建筑，不僅可以促進自身節能、提高建筑用能體驗，還可有效緩解城市電網負荷峰值、電網增容和可靠性提升等壓力。此外，光儲直柔建筑配備分布式能源、儲能和需求響應等技術，實現用能的靈活性調節，減小建筑對外的能源需求，同時削峰填谷平滑負荷曲線，增強設備的運行能效，延緩甚至避免配電基礎設施的升級改造。發展光儲直柔建筑，構建“荷隨源動”的調控模式，減小了大規?？稍偕茉唇尤雽е碌姆骞炔?，很大程度上解決電網靈活調節能力下降和生成水平下降的問題，符合電網的未來發展方向。在電網逐漸增加的擴容成本的當下，光儲直柔技術的發展展現出它更經濟的特性。在建筑側配備分布式

32、光伏電源和儲能，利用直流微電網接入簡單、調控靈活的優勢，能夠有效地提升用電的可靠性，并且配合峰谷電價、需求響應等激勵政策，還能夠降低用戶的用電成本。國外對直流配電網的拓撲結構研究起步較早。美國弗吉尼亞理工大學CPES(Center for Power Electronics Systems)提出一種未來家庭直流配電系統；美國北卡羅來納大學提出了 The Future Renewable Electric Energy Delivery and Management(FREEDM)系統結構，用于構建未來自動靈活的配電網絡；韓國成均館大學和三星電子公司面向家庭應用提出一種低壓直流配電網方案，并進行

33、了應用試驗；日本大阪大學提出170V 雙極直流母線供電方案，并通過電力電子設備進行電能形式轉換和升降壓以滿足負荷需求；日本大阪大學的 Kakigano H.等從人體安全和設備安全角度論證了民用住宅低壓直流配電系統的電壓等級，提出了 400V 的直流配電電壓；意大利米蘭理工大學于 2004 年提出了一種與大阪大學的雙極結構類似的直流配電系統結構。國內方面，國家電網公司、各大高校、電氣設備供應商都積極開展了對直流配電網的研究。國家電網有限公司及中國電力企業聯合會根據現有研究成果，組織各方面專家給出了不同應用場景下直流配電網的典型電網結構，對工程建設中電網結構的選擇具有借鑒意義；浙江大學對直流配電網

34、的特點、優勢及其網絡的整體概念進2行了較為詳細地綜述，提出了直流配電網的拓撲結構環狀、放射狀與兩端配電。但整體而言，當前光儲直柔技術仍處于起步階段，缺乏統一設計規范標準，相關的設備配套亦不成熟，缺少不同應用場景、商業模式下的適應性評價體系，以及亟需發展節能低碳的運行調控技術。要想實現工程大規模的推廣運行，需要更廣泛的、跨學科的研究和大量的實踐經驗積累和產業鏈的。據此，從光儲直柔建筑的優化設計、設備配套、運行調控、安全防護等四個方面，開展光儲直柔系統的源荷特性及優化控制策略研究、建筑光儲直柔系統的系統保護與用電安全研究、建筑光儲直柔系統內關鍵設備選型開發及直流負荷設計、不同場景下建筑光儲直柔系統

35、的方案設計的研究工作。3 2 2 建筑光儲直柔關鍵技術發展概述建筑光儲直柔關鍵技術發展概述 低碳建筑“光儲直柔”系統的推廣應用與其技術發展水平密切相關，其拓撲結構設計方法、設備及控制策略發展水平關系到光儲直柔系統從設計到運行的實施；另外，光儲直柔系統中的柔性應用強調與電網側的互動作用，因此與電網的互動模式成為其關鍵點所在。以下就低碳建筑的光儲直柔系統的拓撲結構設計、設備協同互動、運行調控策略、與電網交互模式及示范應用等五個方面的研究水平進行介紹。2.12.1 建筑光儲直柔系統的源荷特性及優化控制策略建筑光儲直柔系統的源荷特性及優化控制策略 建筑負荷柔性化可以促進建筑自身的節能和經濟用電，效緩解

36、城市電網負荷峰值，針對未來建筑領域將有大量分布式儲能、充電樁以及空調等設備接入電網，有必要對現有設備的功率變換特點、控制策略等進行分析研究，為進一步提高現有負荷柔性化程度具有重要意義。在電動汽車充電樁能量變換方面：目前國內外電動汽車充電樁的功率變換部分一般采用兩級變換方式，即 AC/DCDC/DC，前級 AC/DC 較為成熟的拓撲是三相 PFC VIENNA，后級 DC/DC 拓撲一般根據電平不同分為兩電平變換方式和三電平變換方式。整流器作為電動汽車充電樁重要部分，受到國內外廣泛關注研究。例如基于自抗擾控制算法的電壓型 PWM 整流器，增強了 EVCP 充電時的抗干擾能力，然而整流器消耗來自電

37、網的恒定功率，在電網參量變化較大時只能“切負荷”運行，不能主動響應電網需求。采用負荷側虛擬同步機技術的充電樁具備慣量模擬、有功調整、無功支撐等能力，能夠滿足電動汽車有序并網、安全充換電的實際需求?；?LVSM 的三相電壓型 PWM 整流器控制策略，在電網參量變化時，可使負荷從“切負荷”變為“降功率”運行，提升了整流器故障穿越能力。將虛擬同步機技術應用在充電樁中，通過變換器的自主降額運行，則可實現了對弱電網的支撐作用。在分布式儲能能量交換方面：儲能裝置能實現動態調節和穩定母線電壓目的，因此，需在母線和蓄電池、超級電容等儲能裝置間使用高效大功率、快響應雙向變換器跨接。目前國內外主要在直流變換器拓

38、撲和控制策略方面開展理論研究，但均用以提高功率密度和效率。由于高頻變壓器的存在，隔離型雙向4DC/DC 變換器還具有體積較大，設計成本高，設計過程復雜目前大多分布式儲能系統中采用非隔離型雙向 DC/DC 變換器。分布式儲能功率單元控制策略有下垂控制法、主從設置法、平均電流均流法、最大電流均流法等，均可實現對各模塊輸出電流的控制。自適應動態下垂控制通過在不同的工作狀態下動態調節下垂系數的大小，改善系統在受到功率波動時的動態響應速度。而傳統下垂控制中的下垂系數固定，使得儲能模塊間的充放電功率比值不變，鑒于各儲能模塊的 SOC 存在差異，長期以相同的輸出功率比值運行，會導致儲能模塊因過充或過放而退出

39、運行，影響直流微電網運行的穩定性。在建筑用電設備能量交換技術方面，建筑內部用電設備能耗在社會總耗電量中占比大，并有持續增加的趨勢，其中空調負荷、電熱水器等柔性負荷在建筑樓宇中占據了重要地位。目前過國內外大多采用控制制冷熱溫度的方式，利用集中式控制通過設立中心控制單元，實時處理匯總所有的信息后由調控中心直接向每個負荷發布調控命令，實現空調等負荷降功率運行，以加熱、通風和空調以及熱水器等恒溫控制負荷為例，常通過以下 2 種方式實現：1）切換開、關狀態速率和比值；2）改變設定溫度。但該方式功率調節響應時間較長，在緊急功率調節需求下效果不明顯。綜上所述，目前分布式儲能、充電樁、建筑用電設備內部功率變換

40、器及控制策略的種類眾多，存在功率調節響應時間、交互通信方式以及功能用途等方面存在諸多差異，所對應的互動響應需求也不一樣，需要進一步根據換流拓撲類型、控制方式、響應時間以及功能用途對不同類型負荷進行分類研究，在此基礎上，充分挖掘各類負荷柔性化潛力，有針對性開展負荷柔性功率調節接口定制化裝備樣機研究。隨著多種類型直流負荷的應用，直流配電系統呈現多電壓等級的特點，多個電壓等級的直流母線的互聯實現了電壓匹配和功率交換，更好的滿足用戶需求。直流配電系統中集成了分布式電源、儲能、并網逆變器、以及各類負荷，考慮分布式電源的間歇性、波動性，系統的穩定運行與各供電的協調控制密切相關。針對多電壓等級直流母線的直流

41、配電系統，國內外學者均開展了不同電壓等級的直流配用電控制理論研究，提出多種協調控制策略，可分為集中式與分散式兩類。美國弗吉尼亞理工大學構建的直流混合配電網分層控制架構，為直5流配電過渡性發展從控制上提供了可實施方案。集中式控制策略，將上層管理系統需要與各模塊單元保持聯系，確定其工作模式與出力大小，從而維持系統的功率平衡，實現最優運行；但集中式控制策略對通信的依賴程度較高，系統的穩定性、可靠性完全依賴于該控制單元，該單元一旦出現故障，將有可能導致直流系統崩潰。因此，分散式控制策略應運而生，系統中各模塊單元根據直流母線電壓信號(DC bus voltage signal,DBS)調整工作模式，共同

42、維持直流母線穩定，控制簡單，但是系統級控制中的大部分目標均無法通過基于 DBS 的直流系統協調控制方法來實現，儲能單元缺乏有效管理，無法實現儲能單元的最優充放電控制，更無法實現直流微電網全局的最優經濟運行。另外，直流母線電壓波動范圍較大、無法實現最優運行。為了解決這個問題，基于互聯通信的直流系統分層運行控制策略將分散式控制與上層管理相結合，在不同時間尺度上分別實現設備級控制和系統級控制，完成電氣量控制、電能質量調節以及經濟運行控制，旨在實現直流微電網控制系統的標準化、可擴展性以及提高直流系統整體運行性能，極大提升了系統的可靠性與經濟性。同時，適用于中低壓直流配電系統的分散式統一控制策略結合 D

43、BS 的分散式控制策略與直流變壓器的統一控制策略，也可實現系統的全局功率平衡。目前，直流配電系統的協調控制策略主要針對單一母線結構的直流配電網，對于多個電壓等級的直流配電系統的運行模式多樣，切換流程復雜，對協調控制策略提出了更高的要求。同時，直流負荷類型多樣化也阻礙了自適應協調控制的研究。因此，對多直流母線的光儲直柔系統的統一的自適應協調控制策略亟待研究，對不同類型負荷的自適應調節亟待解決。2.22.2 建筑光儲直柔系統的系統保護與用電安全建筑光儲直柔系統的系統保護與用電安全 保護的完善是直流系統安全穩定運行的必要條件之一，國內外專家學者一直關注和研究直流系統的各類保護，直流系統的保護自上世紀

44、九十年代得到了較為快速的發展。（1）短路保護 目前對于短路保護主要采取斷路器和熔斷器解決。直流斷路器的主要作用是改變直流系統的運行方式，用來清除直流側出現的故障，實現直流系統的保護。早在 1994 年，Komastu 就已指出，通過使用真空斷路器和混合固態真空滅弧室，在較短的時間內斷開故障電流；2005 年，Meyer 等人探討通過外部諧振6電路和混合固態方法，為電弧電流提供一個旁路通道或者熄滅電弧的方法；2007 年，針對傳統的、低成本的斷路器無法用在較高電壓等級直流系統的問題，Krstic 等人提出伸展、分裂的方法，但考慮到直流斷路器受電纜的電感、電阻限制和直流電壓水平以及線間電容的影響，

45、電弧具有不穩定性與暫態特性復雜。2002 年，西安交通大學電氣工程學院趙登福、董繼民、王東等對直流系統短路故障的快速識別與短路保護進行研究，提出了利用霍爾傳感器測量直流系統回路電流、母線電壓，以電流、電壓綜合判據快速識別直流系統短路故障的方法。采用可控直流斷路器替代傳統的熔斷器法,將交流系統三段式微機電流保護原理應用于直流系統的短路保護,設計了輻射式、段直流供電回路,同時為防止在切除故障支路時因、段開關同時拒動，而由段開關切除故障引起的其他供電支路電源消失問題，對段直流供電回路采用了備用開關自投方案,并研制了直流系統三段式微機電流保護裝置。天津大學副教授薛士敏指出采用保護、控制集成方案可以降低

46、保護系統的復雜性，降低系統成本，也可大大減少保護動作時間，是未來直流系統保護技術的發展方向之一。2014年，為了克服熔斷器和直流斷路器的缺點，結合變換器中全控型電力電子器件 IGBT 可快速關斷的特點，國網電科院提出了基于電力電子技術的主動式短路保護，保護時間和效果都優于傳統的斷路器。ABB、上海良信、常熟開關、人民電器等企業均研發了相應的直流斷路器產品，用來保護線路及電源設備免受過載、欠電壓、短路等的危害。但該類產品存在保護功能單一且無數字化功能的問題，不能滿足多場景需求。（2）接地保護 直流系統是不接地系統，整個網絡的直流電壓偏移量是同一個，因此，定位接地故障是一個比較棘手的問題。Karl

47、sson 針對直流不接地系統，利用在換流器節點安裝電流測量裝置實現接地故障檢測，該方案可同時在直流和交流兩側對接地故障進行檢測，對短路故障也起到一定的保護作用。采用這種檢測方案，需要故障線路兩端之間進行通信。早在 80 年代初，我國就已開始了對直流系統絕緣自動監測儀器的開發研制，到了 80 年代末 90 年代初，隨著葛洲壩、三峽水利發電工程的進展以及我國內陸火力發電廠規模的發展，研制出一套尋檢速度快、檢測精度高的直流系統絕緣監測儀器越來越成為我國電力事業發展的迫切需要。在 1988 年，按7電力部下達的科研項目要求，長江水利委員會與武漢市琴臺電子研制所合作研制成功“WZJ-4 型微機直流系統絕

48、緣監測儀”，并通過技術鑒定，在當時填補了國內該領域的技術空白。近年來，該所也對監測儀器進行過多次技術改進。目前國內專業從事直流系統絕緣監測儀器開發生產的公司不多，主要有武漢市琴臺電器有限公司、北京思達星電力自動化有限公司、浙江星炬電力電子有限公司、大連旅順電力電子設備有限公司等廠家。但就產品總體性能而言，我國現有直流絕緣監測儀器的實際現場監測效果不甚理想，主要存在以下一些問題：儀器的檢測精度低，尤其在干擾嚴重的工業現場檢測精度很難達到儀器技術參數所規定的精度要求；儀器的尋檢速度慢，在一些掛接負載較多的直流系統，儀器對全部支路尋檢所需時間過長；儀器電路結構復雜，成本高。在直流系統絕緣監測研究領域

49、，國內科研人員對檢測方法進行了廣泛深入的探索，取得了一些成果，有些方法已經在電力系統和通信系統的絕緣監測中得到了應用，有些方法還有待于進一步的試驗和完善。從國內目前的研究現狀來看，主要有以下幾種方法：平衡電阻法、低頻探測法、變頻探測法、霍爾磁式平衡法、振蕩頻率探測法、相位差磁調制檢測法等。對于接地和絕緣下降采取如下措施：查看絕緣監察裝置報警信號，瞬時停電查找接地點；直流熔絲、空開的上下級配合，定期進行蓄電池組核對性放電試驗；在微弱信號處理方法上，采用正交矢量鎖相放大的方法；在信號處理電路設計方面，采用了多路并行處理模式；對變頻信號法進行改進，提出采樣交流信號波形后，進行頻譜分析以計算接地電阻來

50、判斷故障支路。但投入應用的直流系統接地故障監測裝置只能發出接地故障告警信號，無法及時、全面隔離或切除接地故障，此方面的研究仍存在不足，有待進一步改進與完善。（3）交直流竄入 交直流竄入故障是近年來才受到特別的關注的問題。目前行業內的絕緣監測系統具備基本的母線和支路絕緣下降監測功能，但普遍不具備交流竄入監測、蓄電池接地監測等，而且母線與支路之間不隔離，任何支路發生故障都可能引起其他支路保護不正確動作，所以目前的監測和保護裝置無法滿足直流電源系統安全運行的要求。除了上述故障類型保護以外，光儲直柔系統中也存在一些直流系統所具備的安全隱患，如滅弧問題、剩余電流保護問題等。8在直流滅弧問題上，與交流系統

51、相比，直流系統最顯著的特點是不存在電流過零點。因此，在直流系統發生電弧故障的情況下，高溫等離子弧放電很容易發展和維持。根據電流路徑，電弧放電可分為并聯電弧和串聯電弧兩種。并聯電弧通常是由電線或老化設備的介質擊穿引起的短路引起的。如果電氣連接松動或由于斷線，耦合器，插座和插頭等原因導致負載和電源斷開，則會產生串聯電弧。在兩個銅或青銅電極之間產生的電弧放電伴隨著強光和巨大的熱量。電弧產生時，通過流過諸如空氣或氣體的介質的電流來維持兩個導電電極之間的導電性。由于非熟練電氣用戶即使在常規環境中操作也可能發生串聯電弧，因此應制定適當的措施，例如抑制或滅弧，以保護人員或財產免受電弧故障的影響。除了常用的物

52、理滅弧方法以外，在滅弧產品方面，天水二一三電器集團有限集團提出一種提高直流接觸器滅弧能力的滅弧系統方案和有效縮小產品體積的設計方案；廣西大學王巨豐等人提出一種自能式多斷口滅弧裝置，可在3ms 內時間內全概率熄滅直流電弧，并阻斷電弧重燃。直流剩余電流保護方面，Siemens、Doepke 等公司最早展開 B 型剩余電流檢測裝置的研制，之后 ABB、Sehneider 等代表企業相繼推出帶平滑直流檢測功能的 B 型產品；美國國家電氣規范（national electrical code,NEC）第690.11 號文件提出了直流母線大于 80V 的光伏并網系統要配備故障電弧檢測裝置和斷路器，以解決光

53、伏直流電弧故障導致的安全問題；西班牙加泰羅尼亞理工大學提出基于通信的直流配電系統保護方案；英國思克萊德大學在低壓直流環網中應用電流差動保護實現故障隔離。國內方面，常熟開關，正泰電器等典型企業已經陸續推出 B 型漏電保護產品。該類 B 型剩余電流保護裝置雖然可以實現直流剩余電流保護，但其價格較高，不易推廣。綜上所述，無論是直流滅弧還是直流漏電保護，集約化，模塊化、小型化都將是電力工程直流電源設備未來的發展方向。2.32.3 建筑光建筑光儲直柔系統內關鍵設備及直流負荷儲直柔系統內關鍵設備及直流負荷 光儲直柔系統示意如圖 2-1 所示：9 圖圖 2 2-1 1 光儲直柔系統示意光儲直柔系統示意 可見

54、，光儲直柔系統本質上屬于低壓直流配電網，其中包含的主要元素基本可以分為以下幾類：2.3.12.3.1 電源電源 常見的電源有光伏、風電等新能源發電，也可以是交流電網（AC/DC 轉換）及其他各種應急電源等。對于多數市內建筑而言，風機不適合與建筑結合，交流電網是常規配電電源，此處不再贅述。重點介紹光伏電源。當前的光伏電源主要是太陽能電池，主要包括以下幾類：1）單晶硅太陽能電池 單晶硅太陽能電池的光電轉換效率為 15%左右，最高的達到 24%，這是目前所有種類的太陽能電池中光電轉換效率最高的，但制作成本很大，以至于它還不能被大量廣泛和普遍地使用。由于單晶硅一般采用鋼化玻璃以及防水樹脂進行封裝，因此

55、其堅固耐用，使用壽命一般可達 15 年，最高可達 25 年。2）多晶硅太陽能電池 多晶硅太陽電池的制作工藝與單晶硅太陽電池差不多，但是多晶硅太陽能電池的光電轉換效率則要降低不少，其光電轉換效率約 12%左右(2004 年 7 月1 日日本夏普上市效率為 14.8%的世界最高效率多晶硅太陽能電池)。從制作成本上來講，比單晶硅太陽能電池要便宜一些，材料制造簡便，節約電耗，總的生產成本較低，因此得到大量發展。此外，多晶硅太陽能電池的使用壽命也要比單晶硅太陽能電池短。從性能價格比來講，單晶硅太陽能電池還略好。103）非晶硅太陽能電池 非晶硅太陽電池是 1976 年出現的新型薄膜式太陽電池，它與單晶硅和

56、多晶硅太陽電池的制作方法完全不同，工藝過程大大簡化，硅材料消耗很少，電耗更低，它的主要優點是在弱光條件也能發電。但非晶硅太陽電池存在的主要問題是光電轉換效率偏低，國際先進水平為 10%左右，且不夠穩定，隨著時間的延長，其轉換效率衰減。4）多元化合物太陽電池 多元化合物太陽電池指不是用單一元素半導體材料制成的太陽電池。各國研究的品種繁多，大多數尚未工業化生產，主要有以下幾種：a)硫化鎘太陽能電池 b)砷化鎵太陽能電池 c)銅銦硒太陽能電池(新型多元帶隙梯度 Cu(In,Ga)Se2 薄膜太陽能電池)太陽能電池目前和建筑結合主要有兩種形式，結合式光伏建筑（Building-Attached Pho

57、tovoltaic，以下簡稱 BAPV）和集成式光伏建筑（Building-Integrated Photovoltaic，以下簡稱 BIPV）。BAPV 采用簡單的支撐系統將太陽能光伏組件固定在建筑物外表面，從而形成發電系統，這使得分布式光伏發電系統的拆卸和維護簡單易行，而且不會削弱或破壞建筑物的各項功能。BIPV通過設計和施工安裝將光伏發電組件集成到建筑物上，使分布式光伏發電系統和建筑物的安全防護、節能等功能有機融合，從而提升建筑物的使用性能和綠色指標，具體見圖 2-2。圖圖 2 2-2 2 典型典型 BIPVBIPV 建筑體系建筑體系 除具備發電功能外，BIPV 還具有抗風壓性能、水密性

58、能、氣密性能、隔音性能、保溫和遮陽性能等建筑外圍護所必需的性能和獨特的裝飾功能，達到建11筑圍護、建筑節能、太陽能利用和建筑裝飾多種功能的完美結合。其優越性主要表現為：表表 2 2-1 BIPV1 BIPV 優越性優越性 序號 優點介紹 1 光伏打點是無污染的綠色可再生資源，能夠減少一般化石燃料發電帶來的環境污染，有利于環境保護；2 光伏陣列一般安裝在屋頂和墻面上，直接洗手太陽能，避免墻面溫度和屋頂溫度過高，降低空調負荷，改善室內環境；3 原地發電，原地使用，減少電力輸送產生的損耗；4 由于日照處于高壓電網用電高峰期，BIPV 系統除保證自身簡主任用電外，還可以向電網供電，從而舒緩高峰電力需求

59、，解決電網峰谷供需矛盾，具有極大的社會效益；5 可以有效利用維護結構表面（屋頂和墻面），無需額外用地或加建其他設施，這對于土地昂貴的城市建設尤為重要；6 維護保養簡單，維護費用低，運行可靠性、穩定性好；7 大尺度新型彩色光伏模塊節約了昂貴的外裝飾材料，使建筑物更加美觀。分布光伏建筑主要包括光伏幕墻和光伏采光頂兩大關鍵部分。光伏幕墻是將分布式光伏發電組件與玻璃幕墻相結合，在滿足建筑工程裝飾功能的基礎上，提升建筑的發電能力。設計時，需科學調整幕墻的角度，以提高光伏發電的效果。光伏采光頂是實現分布式光伏發電在建筑工程中高效利用的關鍵部分。采用光伏采光頂可克服光伏幕墻受日照角度影響的局限性，保證最大限

60、度地利用日照時間，提高光伏發電的能力和效率。此外，還可遮陽板、底板等部位采用光伏組件，具體見表 2-2。表表 2 2-2 2 典型典型 BIPVBIPV 形式形式 BIPV 形式 光伏組件 光伏類型 應用場景 采光頂 光伏屋頂 光伏玻璃 光伏屋面瓦 集成 建筑采光頂 建筑屋頂 光伏幕墻 透明 光伏透光玻璃 集成 建筑外層幕墻 非透明 光伏玻璃（普通）集成 建筑外層幕墻 遮陽板 采光 不采光 光伏遮光板（透光）光伏遮光板（非透光）集成 集成 建筑遮陽板 建筑遮陽板 光伏地板 光伏石板 集成 庭院石板路 而 BAPV 主要應用于屋頂，通過支架等將普通光伏組件固定在彩鋼瓦或者水泥屋頂上。是將組件固定

61、（外掛）在現有建材之外，需要先有屋頂，再鋪組件，通常已有建筑上裝的光伏都為 BAPV，如圖 2-3 所示。BAPV 的巨大的痛點來自于通常安裝之前認為它不會漏水，但是安裝了光伏之后可能就會漏水。因為傳統12工業級的 BAPV 用支架和廠房屋頂的鍍鋁鋅鋼板之間，一個是鋁合金的材料，一個是鍍鋁鋅的材料，它們會天然的發生變化學的反應，加速它的老化，加速它的腐蝕，可能就會產生非常多的漏水點，這個隱患是不得不考慮的。如果是業主的廠房不需要有那么多的防水的要求，那么傳統的 BAPV 還可以進行一定的安裝，尤其是可能也不會堅持那么久的廠房。但是如果是高質量發展的企業，非常關心自己的廠房漏水，防火抗風階，甚至

62、于有更多的一些綠電需求的企業，可能更多的要去考慮 BIPV 的一些解決方案?，F在光伏企業都在往產品化方向走，進而實現規?；?。而建筑與其他的產品不同，它是定制化的，建筑老板一般不傾向于建一個和旁邊建筑一模一樣的建筑。但是光伏又希望一個產品可以適應不同的建筑。這就是建筑的定制化和光伏規?；g的矛盾。圖圖 2 2-3 3 典型的典型的 BAPVBAPV 示意示意 光伏在房屋建筑中的應用不僅是單獨地在屋頂或公共設施上安裝光伏組件，而且光伏與建筑的深度融合，兼顧設計、安全、節能、美觀等問題。分布光伏建筑將太陽能發電與建筑相結合，使得未來的建筑實現電力自給，是未來建筑建設的主要發展方向之一。2.3.22

63、.3.2 變換器變換器 變換器是直流配電網中的核心設備，承載著電能形式的變換功能，把不同形式、不同電壓等級的元件聯系成真正的直流配電網絡。按照電能轉換形式，變換器可分為交流-直流、直流-直流型變換器；按照電能傳遞方向，變換器可分為單向變換器、雙向變換器；按照電氣隔離特性，變換器可分為隔離型、非隔離型變換器；按照直流側極性，變換器又可分為單極性變換器、雙極性變換13器。光儲直柔系統中的變換器按變換類型主要分為 AC/DC 變換器、DC/DC 變換器兩大類。按功能類型分為光伏變換器、儲能變換器、升降壓變換器、整流變換器、逆變器以及雙向整流-逆變器等。目前市場上的光伏變換器以光伏逆變器為主，例如華為

64、推出的智能光伏控制器和陽光電源的光伏逆變器，輸入直流，輸出交流，均具備 MPPT 功能，如圖2-4 所示；光伏 DC/DC 變換器僅限于為小功率負荷直接供電的電源模塊，例如愛浦電力推出的太陽能 DC/DC 模塊電源，輸入為 300-1200VDC，輸出為 5、12、15、24VDC，但其不具備 MPPT 功能。圖圖 2 2-4 4 華為光伏逆變器華為光伏逆變器 儲能變換器 PCS（儲能變流器，英譯：Power Conversion System）可控制蓄電池的充電和放電過程，進行交直流的變換，在無電網情況下可以直接為交流負荷供電。PCS 由 DC/AC 雙向變流器、控制單元等構成。華為、陽光電

65、源等廠家均開發了相應的儲能變流器。圖 2-5 所示為陽光電源的儲能變流器，直流側電壓等級 800-1500V，三相并網。圖圖 2 2-5 5 陽光電源儲能變流器陽光電源儲能變流器 整流變換器類型較多，配電系統中出于成本考慮，常采用整流變壓器實現電網整流，整流變壓器內單方向的脈動電流經濾波裝置變為直流電。典型的整14流變壓器的外形如圖 2-6 所示。充電樁電源、儲能充電機等多采用全控型開關器件，如麥格米特的整流電源以及石家莊通合的整流充電機等。圖圖 2 2-6 6 典型的整流變壓器典型的整流變壓器 雙向整流-逆變器主要有三種主要應用。在混合動力電動汽車(HEV)或電動汽車(EV)中，車內將有車載

66、充電器為汽車蓄電池充電。充電電源從電網流向車輛，也稱為 G2V；在一些新的 HEV 或 EV 設計中，要求車輛允許從電池回流到電網(也稱為 V2G)；或在孤島狀態下向交流設備供電，具有 V2G 要求的 HEV 或 EV需要大功率雙向 AC-DC 電源作為其車載充電器。深圳市拓沃得科技有限公司的雙向整流-逆變器如圖 2-7 所示。圖圖 2 2-7 7 雙向整流雙向整流-逆變器逆變器 2.3.32.3.3 直流負荷直流負荷 同交流網一樣，直流負荷是電能傳遞的終點。直流負荷形式也比較復雜多樣，如大功率的充電樁、空調、計算機群等負荷，也有小功率的照明等電器設備。日本夏普公司在 2007 和 2008

67、年的日本電子展中兩次展示了該公司開發的15“直流生態住宅”技術和產品；日本 TDK 公司在 2008 年也在展覽會中展示了該公司的“全直流生態住宅”技術和產品；在 2009 年日本電子展中，夏普、TDK和日本松下公司分別展示了各自開發的住宅直流技術和相關產品；松下電工公司在 2010 年開始批量銷售交直流混合供電的住宅配電產品。廣東白色家電產學研創新聯盟于 2009 年 7 月成立了直流家電技術工作組，2018 年 1 月 18 日,深圳市建筑科學研究院股份有限公司與清華大學、住房和城鄉建設部科技與產業化發展中心、住房和城鄉建設部標準定額研究所、深圳市供電局有限公司、珠海格力電器股份有限公司、

68、南京國臣信息自動化技術有限公司、深圳桑達國際電源科技有限公司、北京交通大學、北京四方繼保自動化有限公司、廈門大學、興業太陽能等十七家中外科研機構、企業代表聚集在深圳國際低碳城,共同發起成立直流建筑聯盟，為直流技術的產業化推進做準備。2.2.3 3.4.4 儲能設備儲能設備 儲能設備是一種比較特殊的設備，它既可工作組負荷狀態，又可以工作在電源狀態。目前市場上主要的儲能類型包括物理儲能和電化學儲能。根據能量轉換方式的不同可以將儲能分為物理儲能、電化學儲能和其他儲能方式：1)物理儲能包括抽水蓄能、壓縮空氣蓄能和飛輪儲能等，其中抽水蓄能容量大、度電成本低，是目前物理蓄能中應用最多的儲能方式。2)電化學

69、儲能是近年來發展迅速的儲能類型，主要包括鋰離子電池儲能、鉛蓄電池儲能和液流電池儲能;其中鋰離子電池具有循環特性好、響應速度快的特點，是目前電化學儲能中主要的儲能方式。3)其他儲能方式包括超導儲能和超級電容器儲能等，目前因制造成本較高等原因應用較少，僅建設有示范性工程。2.2.3 3.5.5 開關設備開關設備 直流開關一直是直流配電系統關注的重點。由于直流電弧沒有過零點，因此開關必須具有較強的滅弧能力。目前在中壓側已經有采用電力電子器件和機械結構的混合式開關問世，但價格仍偏高沒法大規模商業推廣。直流低壓側目前以塑殼式空氣斷路器為主，其開斷能力達數十千安，斷開速度在 10ms 左右，能夠滿足實際使

70、用，但無法滿足系統主保護的需求。2.42.4 不同場景下的建筑直流系統不同場景下的建筑直流系統 我國的分布光伏建筑也已經獲得了廣泛的應用。根據建筑物的分類和屋頂的具體情況，分布式光伏發電有以下幾種使用場景：16（1）工業廠房。工業廠房具有屋頂面積大、平整開闊的特點，可充分利用屋頂空間安裝分布式光伏發電系統，減少工業生產的電能計費，降低工業生產的用電成本支出，有效緩解工業用電的緊張局面。（2）商業建筑。商業建筑多為鋼筋混凝土屋頂，有利于安裝光伏陣列。商業大廈、寫字樓等建筑用戶的用電負荷特性一般表現為白天較高、夜間較低，這能夠較好地匹配光伏發電特性。但是，商業建筑的外觀設計要求較高，在建筑設計階段

71、應同步考慮光伏發電系統的布置位置及安裝方式。（3）公共建筑。學校宿舍等公共建筑具有明顯的分時用電特征，因此白天可利用分布式光伏發電并進行儲能，晚上利用儲能進行供電。（4）通信基站用電。偏遠山區的通信基站一般較為分散，用電負荷較小，且供電線路鋪設環境較差，易產生供電不穩定。分布式光伏發電能夠有效地提高通信基站用電的可靠性。首都機場采用鋁合金支架將光伏板固定在屋面，且光伏板與屋面之間形成架空層，保證光伏組件在發電的同時還能起到屋面隔熱層的作用。此外，為了解決電動車輛充電問題，首都機場新建了一批集光伏、儲能、充電和停車為一體的充電車棚。具體方案見圖 2-8。但是，已有光伏建筑大都只考慮了分布光伏的發

72、電能力，尚未將電能存儲、配電及柔性調節進行一體化考慮。（a）光伏板屋面 （b）光伏充電車棚 圖圖 2 2-8 8 首都機場光伏設備首都機場光伏設備 “光儲直柔”的出現，為解決建筑結構與分布光伏發電的一體化問題提出了新思路?！肮鈨χ比帷笔窃诮ㄖI域應用太陽能光伏（Photovoltaic）、儲能（Energy storage）、直流配電（Direct current）和柔性交互（Flexibility）四項技術的簡稱。其中“光”和“儲”分別指分布式電源和儲能會越來越多地應用于建筑場景，作為建筑配用電系統重要組成部分；“直”17指建筑配用電網的形式發生改變，從傳統的中低壓交流配電網改為采用中低壓直

73、流配電網；“柔”則是指建筑用電設備應具備可中斷、可調節的能力，使建筑用電需求從剛性轉變為柔性。近幾年，國內外陸續開展了直流建筑示范工程建設。國內外實際運行的直流建筑項目電壓等級多在 DC350V400V。國內外的示范工程主要集中在直流建筑、數據中心、數據中心、海島供電等低壓、小范圍等特點特定供電場景，但系統結構各不相同，供電可靠性等方面有所差異。從系統結構上而言，博恩霍爾姆島工程、日本仙臺工程、巨次島工程、深圳未來大廈等均采用輻射形結構，在母線故障情況下會極大影響供電情況。博恩霍爾姆島的供電系統由傳統能源和可再生能源發電組成，交流系統分為 60、10、0.4kV 這 3 個電壓等級。該直流系統

74、內部分別通過專用母線連接 60kW 的光伏系統、192kWh 的電池儲能系統 BESS（Battery Energy Storage System）、2kW 的風力渦輪機和 50kW 的電動汽車快速充電器，并通過一個三相 30kW 的直流變換器與外部 400V 交流電網進行電能交換。ESS 可通過不同數量的蓄電池組串聯輸出不同等級的直流電壓，省略了不同電壓等級互聯時的直流變壓器設備，但由于目前蓄電池組占地范圍大且造價較高，實際上并未減少系統的占地面積，不利于家用或商業推廣，且 BESS 的投切對開關的要求較高，增加了系統成本；日本電報電話株式會社仙臺工程（NTT）在日本仙臺市啟動了日本首個直流

75、配電系統的示范工程40，該工程采用兩極三線制母線結，交流側電壓為 400V，直流側母線電壓為 430V，ESS 和光伏電池通過 DC/DC 變換器與直流母線相連，再經過 DC/DC 變換器連接 300V 直流母線，可直接向數據中心的高壓直流輸電服務器供電。負荷單元電壓等級為 48V，由 300V 直流母線通過 5kW DC/DC 變換器供電。該工程在 300V 直流系統安裝了帶有保險絲和塑殼開關的配電裝置 PDU（Power Distribution Unit），對負荷的電力分配可以在互聯狀態和孤島運行狀態之間無縫接續；深圳未來大廈交直流混合配用電項目整體架構設計遵循簡單、靈活的原則，力求通過

76、最簡潔的架構達到分布式能源靈活接入、靈活調度和安全供電的目的。系統架構采用正負雙極直流母線形式，實現了建筑內 1 個配電等級提供 2 種電壓等級的靈活配電方式，相應的電壓等級在高壓側采用極間電壓DC750V，中壓采用 DC375V。充電樁、空調機組等大功率設備接入 DC750V 母線，DC375V 母線負責建筑內電力傳輸，樓層內采用 DC+375V 或 DC-375V 單極18供電，并且針對建筑室內用電安全要求高的特點，在人員活動區域采用了DC48V 特低安全電壓，以保障直流配電系統的安全性。FREEDM 工程和 City of Tomorrow 工程則采用環狀供電，供電可靠性較高。2011

77、年，美國北卡大學站在對船艦直流配電系統進行分析與研究的基礎上，提出未來可再生能源傳輸管理 FREEDM（Future Renewable Electric Energy Delivery and Management）系統，采用 12kV 交流作為系統母線，實現交直流配電和即插即用功能。FREEDM 系統包含 3 個關鍵技術：（1）即插即用接口。系統含 1 個 400V 直流和 1 個 120V 交流總線接口，可以實現含分布式發電和 ESS交直流系統的并網。（2）智能能量管理 IEM（Intelligent Energy Management）裝置。系統的 12kV 母線通過 3 個 IEM

78、裝置分別連接 69kV 外部電網、120V 交流系統和 400V 直流系統，在電壓轉換和交直流變換的基礎上實現能量控制，并具有局部電源管理功能，例如低壓交流和直流電壓的調節、電網側電壓暫降穿越、負荷側故障電流限制等。（3）標準操作系統 DGI。該系統嵌入 IEM 設備中，利用通信網絡協調系統管理與其他能源路由器。此外，FREEDM 系統安裝了智能故障管理 IFM（Intelligent Fault Management）設備以隔離電路中的潛在故障，從而提高用戶側的故障恢復能力和電能質量；德國亞琛工業大學提出 City of Tomorrow 城市供電方案，并在亞琛工業大學內建造了5kV 直流配

79、電示范工程，城市配電系統采用中壓直流環網供電，通過大功率 AC/DC 換流器 DC/DC 變換器進行電能轉換與傳輸。中壓直流配電系統由外部 20kV 交流變電站供電，經AC/DC 變換后為亞琛工業大學新校區的幾個大功率試驗臺提供電能，總功率為15.5MW。該直流配電系統采用電纜雙極環網方式供電，每臺試驗裝置通過DC/DC 變換器或 DC/AC 換流器連接到直流母線上。其中，雙向 AC/DC 換流器連接直流配電系統和外部交流系統，在正常工作時以整流方式為直流配電系統供電，必要時反轉潮流方向，以逆變模式運行為外部交流系統供電。國內，南京國臣在辦公樓內構建了建筑光儲直柔系統，采用輻射式 IT 不接地

80、拓撲和DC600V+DC220V 兩級配電方案，為辦公樓內多類型直流負荷供電；深圳寶龍工業城設計了柔性直流配電工程設計方案，采用雙電源手拉手式的網絡拓撲，使用電壓源換流器換流器從 2 個變電站的 10kV 母線側吸納功率，為直流系統提供能量支撐，滿足直流系統供電負荷的用電需求。廈門大學的光伏建筑一體化直流微網工程，母線采用 380V 單極接線，給包括空調、充電站、阻性負荷、LED19照明在內的直流負荷供電。張北構建的500kV 四端環形柔性直流示范工程，可大規模消納及輸送風電、光伏等可再生能源。據不完全統計，國內外實際運行的直流建筑項目已建成數十個個，建筑類型涵蓋了辦公、校園、住宅和廠房多個種

81、類，直流配電容量在 10300kW 之間，如表 2-3 所示。雖然建筑類型和規模上有差異，直流供電的負載也有不同，但整體來說建筑直流系統的電壓等級都選擇在 DC350400V 之間，在小功率電器供電方面也都采用的 24V 或 48V 特低安全電壓供電。綜上，國內外的直流建筑還局限于示范工程，許多研究成果沒有得到長期應用的檢驗，商業化實踐幾乎還是空白。尤其是我國起步較晚，因此需加快針對直流建筑研究的步伐，在總結以上國內外相關示范工程的經驗，深入研究直流配電系統的規劃設計、調度運行、經濟分析等問題，同時需加快相關標準制定、完善電力市場機制、加大政策推廣力度。表表 2 2-3 3 國內外直流建筑案例

82、介紹國內外直流建筑案例介紹 項目名稱 城市 建筑類型 時間 規模/kW 電壓等級/V 直流源荷 國內 深圳建科院未來大廈直流配電系統 深圳 辦公 2019 200 DC375/48 雙極 AC/DC 變換器、光伏、蓄電池、全直流建筑 蘇州同里綜合能源服務中心 蘇州 工業 2018 4600 DC750/540/220 AC/DC 變換器、光伏、蓄電池、照明、空調、充電樁、數據中心等 吳江同里湖嘉苑直流建筑群 蘇州 居民 2019 620 DC375/48 光伏、蓄電池、充電樁、照明、空調、直流家電 南京國臣辦公樓 南京 辦公 2018 74 DC600/220 AC/DC 變換器、光伏、蓄電池

83、、充電樁、照明、直流家電 大同市國際能源革命科技創創新園 大同 辦公 2019 500 DC750 AC/DC 變換器、光伏、蓄電池、照明、空調、計算機 CIGS-BIPV 建筑能源集控與實驗平臺 北京 辦公 2019 125 DC750/220 AC/DC 變換器、光伏、蓄電池、農業電源、照明、直流家電 虹橋基金小鎮直流微網 上海 辦公 2019 210 DC532/220 AC/DC 變換器、光伏、空調、電腦、照明 20格力直流小屋 珠海 辦公 2018 100 DC400/48 AC/DC 變換器、光伏、蓄電池、充電樁、照明、空調、直流家電 國外 東北福祉大學直流微電網 日本仙臺 辦公

84、2008 218 DC400 住宅電器、集中式能量路由器、光伏 FREEDM 美國北卡羅來納州 展示實驗 2011 100 DC400V AC/DC 變換器、光伏、儲能、隔離型 DC/DC 變換器、直流負荷 NextEnergy Center budling in Detroit 美國底特律 廠房 2013 250 DC380/24 LED 照明、通風機、AC/DC 變換器、光伏 Intelligent DC Microgrid Living Lab Aalborg University 丹麥奧爾堡 展示實驗 2015 20 DC380/48 直流家用電器、AC/DC 變換器、光伏、水平風機、

85、燃料電池 City of Tomorrow 德國亞琛工業大學 學校 2011 15500 DC5kV 為新校區的幾個大功率試驗臺供電 弗勞恩霍夫 IISB building 德國埃爾朗根 辦公 2016 200 DC380/48 照明、空調、USB C、直流插座直流家電、AC/DC 變換器、光伏、蓄電池、氫燃料電池 DC Lofts Strijp S Eindhoven 荷蘭阿姆斯特丹 住宅 2017 50 住宅電器、戶式能量路由器 Etratech Inc headquarter 加拿大 伯靈頓 廠房 2017 46 DC380 AC/DC 變 換 器（雙極）、光伏、蓄電池、燃氣發電機 21

86、3 3 建筑光儲直柔系統的源荷建筑光儲直柔系統的源荷特性及優化控制策略特性及優化控制策略 3.13.1 建筑光儲直柔系統的源荷特性建筑光儲直柔系統的源荷特性 3.1.13.1.1 光伏發電光伏發電 光伏發電系統的運行性能取決于多種因素。尤其是環境因素，例如太陽輻射能、環境溫度、風速等。為了使一個光伏發電系統運行可靠、高效、經濟，我們必須充分考慮本地負荷需求、當地氣象資料、電站各部件參數性能。然而，太陽組件及其它部件的性能通常是由生產廠家按照平均標準生產的，這就使得系統的總性能不可能剛好滿足當地實際需要，對于一個容量配置過大的光伏發電系統，系統不會滿負荷運轉，這就造成系統壽命降低和安裝費增高：對

87、于一個容量配置過小的光伏發電系統來說，系統無法提供足夠多的能量，同時也減少了系統的運行壽命。因此建立光伏系統動態仿真模型，就要對隨機性分布的太陽輻射能進行概率建模。太陽能和常規能源的最大不同是它的隨機分布性，某個時刻的光伏陣列的出力卻不是人為所能控制的，這是由該時刻的太陽輻射能、地理位置、環境、轉換效率等諸多因素共同決定的。太陽輻射的大小與太陽本身輻射性質有關。太陽表面有黑子和光斑，對太陽能的影響只有 0.5%。一般來講，我們可以忽略太陽表面輻射的變化，而同時考慮與太陽地球的相互空間位置以及它們的運動規律。而到達地表的太陽輻射又隨安裝地點的季節、時刻、緯度的不同而變化。因此，一天中的太陽輻射是

88、不斷變化的，影響太陽輻射的因素相當多。參考當地氣象資料，對影響光伏出力的影響進行分析計算。在光伏發電系統規劃中，通常是采用統計全年的太陽輻射量，進而得到整個電池陣列的轉換出力，或者得到各月份組件的理論出力。研究表明在某一時刻 的太陽能光照強度滿足 Beta 分布：(3-1)式中，為時刻 的最大光照強度；為 Gamma 函數；和為 Beta分布形狀參數。光伏系統發電出力可表達為：(3-2)t()r t11maxmax()()()()1()()()()r tr tf r trtrtababab-G+=-GGmax()rtt()G ab()()sP tr t Ah=22式中，為太陽能方陣總面積；為光

89、電轉換效率。光伏出力概率密度函數為：(3-3)式中，光伏發電機組在時刻 的最大出力為：(3-4)結合式(2-15)可得到光伏發電系統出力的期望值、方差和二階原點矩為：(3-5)(3-6)(3-7)光伏發電出力波動受光照強度變化影響，有很大的隨機性。光伏出力的波動情況分為兩種，第一種為受太陽運行影響產生光伏發電日出力變化，這種變化情況時間跨度大，變化幅度大，但是變化速度較為緩慢，一般為小時為變化單位，主要影響電力系統的日調度；第二種為有浮云或飛行物掠過時，陰影影響產生的光伏發電出力瞬時變化，實驗指出，光伏發電出力可在一秒內降至額定出力的 30%，這種變化可能會對電力系統的暫態穩定性產生影響。光伏

90、發電的出力隨光照強度的變化而變化，在四種不同天氣模式（晴天，少云，多云，陰天）下，光伏電源的典型日出力曲線如圖 3-1 所示。Ah11maxmax()()()()1()()()()sssssP tP tf P tPtPtababab-G+=-GGtmax()sPtmaxmax()()sPtArth=()sE P t()sD P t2()sE Ptmax()()ssE P tPtaab=+()()2max2()()1ssD P tPtababab=+()()()22max1()()1ssE PtPta aabab+=+23圖圖 3 3-1 1 四種天氣的光伏發電出力四種天氣的光伏發電出力 由上圖

91、可以看出，光伏出力具有以下幾個特點：（a）光伏出力集中在白天，在夜間無出力；（b）光伏的有功出力隨天氣變化波動較大，受氣象因素影響明顯。不同的天氣，其出力規律不同。以多云和少云天氣波動最大、最劇烈，晴天和陰天波動較緩慢；（c）光伏出力因為光伏發電的原理與傳統發電機原理不同，在受到氣象因素變化影響時，發電出力的變化幾乎不存在調節特性，瞬時發生變化，對電力系統的沖擊較大。因此，儲能系統對于平抑光伏出力的波動是必須的。另外，光伏在白天出力比較大。但是一般情況下風力發電夜間發電量比較多。將風力和光伏發電結合起來，通過風光互補，可以改善系統運行。3.1.23.1.2 儲能裝置儲能裝置 儲能裝置在新能源發

92、電領域中有著較為廣泛的應用。將儲能系統應用于電力系統，可以減少系統振蕩,提高系統穩定性，可以減少電力系統負荷峰谷差，提高電能質量。隨著微電網的發展，分布式發電技術和儲能裝置形成的分散電源將成為電力系統的重要組成部分，與此同時，電力系統的調控方法也將有所改變。目前，常見的儲能方式有超導儲能技術、超級電容儲能技術、飛輪儲能、壓縮空氣儲能、抽水蓄能、蓄電池儲能。表 3-1 和表 3-2 分別列舉了不同儲能方式的性能比較和優缺點比較。表表 3 3-1 1 不同儲能方式的性能比較不同儲能方式的性能比較 儲能方式 能量轉化效率（%）儲能容量（MWh）響應時間 功率 抽水蓄能 70 2000 10 秒4 分

93、 3001800 壓縮空氣 70 5100000 110 分 0.527000 超導儲能 95 0.0002100 1 秒 0.0012 飛輪儲能 9093 0.0002500 1 秒 0.0011 燃料電池 59 0.00022 1 秒 0.013 高效電池 85 0.00011 0.99 2 最大總諧波失真 3%（額定功率）功率因數可調范圍 超前 0.9滯后 0.9 3 允許電網電壓范圍 AC310450V 允許電網頻率范圍 4555Hz 保護及其他參數保護及其他參數 1 直流側保護 過壓保護、欠壓保護、過流保護、短路保護、極性反接保護 2 交流保護 過壓保護、欠壓保護、過流保護、短路保護

94、 3 模塊溫度保護 具備 5.1.1.25.1.1.2 整流設備整流設備 直流側和交流側通過 AC/DC 整流變換器連接，可實現交流側向直流側的整流供電，當前的充電機也多采用整流方式進行電池組充電。整流采用維也納整流變換器，整流器電路結構簡單，開關管數量少，同等輸出電壓情況下，能有效地降低開關管的電壓應力，如圖 5-4 所示。46 圖圖 5 5-4 4 維也納整流拓撲維也納整流拓撲 當前部分整流裝置的關鍵技術參數如表 5-2 所示。表表 5 5-2 2 整流器關鍵參數整流器關鍵參數 序號 項 目 參數指標 直流輸出直流輸出 1 額定輸出電壓 DC220V DC375V DC540V DC750

95、V 2 額定輸出電流 50A 30A 20A 15A 3 輸出電壓范圍 DC198V242V DC350V400V DC500V600V DC720V780V 4 限流可調范圍 10%110%可調 5 穩壓精度 0.5%6 均流不平衡度 5%（額定電壓額定負載下）7 效率 93%交流輸入交流輸入 1 額定輸入電壓 AC380V 2 輸入電壓范圍 AC304437V 3 輸入電流 Q158的波動情況及變化趨勢來判斷直流系統是否發生非正常的電壓連接。不平衡電橋接地監測原理圖如圖 1 所示。其中、分別為支路正、負極對地電阻，、為檢測電阻，。圖圖 5 5-1717 支路的不平衡電橋接地監測原理圖支路的

96、不平衡電橋接地監測原理圖 閉合開關，斷開開關，設置一定的時間延時，待測量值穩定后再進行測量，支路正、負極對地電壓的測量值分別為、，則：（5-2）斷開開關，閉合開關，設置一定的時間延時，待測量值穩定后再進行測量，支路正、負極對地電壓的測量值分別為、，則：（5-3）聯立式(1)和(2)可得：（5-4）（5-5）當、其中的一個值偏離正常值時，即可判定出相應的絕緣下降的極性以及絕緣下降電阻的大小。5.2.5.2.4 4.2.2 直流漏電保護直流漏電保護 目前的 RCD 大都以檢測交流剩余電流為主，常見的包括 AC 型、A 型、F 型和 B 型，其中 B 型具備相關直流分量檢測功能，但是受限于較高的技術

97、門檻和價格因素，在直流系統中應用推廣難度較大。因此亟需開發一種適應直流系統的剩余電流保護器。+RR-1R2R12RR=1S接地保護單元1R2R2SU+U-DC-220V+RR-負荷DC+220V1S2S1U+1U-111/UURRR+-+-=1S2S2U+2U-222/UURRR+-+-=112121212()R U UU URU UU U-+-+-=+11121211212()()RUU UU URUU UU U-+-+-+-=+RR-59本項目提出一種直流剩余電流保護技術方案，采用絕緣監測配合漏電保護的方式實現直流漏電保護，絕緣監測裝置安裝于母線側，直流剩余斷路器安裝于各條支路14。根據上

98、述方案設計研制的裝置如圖 5-18 所示，其技術參數如表 5-7 所示。圖圖 5 5-1818 直流剩余電流保護技術方案直流剩余電流保護技術方案 表表 5 5-7 7 直流剩余電流保護技術方案直流剩余電流保護技術方案 項 目 參數指標 斷路器類型 RCD-401/YA RCD-402/YA 額定電壓 DC400V 額定電流 6A63A 保護剩余電流 30mA 保護動作 跳閘 告警 保護時間 0.1s RCD-401/YA系列斷路器：由剩余電流檢測驅動部分及斷路器本體組成，在剩余電流保護動作時，驅動斷路器跳閘，達到隔離故障的目的；RCD-402/YA系列斷路器：由剩余電流檢測驅動部分、輔件及斷路

99、器本體組成，在剩余電流保護動作時，驅動輔件動作，輸出告警輔助觸點，斷路器本體依然處于合閘狀態。該直流漏電保護器覆蓋傳統漏保所有漏電保護類型，如表5-8所示?？蓪崿F的漏電流保護范圍在30mA150mA之間，保護時間應負荷 光伏給負荷供電同時給儲能單元充電 充電 MPPT 跟蹤 PV負荷 光伏和儲能單元給負荷供電 放電 MPPT 跟蹤 PV 故障 儲能單元給負荷供電 放電 停機 只有當光伏、儲能同時無法滿足系統負荷需求時，才投入大電網，從而極大的提高了系統運行的經濟性。系統通過對直流電壓的監測來判斷系統當前狀態，并進行合理切換，運行結果表明此種控制策略可以實現對光伏的充分利用及對電壓的有效控制。6

100、.26.2 居民住宅居民住宅 6.2.16.2.1 系統結構選取系統結構選取 結構選取方面，居民住宅一般配電容量較小，多采用單電壓等級或不超過2 個電壓等級，拓撲結構一般為單極輻射型。當多個住宅形成統一系統時，可通過臺區間的柔性互聯形成雙端或多端連接的拓撲結構，如圖 6-3 所示。臺區互聯裝置參考 5.1.1.1 節中的設備介紹，此處不再贅述。78 圖圖 6 6-3 3 分散式臺區互聯拓撲分散式臺區互聯拓撲 接地方式方面，與建筑類似，宜選擇為 IT 不接地或高阻接地系統，即電源側懸浮或高阻接地，設備側外殼接地。配置漏電保護裝置。6.2.26.2.2 電壓等級選取電壓等級選取 可參照 6.1.2

101、 節中關于電壓等級的選取原則，配電系統電壓選擇 DC750V，居民用電電壓選擇 DC220V。6.2.36.2.3 核心裝置介紹核心裝置介紹 6.2.3.16.2.3.1 電力電子變換裝置電力電子變換裝置 針對住宅場景，可采用分體式或壁掛式光伏電力電子變換裝置。本項目中針對于獨立住宅或規模較小的住宅互聯系統，可采用配用電一體式 5kW 直來電裝置，光伏發電經升壓后直接輸出直流負荷使用的電壓等級，5kW 直來電裝置的技術參數如表 6-2 所示25。表表 6 6-2 5kW2 5kW 直來電裝置技術參數表直來電裝置技術參數表 序號 項目 參數 1 額定功率 5kW 2 光伏額定輸入電壓 180V

102、3 光伏輸入電壓范圍 150240V 794 額定輸出電壓 DC250V 5 額定輸出電流 20A 6 通訊接口 RS485 7 通訊協議 Modbus 協議 8 使用環境溫度-25C+50C 9 使用環境濕度 095%，無凝霜 針對于臺區互聯或多住宅互聯系統，可采用 10kW 配電式直來電裝置，光伏發電經升壓后匯入 DC750V 直流母線，再經降壓后供直流負荷使用，10kW 直來電裝置的技術參數如表 6-3 所示。表表 6 6-3 10kW3 10kW 直來電裝置技術參數表直來電裝置技術參數表 序號 項目 參數 1 額定功率 10kW 2 最大功率點電壓 550V 3 MPPT 電壓范圍 3

103、00800V 4 額定輸出電壓 DC750V 5 額定輸出電流 15A 6 通訊接口 RS485 7 通訊協議 Modbus 協議 8 使用環境溫度-25C+50 9 使用環境濕度 095%，無凝霜 降壓變換器及儲能變換器等詳見 5.1.2 節中關于 DC/DC 變換器的介紹。6.2.3.26.2.3.2 儲能及光伏儲能及光伏 通常情況下，光伏發電采用就地消納原則，按照實際的負荷需求和現場條件確定，儲能單元可根據需求進行選配，也可采用集中式儲能的方式，并通過臺區之間的互聯實現儲能共享。6.2.3.36.2.3.3 系統保護系統保護 在直流配網側進行保護配置，具體如下：（1）電網進線、儲能回路及

104、其它重要出線裝設保護裝置。直流環節配置絕緣監測裝置和 750V 直流斷路器并配置絕緣監測，宜配置低壓直流母線保護。光伏支路、柔性雙向變換器支路以及柔性互聯裝置均具備雙向限流功能。80（2）保護配置應充分考慮并網變換器控制靈活多變及非線性工作特點，為提高保護性能，可以與并網變換器控制進行配合。（3）用戶端配置直流漏電保護裝置，負荷進行無弧化處理。6.36.3 工業場景工業場景 6.2.16.2.1 系統結構選取系統結構選取 結構選取方面，考慮到工業現場的實際情況，一般工業生產現場的拓撲結構為單極輻射型，如圖 6-4 所示。對于數據中心等可靠性要求更高的領域，則可以考慮環形或多端型網架結構。圖圖

105、6 6-4 4 工業拓撲工業拓撲 接地方式方面，考慮到變頻器的接地保護特性和系統供電可靠性需求，選擇為 IT 不接地方式，即直流電源側懸浮，設備側外殼接地。6.2.26.2.2 電壓等級選取電壓等級選取 考慮到交流變頻器的特性，AC380V 經整流后約為 513V532V，故主供電電壓選擇 DC600V 以匹配變頻器需求，部分儀表及插座等用電電壓選擇 DC220V。M變頻器光伏就地消納交直流混合供電光儲一體化電壓暫降治理裝置儲能電池組變頻器主回路DC/DC轉換器光伏組件電網AC380V負載照明插座控制AC220V控制電源AC380V動力電源DC600VDC220V816.2.36.2.3 核心

106、裝置介紹核心裝置介紹 6.2.3.16.2.3.1 電力電子變換器電力電子變換器 工業現場除電壓等級外，變換器與建筑領域類似，可參照 6.1.3.1 節中關于變換器的配置介紹。6.2.3.26.2.3.2 儲能及光伏儲能及光伏 對于工業光儲直柔建筑，光伏發電采用就地消納原則，按照實際的負荷需求和現場條件確定；由于工業負荷的電壓敏感性，如十幾毫秒的電壓暫降就可能造成變頻器或繼電器等設備停機，儲能配置時要綜合控制策略考慮，滿足電源切換時敏感負荷的不間斷運行需求。6.2.3.36.2.3.3 系統保護系統保護 除斷路器和熔芯外，對儲能等重要負荷可配置一體化保護，直流母線配置絕緣監察，用電端配置直流漏

107、電保護。6.46.4 方案設計建議方案設計建議 6.4.16.4.1 拓撲結構拓撲結構 各類拓撲結構的特點如表 6-4 所示。表表 6 6-4 4 拓撲結構特點對比拓撲結構特點對比 類別 優點 缺點 放射式結構 1、拓撲結構簡單，經濟性高；2、單向供電，潮流路徑相對確定，對保護控制要求不高；3、系統運行操作簡便。1、近電源端發生故障，會導致系統大面積停電，系統可靠性較低 雙端或多端結構 1、便于光伏、風機等分布式電源并網；2、系統故障時，能夠實現負荷轉供，可靠性較高；1、雙端供電，結構較復雜，對保護控制功能要求較高；2、建設成本較高 環式結構 1、便于光伏、風機等分布式電源并網；2、系統合環時

108、，實現故障條件下無縫轉供，可靠性高；1、結構復雜，對保護控制功能要求高；2、建設成本高 826.4.26.4.2 接地方式接地方式 不同接地方式的特點如表 6-5 所示26。表表 6 6-5 5 不同接地方式的特點不同接地方式的特點 接地方式接地方式 安全性評估安全性評估 安全性保障（依重要性安全性保障（依重要性排序）排序）應用難度應用難度 TTTT 接地接地 接地故障電流相對較小，有利于開斷并保證線路安全，但故障識別和選線困難 直流剩余電流檢測裝置；直流剩余電流分級辨識和選線保護。對直流 RCD 依賴最大，應用難度最大 ITIT 接地接地 單點故障時仍具有較高安全性，兩點故障危險性較高，對斷

109、路器開斷電壓要求較高 絕緣監測裝置和 750V直流斷路器；故障定位和分區選線；直流剩余電流檢測裝置。應用難度最小 TNTN 接地接地 接地故障電流及對線路威脅較大，故障特征明顯，易于識別和分級選線保護 直流斷路器壽命和可靠性；直流剩余電流檢測裝置。對直流 RCD 有一定依賴，斷路器短期面臨成本壓力，應用難度中等 6.4.36.4.3 接線方式接線方式 不同接線方式的特點如表 6-6 所示。表表 6 6-6 6 不同接線方式的特點不同接線方式的特點 接線方式接線方式 優勢優勢 缺點缺點 單極性單極性 1、結構接單，投資成本低 1、對絕緣水平要求高；2、同等電壓等級下容量較小，適用于低壓直流配電。

110、真雙極真雙極 1、運行方式靈活，輸送容量大；2、在直流側故障或檢修時只影響故障極，對另一極沒有影響。1、投資成本高；2、保護控制較偽雙極接線要復雜。偽雙極偽雙極 1、相比于真雙極系統，結構較為簡單，投資較少 1、可靠性比真雙極系統要低，只能對稱方式下運行 6.4.46.4.4 容量配置容量配置 容量配置方面，主要針對光伏、儲能以及電網接口變換器進行討論。根據商業模式的不同，容量配置原則也有所差異。配置原則如表 6-7 所示。83表表 6 6-7 7 工業拓撲工業拓撲 系統商業模系統商業模式式 容量配置類型容量配置類型 光伏 儲能 電網接口變換器 自發自用 滿足負荷需求即可 綜合考慮儲能首要用途

111、及配置成本 整流型，滿足負荷需求即可 全部上網 滿足空間約束和經濟性約束，容量盡可能大 考慮集中儲能，單個用戶不配置 逆變型，滿足光伏發電逆變需求 自發自用，余電上網 滿足空間約束和經濟性約束，容量盡可能大 綜合考慮儲能首要用途及配置成本 AC/DC 雙向，逆變滿足光伏發電的逆變需求；整流滿足負荷用電需求 綜上，對于建筑、住宅、工業現場等不同場景，推薦的拓撲結構及接線形式如表 6-8 所示。表表 6 6-8 8 工業拓撲工業拓撲 場景場景 常用拓撲常用拓撲 主接線形式主接線形式 其他關注點其他關注點 建筑直流建筑直流 輻射型 IT 不接地或高阻接地系統，可采用單極或真雙極結構。經濟性及電壓等級

112、 居民住宅居民住宅 輻射型 IT 不接地或高阻接地系統，多采用單極 經濟性及電壓等級 工業直流工業直流 推薦輻射型以及兩端供電型 宜采用單極懸浮系統以提高可靠性 交直流混合供電情況下，故障時交流側接地方式對直流側的影響。數據中心直流數據中心直流 環形或多端型 單極性懸浮系統 系統運行效率及運行安全性 84 7 7 總結與展望總結與展望 光儲直柔概念的提出賦予了建筑“柔性”的特點，為適應不同的應用場景提供了可能性，因此亟需構建適應不同應用場景的建筑光儲直柔理論體系，并形成統一的工程技術規范和標準。（1 1）光儲直柔系統目前亟需相關標準和規范，為系統的建設、運行提供）光儲直柔系統目前亟需相關標準和

113、規范，為系統的建設、運行提供指導和依據。指導和依據。首先，從系統建設層面考慮，光儲直柔系統的建設是一項系統工程，其規劃設計、配電設備、電氣設備、物理接口、運行監控等方面沒有相應的標準，需要根據實際逐步推進。其次，從系統實際運行的角度來看，各建設單位在進行系統運維時，需要相關的規范來明確實際的配電環境下需要哪些措施用來確保光儲直柔系統的安全穩定運行。因而目前應在系統研究的基礎上，抓緊制定相關的標準和規范來指導實踐工作。（2 2）需要從系統的角度考慮新能源、直流負荷以及直流配電網合理布局、）需要從系統的角度考慮新能源、直流負荷以及直流配電網合理布局、有序發展。有序發展。長遠來看，對新能源的利用會逐

114、步增多，因而直流配電有其固有優勢；就負荷而言，其總體的直流化趨勢不會改變，少部分交流負荷的存在，不影響整個系統的直流配電屬性。目前影響直流配電的主要是電力電子器件的高成本以及現有的交流配電網主體架構，電力電子器件成本會隨著技術的推進和市場規模的擴大而逐步降低，直流配電網則需根據實際的需求合理布局、穩步推進。（3 3）直流配電系統的控制保護目前仍處于實踐和探索階段，仍具有很大）直流配電系統的控制保護目前仍處于實踐和探索階段，仍具有很大的研究空間。的研究空間。直流配電系統的保護技術還有很大的研究空間，主要包括以下幾個方面：1）低成本、大容量、可商業應用的直流斷路器技術。2）故障電流限流裝置與小容量

115、直流斷路器配合保護技術。3）具有故障電流限制或切斷能力的換流器。4）快速的故障檢測及實時通信技術。采用具有故障限流能力的換流器和限流裝置的發展給直流配電系統的保護設計提供了新思路，低成本、大容量的直流斷路器未來的商用或限流裝置與小容量斷路器的配合使用是直流配電系統保護配置85的兩個方向。另外，與交流系統相比，直流配電系統多變流器互聯的協調優化控制更為復雜，通過調整控制策略或增加設備可以解決其自身的問題。參考文獻：參考文獻：1 李津,曹曉波,李忠,嚴建海,劉向東.低壓直流系統潮流協調控制器及其應用J.電工電氣,2020(04):44-47.2 秦文軍,陳文波,房建軍,李忠,嚴建海.低壓直流配電在

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117、ractice of Relay Protection in LVDC Distribution Network.IEEE,ICDCM2019 Confenrece,Jun,2019.6 陳文波.具有精確限壓限流及最大功率點跟蹤的變換器的控制方法P.江蘇?。篊N102843035B,2014-10-22.7 張保,鄒學毅,嚴建海,武遠征.柔性直流雙向變換器及其控制策略研究J.電工電氣,2020(08):12-16+36.8 陳文波,鄒學毅,張保.一種應用于直流微電網的直流雙向變換裝置P.江蘇?。篊N209217956U,2019-08-06.9 陳文波,鄒學毅,張保.一種直流雙向變換裝置對蓄電

118、池充放電的控制方法P.江蘇?。篊N109193842A,2019-01-11.10 李忠,余學文,吳鳴,陳文波,劉向東,仝浩,李永恒.低壓直流配電網繼電保護研究與實踐J.供用電,2018,35(08):40-44+60.DOI:10.19421/ki.1006-6357.2018.08.007.11 陳文波,李忠,仝浩,鄒學毅,劉向東,余學文.一種抽屜式中低壓直流配電保護裝置P.江蘇：CN207053168U,2018-02-27.8612 Zou Xueyi,CHEN Wenbo,Zhu Xuezhong,et.al.Research and application of active pr

119、otection technology in LVDC system.CIRED2019.13 陳文波.一種用于直流配電的主動式短路保護設備P.江蘇：CN203415947U,2014-01-29.14 劉向東,陳文波,李忠,張保,鄒學毅,嚴建海,余學文,仝浩,梅中華,朱禮建.一種直流漏電保護方法P.江蘇?。篊N111487560A,2020-08-04.15 劉向東,王強,王菲菲,嚴建海.交直流混合配電系統的運行管理系統設計J.電工技術,2021(16):140-142+154.DOI:10.19768/ki.dgjs.2021.16.049.16 湯向華,李秋實,侯麗鋼,嚴建海,李忠,陳文

120、波.樓宇交直流混合配電系統及其運行管理J.電子設計工程,2020,28(13):184-188+193.DOI:10.14022/j.issn1674-6236.2020.13.039.17 Xiangdong Liu,Wei Zhang,Jianhai Yan,et.al.Research on electric arc and practice in building LVDC distribution system.IEEE,ICDCM2019 Confenrece,Jun,2019.18 王新想,嚴建海,王靜,熊天龍,李浩.直流系統中直流電弧的研究與實踐J.河南科技,2020(19):

121、132-134.19 張保,嚴建海,鄒學毅,仝浩,劉向東,余學文,蘇國慶,趙振昊,李忠,陳文波.一種直流系統柔性安全供電裝置P.江蘇?。篊N212751794U,2021-03-19.20 張保,嚴建海,李忠,陳文波,鄒學毅,仝浩,劉向東,余學文,王強,劉嘉杰,梅中華,朱禮建.一種直流過零主動滅弧裝置及滅弧方法P.江蘇?。篊N111463044A,2020-07-28.21 張保,嚴建海,鄒學毅,仝浩,劉向東,余學文,蘇國慶,趙振昊,李忠,陳文波.一種直流系統柔性安全供電方法P.江蘇?。篊N111952955A,2020-11-17.22 張保,嚴建海,李忠,陳文波,鄒學毅,仝浩,劉向東,余學

122、文,王強,劉嘉杰,梅中華,朱禮建.一種直流過零主動滅弧裝置P.江蘇?。篊N211788720U,2020-10-27.23 Bao Zhang,Yutong Li,Jianhai Yan,et.al.Demonstration application of LVDC distribution system in building.IEEE,ICDCM2019 Confenrece,Jun,2019.8724 李忠,嚴建海,王福林,李雨桐,李秋實,湯向華,袁曉冬,陳文波.樓宇低壓直流配電系統示范應用J.供用電,2018,35(06):33-40.DOI:10.19421/ki.1006-6357.2018.06.005.25 劉永崗,嚴建海,韓肖清,王金浩,楊光輝,張保,李惠斌,陳文波.低壓直流配電系統在農村地區的應用研究J.供用電,2021,38(01):17-24.DOI:10.19421/ki.1006-6357.2021.01.003.26 T/CABEE 0302022，民用建筑直流配電設計標準S.北京：中國建筑工業出版社，2022.-