直流微电网实际方案分析

丛志茹 王淑清

摘 要：微电网是将可再生能源发电装置、负荷、储能装置及控制装置等有机结合并接入到电网中的技术。微电网一般接入到配电系统中，既可与电网联网运行，也可在电网故障或需要时与主网断开单独运行。为适应节能减排、提高供电可靠性和更有效利用可再生能源的市场需求，针对直流微电网技术发展现状，结合当前我国电网国情以及政策导向，研究提出了具有简单易用、可操作性强的直流微电网解决方案。从而将直流微电网技术在更广阔使用领域进行推广应用。

关键词：直流微电网 方案 再生能源

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）08（a）-0186-02

1 微电网的提出

近年来世界各地接连发生大面积停电事故：2009年大型水电工程伊泰普坝供电系统突然瘫痪，让巴西、巴拉圭6700万人陷入停电状态；2012年印度三大电网相继瘫痪，超过一半地区电力供应中断，6亿多人受到影响；2012年飓风桑迪引发了60余起美国公民的死亡，造成7百万人停电，以及上百亿的损失等。传统大电网成本高，运行难度大，难以适应用户越来越高的安全、可靠性和多样化供电的需求。该文将从直流微电网优势切入，分析了直流微电网应用范围、实际案例，为今后中国含直流微电网的配电系统的发展提供参考。微电网可孤岛或并网运行，能够提高用户侧的供电可靠性和分布式能源利用率，减少对大电网冲击，具有很好的经济和社会效益。

2 直流微电网的优势

2.1 微电网结构

由于传统电力系统和负荷都是交流电，目前大多微电网的研究都是围绕交流微电网而开展。直流微电网在运行和控制上有着交流微电网无法比拟的优势。直流微电网是以直流配电的形式，用公共直流母线将分布式电源、储能、负荷和控制管理等系统融合起来。构成一个可以实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行的发配电系统，如图1所示。

2.2 直流微电网具有以下几个方面的优势：

（1）分布式电源在接入直流微电网时只需要一次DC/DC或AC/DC变换，变换器控制简单、损耗小。可以更直接、更高效的利用分布式电源；

（2）微电网的直流母线也只需要通过一次DC/AC 逆变即可与外部电网并网连接。结构简单控制方便；

（3）直流微电网中的能量控制取决于直流母线电压，对潮流的控制更大程度上取决于电流，实现系统中心各单元间的协调控制；

（4）直流微电网中的储能装置可以跟踪负荷的变化为迅速反应，从而平衡系统中的能量变化；以及在孤岛运行时，为负荷提供持续的供电，不受大电网故障的影响；

（5）目前电网中的直流负荷越来越多，如地铁等交通工具、通讯设备和云计算数据中心服务器、直流家用电器以及LED照明等。直流微电网很好地适应了现代生活对电力能源的需求和未来负荷的发展；

（6）整个直流微电网系统拓扑简单，换流损耗小，发配电效率高。

3 直流微电网的应用范围

基于分布式电源特点，直流微电网的发展主要有两个领域为：

（1）工业园区，大学校园，商业楼宇或高档住宅等，主要采用并网运行的工作方式，提供应急与抗灾能力；改善电能质量、可靠性；提高可再生能源利用率。

（2）山区，孤岛等偏远地区，主要采用孤岛运行的工作方式，为偏远原地区提供能源，减少远距离输电的基础设施建设成本和电能损耗，并降低传统化石燃料的消耗。

4 直流微电网解决方案

直流微电网解决方案，由能源系统、用户负荷和动力与环境综合管理等系统组成。其中能源系统包括光伏发电单元、高压直流单元和储能单元；用户负荷包括汽车充电站单元、直流数据中心、直流通讯设备、直流家电、直流照明和直流应用测试平台等；动力与环境综合监控管理单元为该系统提供一个智能化、信息化、精细化的设备与环境管理的支撑平台。

直流微电网解决方案采用光伏发电作为分布式电源，地域适应性好，使用方便；采用技术成熟，应用广泛铅酸或铁锂蓄电池组作为储能装置。光伏发电与蓄电池组组成分布式电源，可与孤岛运行形成独立光伏发电的直流微电网能源系统。也可与高压直流电源系统组成光电互补的直流微电网能源系统。不管是独立光伏发电系统还是组成光电互补系统都规避了微电网并网运营模式所面临的政府相关政策尚不清晰的问题；同时也避免了并网运行时对大电网的影响。该解决方案特点在于：

（1）具有极强的地域适应性；

（2）独立光伏发电，100%绿色可再生能源；

（3）光电互补改造简单，建设周期短，系统可搬迁；

（4）辅助储能单元延长备电时间，提高系统可靠性；

（5）系统维护简单，运行费用低；

（6）监控管理平台可提供精细化管理金和增值业务；

（7）系统极其易于实现，低成本投入可实现大规模节能减排。

5 直流微电网解决方案的应用

直流微电网应用实例由能源系统、用户负荷和动力与环境综合管理等系统组成。系统采用可再生能源（光伏发电）和高压直流系统组成光电互补的直流微电网能源系统，提供一体化的能源保障服务。能源系统包括光伏发电单元、高压直流单元和储能单元；用户负荷包括汽车充电站单元、直流通信设备、直流数据中心、直流办公设备和家电和直流照明等；动力与环境综合监控管理单元包含光伏气象站、能源监测和管理、光伏系统管理、汽车充电站管理、设备及环境管理和状态展示平台等。

光伏发电单元可独立工作，高压直流单元作为备用电源；两者也可组成光电互补系统，为储能单元和用户负荷提供稳定可靠能源供给。实现节能减排、消峰填谷、提高用电可靠性等功能。

6 结语

直流微电网技术的迅猛发展，以及直流微电网应用和推广，将在节能减排方面起到非常重要的作用；会促进新型直流节能设备及其相关产业得以迅速发展；能推进可再生能源发电的开发和利用，特别是光伏发电向全国各地区扩散，促进光伏发电在住宅小区、工业园区和偏远地区等得到更广泛的应用；光伏建筑一体化（BIPV）的理念将会有更为巨大的应用前景。

参考文献

[1] 叶飞，潘俊民.DC/DC变换器并联运行的研究[J].低压电器，2012（2）：51-54.

[2] 施婕，艾芊.直流微电网在现代建筑中的应用[J].现代建筑电气，2010（6）：47-51.

[3] 時珊珊，鲁宗相，周双喜，等.中国微电网的特点和发展方向[J].中国电力，2009（7）：21-25.