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直流微电网的十大应用场景

发布时间:2020-05-22 03:35:30 编辑:笔名
一百年前爱迪生直流电和尼古拉˙特斯拉交流电的技术线路之争中,特斯拉的交流电占据了一百年时间里绝大部分市场份额,几乎成为电力输送的代名词。但事实颠覆了大家的直观感觉,在实际用电设备的最终环节大部分都是直流,因为直流电源系统可靠性较高、电压平稳,抗干扰性能好,直流开关电源效率也高于交流UPS,直流电压低可以很容易实现电池的较长后备时间,也较容易实现不间断供电。
而当年的技术条件有限,交流变压器很快被研发出来,而直流变压器迟迟未被开发,没有直流变压器,就无法升高电压、减小电流和损耗,将电输送至千家万户。
如今,随着电力电子技术的不断发展,直流电发展的关键问题被解决,伴随着新能源的爆发,直流有了明显的优势以及更好的发展路径。可以从以下三方面来看:
①负荷端一是数字社会,如腾讯这种创新型企业,当100万台服务器运作时,其能源消耗已占到所有支出中最大比重,其数据中心的负荷是直流的;二是交通电气化,无论天上飞的、路上走的还是水里游的交通工具都有电气化趋势,如美国的燃料电池飞机、特斯拉/蔚来的电动汽车,都是较典型的电气化交通工具,其复合也是直流的。这两个是负荷端最大、最主流的变化。
②发电端以化石能源为主要结构能源供给形势已经不能满足需求,必须寻求新的能源结构。而光伏发电、燃料电池、生物质能等各种各样的新发电形式,绝大部分都是直流。
③储能端由于发电端的新能源形式大多不稳定,所以需要配置储能,而储能大多数为直流,如说锂电池、铅炭电池、超级电容等储能设备都是直流。
从负荷端、发电端、储能端三方面都可以看出直流地位越来越显著。
2直流的优势
从技术上说,交流电有幅值、频率、相位三个量需要控制,而直流电只需要控制电压幅值,更加简单稳定,且实际用电设备的最终环节大多是直流的。直流自带关键词:简单、绿色、高效。
具体来讲,直流微电网有以下优点:
1、没有无功问题
直流系统中不存在无功电流分量,在提供同样有功功率的情况下,直流系统电流幅值及相应损耗较交流系统更小,当直流微电网电压为交流线电压的两倍时,直流线路的有功损耗仅为交流线路的15%-50%。没有无功问题也使电压分布与线路电感、电容参数无关,更有利于电压控制;
2、没有相位问题
交流电网中的设备(主要为电源)切换与相位、相序、频率等交流电特征量密切相关,直流微网上的设备无需考虑相位问题,切换更容易,稳定性也得到增强;
、结构简单
由于大多数新能源发电都是直流电,如果并入直流母线,则只需要一级变换,省略了许多变流器环节,降低了损耗,节省了经费,也提高了可靠性;
4、体积小
DC/DC变换器多采用高开关频率,因此装置功率密度远大于工频变流器,体积更小;
5、高质量供电
由于大多数储能都是直流电,因此直流微电网更易于接入储能装置,从而提供高质量供电;
6、绿色、环保
直流电不会产生交变电磁场,因此电磁辐射小,更加环保。
当然,直流微电网目前也有部分技术问题亟待解决,如直流断路器等目前实现过程复杂、成本较高等。
直流微电网中的共直流母线技术
直流是一种组织方式,可以将各种新能源发电、储能、负荷通过直流母线耦合起来,这就是所谓直流微电网的概念。直流微电网是由直流构成的微电网,是未来智能配用电系统的重要组成部分,对推进节能减排和实现能源可持续发展具有重要意义。相比交流微电网,直流微电网可更高效可靠地接纳风、光等分布式可再生能源发电系统、储能单元、电动汽车及其他直流用电负荷。
交流微电网需要控制提供的频率、幅值、相位,而直流微电网的关键问题是直流母线的幅值,这就需要直流微电网中的共直流母线技术。
定义:通过一条公共的直流母线将所有微电源连接起来,整个直流母线通过一个双向DC/AC与交流电网对接,其称为共直流母线的技术路线。
共直流母线已经已经有几十年的历史了,是非常古老的技术路线,最早的时候只是交流大电网通过整流提供直流电。只有一种方式,并且负荷简单,但是非常不灵活。
现在的发电的手段和储能的手段和负荷的种类都比以前复杂的多,这些全部是影响直流母线的因素。因而现在的直流母线技术灵活性更强,同时复杂度也很高,复杂到一定程度需要一个上层的系统来进行有效的能量管理。
共直流母线技术的三个要素:双向DC/AC、双向DC/DC以及能量管理。
双向AC/DC
因为早期的负荷都是交流的,所以最早需要解决的问题就是DCAC,这个现在已经有很多企业在做了。这里不做赘述。
双向DC/DC
如果基于直流母线给直流负荷供电,必须需要DCDC,随着直流负荷的增多,DCDC的场景、电压等级也需要随之越来越丰富,价格也需要越来越低。
能量管理
当所有的设备、功能齐全之后,需要开始考虑优化,可以分为四个部分:
1.首先需要监控,保证安全性。
2.然后通过智能的调度,保证稳定性,和经济性。
.利用云和大数据来分析用户行为,由此进行优化
4.最后需要做到互动,通过各种手段,如经济上奖励或者惩罚来让用户参与到系统中来。
4直流微电网的应用场景
点击播放嘉宾对直流微电网应用实例的详细分析:











总结:
直流电网时代还早,直流母线时代已来
直流负荷已经逐步应用
直流变换器的成本降低极为重要
智能型共直流母线技术值得普及

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