交直流混合分布式电源微网示范应用解决方案

示范应用解决方案一．直流配电网发展背景二．江苏同里示范工程介绍三．直流配电工程技术四．示范工程运行及推广一．直流配电网发展背景二．江苏同里示范工程介绍三．直流配电工程技术四．示范工程运行及推广托马斯爱迪生直流系统的奠基人GE尼古拉特斯拉交流系统之父Westinghouse✓直流电网最早出现于19世纪80年代，较目前广泛采用的交流系统更早✓直流系统受远距离传输、变压、灭弧、电机维护等难题制约，发展缓慢✓随着电力电子等技术的发展，上述问题均已基本得到解决《中国电力行业年度发展报告2019》全国规模以上电厂新能源发电量5435亿千瓦时，占比7.8%，风电、光伏发电量分别为3660亿千瓦时和1775亿千瓦时。

新能源电能转换效率提升1%，节约电能超过500亿kWh ，相当于三峡半年发电量！2018年三峡电站发电量达到1016亿千瓦时！2018年全国新能源发电装机首次超水电！2018年12月21日8时25分21秒《能源生产和消费革命战略（2016-2030）》预计2030、2050年中国非化石能源占一次能源消费比重将超过20%和50%。

电源清洁低碳化电网高效主动化负荷广义直流化电能从供给和需求两端都在召唤直流配电技术发展！近年来，江苏新能源发展迅速，截至2019年6月底，江苏分布式光伏装机为705万千瓦（其中380/220伏电压等级接入392万千瓦）。

终端负荷直流化趋势明显。

地铁、通信、数据中心、电动汽车等均为直流供电，工厂电机、空调系统等传统工频交流电机负荷变频改造趋势显著。

终端负荷直流化占比逐渐提高，相关研究机构指出，终端负荷中直流约占总比例的70%。

直流配电优势满足用电需求的前提下，电压选取相比交流用电更低，用户人身安全提高。

没有无功损耗及集肤效应，降低电压损失；无谐波、频率偏差等问题；储能的接入更有效相比交流电网，设备投入降低，中间变流器环节减少，运行损耗降低。

在直流配电网情况下，实现分布式新能源并网接入和直流负荷接入相对简单。

基于宽禁带器件的直流变换器体积更小，并可与家电设备集成。

可简化甚至省去电源接口适配器。

低压用电安全电能质量提高能效提升便于直流电源和负荷接入家用电器电源接口更简约一．直流配电网发展背景二．江苏同里示范工程介绍三．直流配电工程技术四．示范工程运行及推广同里综合能源服务中心位于苏州吴江区同里古镇北侧，占地约53亩。

国网江苏省电力有限公司在服务中心按照“能源供应清洁化、能源配置智能化、能源消费电气化、能源服务共享化”的思路，集聚能源领域先进的理念与技术，探索构建“电为中心、电网为平台，再电气化为重点，多能协同互补”的新型区域能源互联网，建设具有典型性的能源创新示范项目。

同里示范工程是江苏省政府和国家电网公司共同打造的未来城市能源示范园，同里综合能源园区，向荷端“同里湖嘉苑直流小区”和源端“明志科技光伏”提供能源服务。

牵头承担2项国家重点研发计划项目：◼2017年“基于电力电子变压器的交直流混合可再生能源技术研究”◼2018年“中低压直流配用电系统关键技术及应用”同里同里交直流电网示范工程包含的电力电子变压器、故障电流控制器、直流固态开关、直流充电桩、屋顶/幕墙/路面光伏、超级电容和磷酸铁锂混合储能等众多直流元素，提供了系统级的交直流能源配置解决方案，具有可推广和可复制性，为能源服务和消费新模式提供了中国方案和同里示范。

截止到2019年8月，已建成系统总容量4.38MW，系统带负荷持续运行。

建成光伏、风电和光热等多类型可再生能源2.901MW，建成直流数据中心、直流小区和直流充电桩等多样性直流负荷2.681MW、交流负荷0.97MW，已建成储能0.725MW。

类型名称容量（kW ）分布式可再生能源2901kW 光伏(明志光伏、车棚光伏、屋顶光伏、幕墙光伏)2856风电20已建成多类型可再生能源情况类型名称容量（kW）直流负荷2681kW云计算数据中心200同里湖嘉苑直流用户101直流空调负荷300电动大巴充电工位1470绿色充换电站600同悦楼直流负荷3同力楼直流服务器7交流负荷970kW交流空调300压缩空气储能670已建成多样性直流和交流负荷情况一．直流配电网发展背景二．江苏同里示范工程介绍三．交直流配电网示范工程关键技术四．示范工程运行及推广1）多端口高效率电力电子变压器技术）基于直流网络拓扑的多边界保护分析考虑适应多种应用场景，研制1台3MV A硅基电力电子变压器和1台3*1MV A碳化硅电力电子变压器，分别采用大容量集中式和小容量分体式的技术方案，全面适应高密度集中型和低密度分散型的能量调配应用场景，通过协调2台电力电子变压器实现了园区全工况范围的高效可靠运行。

故障电流控制器在同里示范工程中突破了传统断路器与主电源串联的连接方式，跨接在两段750V 直流母线上。

故障时，故障电流控制器起快速限流分断作用，保证供电可靠性；正常运行时，故障电流控制器起调压作用，保证敏感负荷的高精度供电需求。

FCL混合储能直流服务器光伏同里湖嘉苑屋顶光伏车棚光伏充电桩电压调节±750V直流微网FCL混合储能直流服务器光伏同里湖嘉苑屋顶光伏车棚光伏充电桩快速隔离分断±750VFault直流微网FCL混合储能直流服务器光伏同里湖嘉苑屋顶光伏车棚光伏充电桩快速隔离分断±750VFault直流微网FCL混合储能直流服务器光伏同里湖嘉苑屋顶光伏车棚光伏充电桩快速限流±750VFault 电压调节模式分断模式1）基于直流网络拓扑的多边界保护分析2）直流故障电流控制器技术1）基于直流网络拓扑的多边界保护分析3）基于直流网络拓扑的多边界保护技术针对直流配网故障机理复杂、故障特征持续时间短、故障定位困难的难题，提出基于直流网路拓扑的多边界保护技术方案；基于全局模型的GOOSE高速实时通信技术，实现了故障的快速识别和精准切除，且不受运行方式多变的影响，解决了直流配电网保护的难题。

PET 故障波形故障馈线波形非故障馈线波非故障馈线波故障馈线故障电流极性与非故障线路相反#1PET10kV－750V Fault保护组网（GOOSE双网）故障电流信息流#2PET针对同里示范工程PET 满载实验时直流侧发生的4Hz 左右振荡现象，经多级联系统的阻抗理论建模及宽频带阻抗扫描，发现PET 电源侧输出阻抗在低频段具有明显波峰，易与负载侧等效输入阻抗相交且相位裕度不足；通过参数优化重塑多级联系统阻抗特性，提高了系统稳定裕度，成功解决了750V 和375V 直流母线的振荡现象，保证了同里示范工程的稳定运行。

直流母线电压波形（振荡发生）4）基于阻抗分析的同里工程低频振荡分析与参数配合优化幅值曲线趋于相交相位裕度不足TT接地方式IT接地方式TN接地方式电源侧设备侧+N-PE电源侧设备侧R+N-PE电源侧设备侧+N-接地方式实地（TN,TT）人员活动在电流环路中有效保障设备用电安全性漏电保护系统配置要求高浮地（IT）人员活动脱离电流回路故障时电压冲击大可带故障运行故障检测困难5）同里示范工程接地方式5）同里示范工程接地方式针对多个接地点之间存在地网电流腐蚀的问题，同里园区直流系统采用单点直接接地。

为进一步有效降低不对称运行时地线中存在的电流，各电源N极通过加装反并联二极管和地线连接，园区地线仅通过一点直接接地。

一．直流配电网发展背景二．江苏同里示范工程介绍三．直流配电工程技术四．示范工程运行及推广对内：园区内部互动场景运行场景1：双PET协调运行和多交直流微网互济◼空间维度：以损耗最低为目标，优化多台PET的负载率，实现并列高效运行；◼时间维度：通过协调PET的能源路由和储能充放电控制，实现多微网长时间尺度互济经济运行以同里古镇电动大巴±750V充电为例，综合考虑多交直流微网互济运行、储能充放电和峰谷电价，协调375V直流微网和380V微网互济750V直流微网，实现再生能源就地平衡消纳和用电成本最低。

对外：园区与配网互动场景运行场景5：孤网并网平滑切换高可靠运行交直流混合系统通过PET的电压-功率模式切换，PET10kV侧退出运行后，储能切电压控制模式，750V 直流微网孤网运行，并网转孤网平滑切换。

通过PET端口协调，将±750V直流微网的多余能量互济给±375V和380V微网，保障系统的可靠运行。

同里现场主动孤网瞬态波形⚫同里示范工程通过基于电力电子变压器的交直流系统实现多微网互联互动，提供了分布式能源并网消纳和运行控制的成套解决方案，实现分布式可再生能源灵活接入、充分消纳、交直流系统柔性调控和综合能效提升。

⚫同里示范具有可复制和可推广性，项目成果已在连云港连岛区域综合能源服务示范岛（基于500kVA碳化硅PET的四端口交直流微网，小容量分散式应用场景）推广应用。

➢有效灭弧、接地等技术需要进一步研究➢直流系统多电力电子变换装置强耦合、非线性的稳定性机理有待进一步研究攻破直流配电网关键技术与交流配电网相比较，直流配电网的投资高、运营维护压力大，并不适于在常规交流配电领域推广应用。

研究并提出满足用户差异化电能质量及供电可靠性的直流配电网运行模型，探索直流配电网的盈利模式，是推动直流配电网技术发展的关键。

探索直流配电网运行模式➢高压宽禁带半导体器件是我国卡脖子工程，他的研制成功将进一步降低设备体积，提高设备能效，这将是交流电网不可比拟的优势➢目前PET 4元/W ，大规模推广后有望降至0.4元/W突破设备效率、体积、价格瓶颈直流技术推广难点网格化场景是中低压直流配电网的未来主要演化形态之一，每个直流配电网为蜂巢状。

部分直流配电网通过电力电子变压器和上级交流配电网相连接，两个直流配电网蜂巢之间连。