直流微网技术及发展

1 直流微网概述

直流微网是以直流配电的方式，通过公共直流母线将所有微电源连接起来的可控的独立系统，由太阳能电池、蓄电池、微网系统及能量管理系统组成，对微网范围内的用户提供电能和热能[3]。由于受主网交流结构的影响，目前主要是在交流电网结构存在的形式，但目前电力电子技术的快速发展可能很快改变这一格局。

1.1 直流微网的优势

目前，由于电子产品的应用普遍带来的储能设备的增多，和可再生能源的接入，迫切需要改变现有的交流配网结构。

环境优势：大部分国家对分布式发电有补贴，以推动可再生能源的应用。可再生能源与直流微网更适应。

在贫困地区，受到思想认识不同且程度低的限制，许多人严重依赖国家救济，特别是有一些贫困群众认为扶贫是国家白给的，可以借钱不还，导致违约率居高不下。另外，由于贫困地区大都从事农业，而贫困群众对资金的使用与管理力度较差，在获得贷款后往往不能有效利用，造成了浪费，也就形成了贷款违约。

用电成本优势：直流微网相对于建设一个完全覆盖某个区域的电网构架而言的，能够提供更为便宜和高效的电能。

同步发电设备：直流微网中同步发电设备可以采用多种形式，常见的是柴油或天然气发电机。就算可再生能源的容量足够。这些同步发电设备也是必须的。这样才能确保微网的持续不断供电。

安全性优势：直流微网孤岛供电能力也是对非常敏感和重要的用户，如军事基地，国家安全部门等供电的重要指标。

效率优势：分布式电能有效降低了长线路的有功损耗。目前发达国家线损为7%，而落后国家为25%。

（1）消费类电子产品：家庭影院、液晶电视、液晶显示器、DVD、MP3、MP4、广播电视设备及配套产品、卫星电视产品、蓝牙产品、数码产品、扬声器、耳机、录像设备、视听设备、收音机、组合音响；电子礼品、电子书、各种灯具、激光唱机、电子琴、电子游戏机、电子娱乐产品。

随着科技的不断进步，混凝土装配式住宅施工技术也日益更新，而该技术的操作要点之一便是灌浆操作技术。良好的开始是成功的一半，因而在实施该项操作时一定要时刻关注准备工作是否完备，如果在准备工作尚未完成的情况下就进行操作，施工的质量将无法得到良好的保证。在确认准备工作就绪之后就要进行灌浆液的配置，在此过程中，各种含量的配置需与整个工程结构设计相结合，按照预先计划的科学比例进行相应的调制，如果遇到突发状况需更改配方时，应该与相关技术人员确认无误后进行操作。在进行灌浆操作之前要对预制构件进行检查，如果达到规定的安装标准，则实施灌浆。为了避免预制构件的错位，在最后一步必须要进行全方位密封工作。

另一方面，一个模型是否有效，必须通过一定的方法进行检验，对模型精度进行有效真实的评估十分重要。在实际应用中，通常采用残差检验、相关度检验和后验差检验法等方法进行检验。本文采用后验差检验法对模型精度进行检验［3］。

传感器：传感器作为主要的信息输入单元，是确定微网孤岛运行还是并网运行的关键，传感器相当于直流微网的眼睛和耳朵。

开关设备：智能开关设备是直流微网中的关键设备，是微网快速重构的基础。开关设备也是控制微网并网切换和分布式发电并网的元件。

目前在分布式电源下微网并网控制中，通常采用逆变器进行控制，虽然有很高的分布式电源微网并网控制时的灵活性，但是当受到外部因素的干扰作用时，由于控制系统的惯量较弱，可能会出现输出震荡的问题。在微网并网控制过程中，频域特性主要体现于相位裕量、增益裕量等方面。

可靠性优势：对于经常由于供电不足导致的停电或部分停电，微网提供了一种不用建设大电厂和输电线路的解决方式。

测量设备：高级测量设备必需在直流微网电网和用户之间两侧安装，以保证电网运行状态和功率的实时监控。

保护设备：直流微网中的保护设备必须能够满足微网运行的复杂性和特殊性。尤其是考虑微网孤岛和并网两种状态下的保护。保护控制设备必需与传统不同，以便适应直流微网。

2 直流微网的网络架构

2.1 直流微网的接地

不同的微网络有不同的接地系统性能和系统保护方案。在现有的直流输配电系统当中，由于电腐蚀效果，系统安全方面等原因，均将系统接成电源端不接地或经高阻抗接地和电气装置的外露可电导部分直接接地，独立于电源端的接地点。但这样接地故障的检测相对难一些。

电源端有一点直接接地，所有电气设备的外露可导电部分均接到保护线上，并与电源的接地点相连的TN系统或电源端有一点直接接地，电气装置的外露可电导部分直接接地的TT系统将电源的一点直接接地（可是电源的正极或负极，也可是电源的中点），系统发生接地故障时，漏电流较大，接地故障的检测相对容易一些。考虑到目前家用设备接地保护线与交流零线电位差限制，未来直流微网在给住宅、学校、商业区和工业区供电建议采用TN系统。

编者按:新一届中央政府履新伊始，便拉开了反腐败的序幕，这是将社会治理与犯罪治理相结合重要标志。腐败即权力腐败，它在很大程度上源于对权力的滥用，实质是将公共权力异化为私有权力。权力腐败关乎党和国家的前途和命运，对国家政治系统的腐蚀、社会风气的毒化乃至社会治安的致畸作用都是深远的。因此，“把权力关进制度的笼子”，不论是在决策者的顶层设计中，还是在大众的公民理性中都已成为共识。但如何设计出“制度之笼”，同时又能“关得住”权力，使公共权力在法治的轨道上良性运行，应成为时下反腐败犯罪研究的重要议题。本期刊登3篇反腐败制度建设的研究文章，以飨读者。

2.2 母线电压的调整、直流母线的构成形式

直流微网母线的构成形式主要可以分为四类：单母线结、双层式母线结构、冗余式的母线结构和双母线结构，如图1、2、3、4所示。单母线结构的直流微网系统容易与现有的交流接线板等兼容，但在给计算机等低压设备供电时，变流器的电压应力较大，各具有低电压要求的电子设备提供一个电源适配器。双层式的母线结构对母线进行了分层设计，一级母线电压设计为380 V，二级母线电压设计为48 V， 380 V电压进入住宅后经过变换器变流为48 V电压的。这种双层式的母线结构提高了低压设备供电的安全性，减小了自身体积，但不易设备兼容；冗余式的母线结构，适合于高电能质量要求的配电区域，住宅用双母线结构的直流微网系统电压等级170 V，接地方式为中间接地。

直流配电系统中选择母线电压很重要，电缆的电能损耗与有功功率相关，和电流平方成正比。直流母线电压提高才能使电缆损耗下降。

  

图1 单母线结构

  

图2 分层母线结构

  

图3 双级母线结构

  

图4 冗余式母线结构

双层式的单总线总线结构是分层设计，母线电压等级为380 V，次级总线电压为48 V，转换器380 V到48 V转换器之后。提高低压供电设备的安全性，降低了电源适配器的大小，但不容易与现有的交换设备兼容；商业建筑和船舶等区域分布冗余总线结构，170 V的直流微电网系统的电压额定值双总线结构，接地的中间接地，可基于电源电压的总线电源，根据交直流侧的的不同需求实现共同点。

直流微网的母线电压应保持在规定的值域。在并网时，直流微网的母线电压由并网变流器负责控制。在一台并网变流器的情况下，一般用恒定电压控制。在并联2台以上并网变流器情况下，采用功率/电压下垂法控制来调节直流母线电压。对于直流微网，直流母线电压等级非常重要。母线电压对整个微网系统存在多方面的影响，因此直流母线电压等级的选择也应结合实际工程，主要应考虑的因素包括：直流微网的供电容量；直流微网的供电半径；系统成本；设计难度等。母线电压控制问题。直流微电网内大量分散式的可再生能源发电单元、负荷等具有明显的随机波动性，这类波动功率尤其是短时功率冲击将可能对直流母线电压造成冲击。

2.3 直流微网储能系统

直流微网有并网和孤网两种运行模式，储能系统在直流微网在两种运行模式中都非常重要。分布式能源的接入形式有：逆变器接入系统，如电池组、燃料电池、光伏电池、风力发电机；并连接如配电网系统，常用语削峰、紧急功率支撑、主力供电，需要与系统同步。

当微网处于并网模式时，对于大电网来说，直流微网相当于一个可控负荷或电源，保证不对电网产生负面影响，甚至为大电网提供支持。储能系统可以平抑直流微网内功率波动，这些波动主要由于分布式电源和负荷投切所造成。使直流微网成为一个稳定的负荷或电源。当微网处于孤网模式时，储能系统应成为微网的主电源支撑微网直流母线电压，保证微网内重要负荷的供电。储能装置的种类有很多种，不同的储能装置在工作性能上也不同，需要根据具体的应用选择合适的储能装置。常用储能技术有：超级电容储能、飞轮储能、蓄电池储能等。其中，蓄电池储能应用最为广泛，储能容量较大；超级电容储能能量密度高、充放电速度快，适用于短时间、大功率的负荷调节，储能容量不大；飞轮储能是利用电动机带动飞轮高速旋转，将电能转化为机械能存储起来，需要供电时再由飞轮带动发电机发电。其优点在于使用寿命长、对环境影响小，但是功率密度较低且运行费用较高；对于充换电站直流微网，储能系统需要在孤网模式下给站内重要负荷持续供电，因此储能系统需要选用容量较大的设备。如果分布式能源的容量过大，将会增加线路损耗。

3 直流微网的孤岛运行

供给情况：上周部分国内尿素生产企业复产，开工率小幅上涨，整体开工率在59%左右，其中煤头企业开工率在60%左右，气头企业开工率在58%左右。原料方面，煤炭库存保持低位，市场价格上涨；天然气方面，部分地区开始供暖，价格先稳后涨；液氨方面，价格有所下行。

直流微网包括大量的标准元件。没有元件是单独为微网应用而设计的。实际上微网的元件与电网的相同，只是应用条件不同。很多元件经过控制就可以满足微网的应用，简要介绍微网的物理基础元件。

孤岛运行最重要的的是如何合理的优化孤岛，最优孤岛划分。配电网的最优电力孤岛首先应保证功率平衡、电压和设备载流量等；其次，应满足重要负荷优先供电恢复，且恢复的负荷总量尽可能多的条件；此外，需考虑孤岛的网络损耗少；以及考虑可控负荷和不可控负荷的影响。模型的搭建尤为重要，如果在模型中准确体现上述四方面要求和影响，问题的求解将变得很复杂。如何权衡模型的准确度和求解过程的实时性要求，是孤岛运行研究的前沿问题。

当检测到电网故障或电能质量不满足要求时，微网可与主网断开由分布式电源单独向微网内的负荷供电，这就是孤岛运行。孤岛运行方式发生在保护装置动作，部分电网与主网分离的时候。在部分时候，孤岛方式较为危险。当孤岛与主网不同步运行时，或当分布式能源的容量无法满足运行参数的需要时，无法直接重新并网。

孤岛运行待解决的关键问题是控制问题，包括故障时孤岛运行控制以及故障恢复之后的孤岛并网控制。孤岛运行控制更加复杂。孤岛内以太阳能，风等为一次能源的分布式发电装置的功率输出具有间歇性和随机性的特点，孤岛内负荷波动较大。目前研究重点侧重孤岛内电压和频率的控制，随着智能电网相关技术的进步，孤岛系统的智能化控制是今后研究的重点。为实现孤岛系统的智能控制，首先应建立发电和负荷的准确预测，这需要对孤岛范围内的各项信息全面感知掌握与分析；在此基础上，建立精确控制系统，对负荷和分布式发电装置进行优化控制。整体而言，孤岛系统的智能化控制能够从全局优化角度利用负荷的精确调节，维持用户良好的用电体验。此外，孤岛运行情况下，孤岛内部分保护设备应随运行方式的变化作相应的自适应调整，对保护系统提出了更高的要求。

4 直流微网的并网

在正常情况下，微网与常规电网并联运行，向电网提供多余的电能或由电网补充自身发电量的不足，这就是并网运行。

电力电子设备：电力电子设备科实现AC/DC和DC/DC的变换，电力电子设备还是分布式电源和储能装备并网的基础。

目前，研究大多是对简化模型进行分析，实质性研究较少对含直流微电网的配电系统不仅要考虑分布式电源的不确定性，还要研究并网与孤岛的相互机制。另外，由于直流微电网的引入，将改变系统的结构，增加潮流的不确定性。因此，直流电网保护、潮流控制、谐波影响等，都是含直流微电网的配电系统所须考虑的问题。

办好中国的事情，关键在党，关键在从严治党。建设世界一流军队，关键要把军队党组织搞坚强。只要我们按照习主席的党建思想持续发力，久久为功，就一定能够将军队党的领导和党的建设提高到一个新水平，不负党和人民对我们这支人民军队的深切厚望。

5 发展趋势

作为直流微网安全运行的一个关键问题，有关直流微网保护的研究还处于起步阶段，许多保护方案尚不成熟，一些关键的技术还有待继续深入研究开发。特别是以下4个方面的研究将成为未来一段时间的发展趋势：

转机出现在五日的傍晚，洪水从上游漂下来一只完整的木桶，这只木桶有半米多深，一米多宽，是衢州一带农村百姓杀年猪用的。

继续推进并完善直流断路器，尤其是中高压直流断路器的研发，重点是解决灭弧的快速性，要能投入市场实际应用。

使用完好性监测算法，利用最小二乘构建方程首先要判断算法的可用性。本文选择水平保护等级法来判断RAIM算法是否可用。

研究故障检测与定位的实用化算法，包括短路故障和接地故障，要提高检测的快速性和定位的精确性。

结合智能电网，特别是智能微电网的建设，研发基于人工智能的直流微网保护技术并探索直流微网智能保护和智能安全稳定控制装置的一体化融合应用。

目前我国直流微网的保护还缺乏相应的工程标准和执行准则，因此要在实际运行积累经验的基础上抓紧制定相关的管理标准和技术规程。

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