直流楼宇研究中的关键技术浅探

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1、直流楼宇研究中的关键技术浅探【摘要】直流楼宇在直流供电中的应用，有利于节能和绿色能源的接入，具有广阔的应用前景。本文介绍直流微网研究的起源、国外直流微网研究的状况和发展动态，着重阐述直流楼宇的关键技术；指出我国应重视和加强直流楼宇技术的研究工作，今后将有更多的企业和研究院所支持和参与到直流楼宇的这一新兴的绿色电力技术的发展中来。【关键词】直流微网；直流楼宇；微网;分布式电源1.引言据美国环境保护署(UnitedStatesEnvironmentalProtectionAgency,USEPA)统计，美国楼宇用能占总能源的39%,电力消耗占总消耗的68%,二氧化碳

2、排放量占总排放量的38%[1]。随着我国商业地产的开发与物业管理的成熟，我国楼宇的电力消耗和碳排放所占的比例也逐年提高，特别是在上海、北京等一线城市。因此，楼宇是推行节能减排的重要对象。随着常规能源的紧缺，楼宇供电电源逐步朝多种类、可持续的方向发展，分布式发电技术获得了越来越多的重视和应用。但是大量的分布式电源(DistributedEnergyResource,DER),如太阳能电池、光伏建筑一体化、燃料电池、建筑用风力涡轮发电、小型燃气气轮机热电联产等，这些电源产生的电源均为直流电或者可经过简单整流后变为直流电，直接并网将会对电网调峰和系统的安全运行造成显著

3、的影响，而且由于DER单机接入成本高、容量小、运行不确定性强，受制于自然条件，缺少灵活性、可控性的特点，对主网而言是一个不可控源，目前主网采取电网隔离方式处理DER,这限制了DER的效能发挥［2］。从楼宇用电负荷和供电电源的发展趋势可以看出它们表现出的直流特性日趋明显。这就迫使人们需要重新衡量楼宇供电方式和它的发展方向。近年来，采用直流总线的直流微网开始得到关注［5-6］,特别是由于低成本和可靠的直流电能分配器件的发展，直流微网技术呈现迅速发展的态势。微网是将微型电源、负荷和储能装置结合在一起的电网形式，它作为一个独立的整体，可以并网运行，也可以孤岛模式运行［6

4、］。1.直流微网的研究现状长期以来，直流微网相关技术的研究与开发一直得到了产学研各界的广泛关注。美国弗吉尼亚理工大学CPES(CenterforPowerElectronicsSystems)中心2007年提出了"SustainableBuildingInitiative(SBI)研究计划［7］,为未来家庭和其他楼宇提供电力。随着研究的深入和技术的不断发展，CPES于2010年将SBI发展为SBN(SustainableBuildingandnanogrids),并且将直流母线电压由DC300V提升到DC380Vo目前，美国和日本在微网的研究方面处在领先地位。2

5、009年12月7〜8日在日本东京召开了第一届GBPF会议，会议中提出了以DC380V作为数据中心直流供电标准，讨论了电源和用电设备的规格、电源品质测量和供电系统结构等问题，举行了“EPRIDCPowerPartners"和"JapanDCPowerIndustrialPartnersn联合会议。2010年4月DarnellGroup发布了低仪版的'‘楼宇直流供电：经济因素、应用驱动、架构技术、边准和规划制订”研究报告。2011年元月24〜26日在美国硅谷召开了第三届GBPF会议，会议的主题围绕“直流供电的挑战、成就和机遇”和创造柔性、动态的电力架构“等方面进行。

6、我国在直流微网的研究方面还处于起步阶段，2009年7月，广东白色家电产学研创新联盟成立了直流家电技术工作组和家电集成能源系统技术工作组，正式启动了中国在该领域的研究与开发[9-10]o随着政府对新能源开发的日益重视和越来越多的直流家电技术得到推广和应用，直流微网将具有广阔的发展空间。1.直流楼宇微网的控制技术直流楼宇微网控制关键点是保持供电电源端与负荷端能量的平衡；能量的平衡控制可采取本地控制或者远程控制。直流楼宇微网控制主要是母线电压的调整和电能质量的管理[7-8]o3.1母线电压的调整直流楼宇微网由DER、负载和并网接口电路等部分通过各自的变流装置与直流母线

7、相并联。根据变流器的并联特性可知,各个并联模块对外表现为电压源特性时，由于配电线缆上存在阻抗压降，各个节点电压存在差异，很有可能导致各并联电压源之间产生环流[6],图1所示即为各并联电压源的等效示意图。图中，VI和表示并联电压源幅值，Z1和表示线路阻抗；表示过流模块1和模块2的电流，VDC表示模块连接处的母线电压。因此，为了控制母线电压的稳定和避免环流的产生，需要对并联在直流母线上的等效电压源变换电路进行均流控制。微网中常用的均流法有主从并联方法和外特性下垂并联方法。近年来起源于电网并联的外特性下垂方法引起国内外学者的广泛关注和研究热情，目前主要应用于DC-DC

8、、AC-DC和DC-AC