直流微电网在楼宇电网中的实践与应用

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1、直流微电网在楼宇电网中的实践与应用吴咏昆;孙宏宇;张玲【摘要】 The structure and control method of DC microgrid were introduced.The practice and application of DC microgrid were analyzed in a building grid.Through the comprehensive comparative analysis between DC microgrid and AC power grid with different floors, the results show

2、 that the DC microgrid has the higher light energy utilization ratio than AC power grid from photovoltaic power generation to load end, and the DC microgrid operation is more reliable.%介绍了直流微电网的结构和控制方法，分 析了直流微电网在某智能楼宇中的实践与应用,经过与不同楼层的交流电网进行综 合对比分析，结果表明从光伏发电至负载端，直流微电网比交流微电网的光能利用率 高,而且电网运行可靠性更高.【期刊名称】现

3、代建筑电气 【年(卷)，期】2019(010)002 【总页数】4页(P1-4) 【关键词】直流微电网;光伏发电;蓄电池储能;微电网控制 【作者】吴咏昆;孙宏宇;张玲【作者单位】珠海兴业绿色建筑科技有限公司,广东珠海519085;珠海兴业绿色建 筑科技有限公司,广东珠海519085;珠海兴业绿色建筑科技有限公司,广东珠海 519085【正文语种】中文 【中图分类】TU8520引言随着光伏发电、燃料电池的出现，越来越多的直流电器投入使用，以及直流换流站不 断的技术进步，使得直流电网不但在发电、输电方面有了长足的进步，而且在配电方 面也有了越来越多的应用。为了逐步降低建筑能耗，需要降低建筑物内部的

4、能源损 失，同时也需要考虑提高建筑物本身对可再生能源的利用率。因此，有必要对建筑楼 宇中的配电方案进行研究1-2。1直流微电网优点传统交流电优点主要表现在发电和配电方面利用建立在电磁感应原理基础上的交 流发电机可以很经济、方便地把机械能（如水流能、蒸汽能、风能）、化学能（如石 油、天然气）等其他形式的能转化为电能;交流电可以方便地通过变压器升压和降压, 这给配送电能带来极大的方便，这是交流电与直流电相比所具有的独特优势。但是 随着光伏发电的大面积推广，燃料电池的涌现，直流发电的能力和容量得到迅速提升, 使得对直流电网的研发越来越重要。直流电网优点主要在以下方面:稳定性能好，直流输电时其两侧交流

5、系统无需同步，在 直流输电线路中各级可独立调节和工作,彼此没有影响，另直流本身带有调制功能，根 据系统要求作出反应，对机电振荡产生阻尼,从而提高电力系统暂态稳定水平;直流输 电效率高，输送能力强，具有一定的经济性，输送相同功率时大幅降低直流输电所用线 材，在电缆输电线路中直流输电没有产生电容电流，没有磁感应损耗和介质损耗，基本 上只有芯线电阻损耗，降低能量损耗;用于配电和分布式电网，可以减少电能转换，提高 效率。对于太阳能或风能这些新能源,由于其存在着随机性、波动性和不可控性,所 以难以调度，用间歇式能源并网技术的多端直流输电，可以灵活地实现双向潮流控制 3-6。直流微电网对比交流微电网的优势

6、主要体现在如下方面:分布式电源与直流母线的 连接形式更简便，更易于实现分布式电源间的协调控制,没有无功功率平衡和稳定问 题，电网运行可靠性更高;新型用电设备采用直流供电更方便，如计算机、家用电器、 通信设备、电动汽车等，而交流电要经过整流滤波后才能使用，有能量转换损失;电力 储能多为直流形式;直流变换技术日趋成熟。2直流微电网结构楼宇电网中存在交流设备和直流设备。直流微电网与市电之间存在能量交换，因此 需要有变换器-并网装置。直流微电网的运行模式分为并网模式和离网模式两种。 并网运行模式是指直流微电网与公共大电网连接，并进行电能交换;离网运行模式主 要指在市电停电或故障、测试运行时，直流微电网

7、与市电断开，光伏板电源、蓄电池 储能装置、超级电容和直流负荷共同运行7-10。直流微电网结构如图1所示。图1直流微电网结构3直流微电网控制方法3.1直流微电网并网接口控制原则为保证直流微电网并网时系统功率平衡，应保证满足如下：PG = PDG-PL-PS式中：pg入网功率；PDG光伏发电功率；PL直流负载功率；PS蓄电池组充放电功率。通常情况下,为提高蓄电池组的使用寿命，采用浅冲浅放的蓄电池管理方法，如果蓄电 池容量较大且负荷较小时可以考虑夜间全部采用储能，以提高可再生能源的实际利 用率。3.2母线电压协调控制直流微电网内有大量分散式的光伏发电单元、负荷，功率有明显的随机波动性，这类 波动功率

8、，特别是短时功率冲击将可能对直流母线电压造成冲击，若不采取合适的控 制措施，很容易导致整个直流微电网系统的崩溃，如何实现多源高可靠性和经济性的 母线电压控制是直流微电网稳定性研究的重点和难点之一。实例中尝试利用超级电 容具有的快速反应、高功率输出、高效率等特点，来解决直流微电网母线电压的协 调控制问题。超级电容与蓄电池组组成混合储能系统，在电网负荷低时储存多余的 电能，负荷高时把储存的电能反馈给微电网。3.3离网状态的控制原则当微电网处于离网状态时，即PG = PDG-PL-PS中的PG为0。当负荷较小且蓄电池 组基本充满时，必须控制光伏发电功率与PL、PS相匹配，而不再执行最大功率点跟 踪(

9、MPPT)发电控制原则。4直流微电网在智能楼宇中实践与应用的保护措施直流配电系统的保护策略、保护效果与主电路参数和控制策略密切相关。直流线路 发生极间故障时，保护应立即动作，隔离故障。一般直流配电系统可以单极接地或中 性点接地。该智能楼宇试验中直流微电网采用直流侧电容中性点接地。接地极发生 另一点接地时，对直流线路没有影响，系统仍可正常运行，但会对周围设备产生影响，此 时保护装置发出告警信息，提醒运行人员排除故障11-12。另外，系统还在负载端加 装直流断路器进行保护。直流微电网运行数据如表1所示。2018-04-11系统运行实时功率控制曲线如图2所示。表1直流微电网运行数据日期光伏发电量/k

10、Wh总用电量/kWh电网用电量/kWh上送电网电量/kWh蓄电池储能/kWh蓄电池释放能量/kWh光伏能量利用率/%2018-04-04189.662.30119.131.823.695.682018-04-05176.360.80108.527.120.196.032018-04- 0688.661.53.623.129.421.891.422018-040795.557.31.233.124.117.893.402018-0408215.136.70173.020.715.397.492018-0409163.931.20127.321.115.796.712018-04-10127.36

11、1.9057.530.522.693.792018-0411110.261.8041.028.623.493.282018-041285.258.42.822.726.619.791.902018-0413104.459.6037.528.120.893.012018-041497.656.70.734.228.821.492.422018-041592.734.11.153.922.316.593.742018-0416115.632.8077.420.615.295.332018-04-17104.863.5033.131.122.992.182018-04-1898.360.3030.4

12、29.221.692.27图2 2018-04-11系统运行实时功率控制曲线5结语介绍直流微电网的结构，分析直流微电网在某栋办公楼宇中的应用和实践，直流微电 网通过多级DC-DC转换，为负载提供24 V直流电源。经过与不同楼层的交流电网 进行综合对比分析，结果表明从光伏发电至负载端，直流微电网比交流微电网的光能 利用率提高约8.3%。尽管节能的比率不是很高，但对直流微电网的各项技术验证意 义重大，并为进一步的技术升级和改进做出尝试。参考文献【相关文献】1 王盼宝，王卫，孟尼娜，等直流微电网离网与并网运行统一控制策略J.中国电机工程学 报,2015,35(17):4388-4396.2 宋强,赵

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