直流微电网

2 国内外直流微电网发展
目前国内外在直流微电网领域的相关技术研究和实 验系统、示范工程已经逐步开展。
美国 日本 欧洲 中国
示范 工程
直流
微电网
发展
研究
现状
机构
2.1 美国直流微电网发展
微电网的概念最早是在2002年由美国电力可靠性 技术解决方案学会（CERTS）提出的。
表2.1.1 CERTS组成
过微网运行控制以提高系统满足峰荷能力和改善可靠性。
链接到400V低压网络的天然气站电网，具有80kW MT，多余电力可 送往10kV中压网，或提供当地低压农村电网，可以联网与孤岛运行。
荷兰 中国
共4条380V馈线，以光伏发电为主，共装335kW光伏发电单元。可以 联网与孤网运行，主要用于含有储能系统的微网孤网运行性能的测试。
①交流型微电网
按配电方式划分为 ②直流型微电网
③交直混合型微电网
1 直流微电网的含义
交流母线
PCC 并网和孤岛模式切换
图1.1 交流型微电网
1 直流微电网的含义
PCC 直流母线
图1.2 直流型微电网
1 直流微电网的含义
直流母线
交流母线
PCC 图1.3 交直混合型微电网
1 直流微电网的含义
交流微电网
●广东电网已成功完成我国首例直流微网系统测试，这次测试填补了行业内相关领域的空白，为微网技术标准制 定提供了可靠数据和实践依据。
2015
●由浙江省电力公司承担的国家863项目“高密度分布式能源接入交直流混合微电网关键技术”正式启动，项目 主要围绕高密度分布式可再生能源接入，重点攻克交直流混合微电网系统的网架配置优化、稳定控制等理论与技 术难点。
●2012年，由德国、荷兰等国的 高效和企业联合开展一项为期3 年的名为“DC Components and Grid”(DCC+G)的研究项 目，旨在通过高效的半导体和电 力电子技术，设计和发展380V 直流配用电系统的高能效建筑。
2.4 中国直流微电网发展
2013
●由深圳供电局承担的国家863项目“基于柔性直流的智能配电关键技术研究与应用”正式启动，研究重点集中 在以直流微电网为核心的低压直流配电网方面。
2014
●中丹联合研究国家政府间国际科技合作专项《智能直流微电网设计与实证》第一次中丹双方技术交流会在北京 召开。该项目中方由中国电科院、华北电力大学和丹方团队奥尔堡大学组成，旨在推动智能直流微电网技术在未 来住宅和工业园区等方面的发展和应用。
●厦门大学建立全国首个光伏发电/直流微电网珠海东澳岛微电网项目。
●国家863课题项目--绍兴上虞交直流混合微电网示范工程完成可研评审。该项目研究在国网公司系统内属先例， 其难点在于交直流混合系统的优化协调运行、大型电力电子变压器研发以及微电网高级能量管理技术。
2.5 直流微电网示范工程
直流微网示范工程
Boston Bar IPP
CERTS 试验基地
Mad River 公园 Hachinohe 计划
质量分析。
西班牙 希腊 葡萄牙
单相PV，2.18MJ超级电容，1120Ah和1925Ah蓄电池储能；55kW 和150kW电阻负荷，2个36kVA电感负荷。用于测试联网运行时集中
和分散控制策略及电力市场中的能量交易。
提供12户岛上居民用电，400V配网，包含6台光伏发电单元，共 11kW，1座5kW柴油机，1台3.3kW/50kWh蓄电池/逆变器系统。通
德国
包含6台光伏发电单元，共40kW，将对基于代理器的分散控制 进行测试，并进行社会、经济效益评估
2.3 直流微电网示范工程
CESIRCER CA 试验公司
LABEN 微网中心 Kythnos 孤网
EDP 微型电力公司 MV/LV 电力公司 厦门大学光伏建筑一体化
直流微网
意大利
具有PV,MT、柴油机、MCFC等微电源，并配有蓄电池、飞轮等储能 方式，可组成不同的拓扑结构，进行稳态、暂态运行过程测试和电能
变换装置连接蓄电池、光伏发电装置和直流负荷
首个采用集中直流母线的智能孤岛型微电网项目，主要配备3台 200kW变桨距风电机组和光伏发电，组成总容量为1MW的发电单元， 并辅以“储能系统、能量调度和管理系统、智能监控系统、安全系统”
等
广东电网直流微网
中国
首例针对直流微网系统的测试，此次测试填补了行业内相关领域的空 白，为微网技术标准制定提供了可靠的数据和实践依据
2003年，NEDO与日本经 济、贸易和工业部共同着手于 可再生能源和本地配电网之间 互联的3个微电网测试平台。 微电网项目选址在八户、青森、 爱知和京都四地，主要的成果 是开发了最佳的运行和控制系 统。
2.2 日本直流微电网发展
日本对直流微电网的研究主要集中于家庭领域。
2004
日本东京工业大学、大阪大学等机构提出了一 种双极结构的直流微电网配电系统构想，并实 现了一套10kW直流配电系统样机。
动态特性。
6个商业和工业厂区，12个居民区，280kW、100kW发电机， 30kWMT，PV。接入7.2kW配网。既可孤网运行，也可联网运
行。
污水处理厂配有3个170kW燃气轮机，50kW PV,发出电力通过 5km的配线输送到学校及市政办公楼，控制性能能过满足6min
内供需不平衡控制在3%以内
Manheim
2006
日本开始了对直流生态住宅的研究，夏普公 司在日本电子展中两次展示“直流生态住宅” 技术和产品。
2008
日本经济产业省宣布开展制定直流生态住 宅（DC eco-house）补贴政策的政策咨询， 正式启动了DC eco-house开发项目。
2.3 欧洲直流微电网发展
●自2008年以来，欧盟开展一 项名为UNIFLEX (Universal and Flexible Power Management)的研究项目， 研究通过新型功率变换技术适 应未来有大量分布式电源接入 的欧洲电网的功率流动管理。
蓄电池使用特性最大化延长使用寿命的运行策略。
3 直流微电网的关键技术
母线结构 运行控制 保护技术
3.1
母线结构
母线结构
单母线结构 双层式母线结构
双母线结构 冗余式母线结构
3.1.1
单母线结构
(a)
(b) 图3.1.1 单母线结构
单母线结构：是指直流微 电网中仅有1个直流母线 电压等级。
特点： ①形式简单 ②组网较容易 ③容易与现有的交流设备 兼容。 ④由于直流用电设备的电 压规格不同，需要设备电 源适配器，即直流电压降 压器（DC/DC）。经转 换为较低电压等级后再为 其供电。
2014
美国EMerge Alliance 公司与当地组织合作，开始向东 南亚推广直流微电网。
2.2 日本直流微电网发展
日本在国内能源日益紧缺、负荷日益增长的背景下、也展开了微电 网研究、但其发展目标主要定位于能源供给多样化、减少污染、满足用 户的个性化电力需求。
日本政府专门成立了新能源与工业技术发展组织（NEDO）来较好 利用新能源，它负责统一协调国内高校、企业与国家重点实验室对新能 源及其应用的研究。
3.1.3
双母线结构
(a)
(b) 图3.1.3 双母线结构
双母线结构：是指直流微 电网采用双极性的供电制 式，相应的直流母线有正、 负2条线。
特点： 可根据负荷端对供电
电压的不同需求灵活供电， 既可取单极与大地之间的 电压，又可取正负极之间 的电压，能够实现较高的 电力输送
虽然交流微电网是微电 网的主要形式，但其不 足之处逐渐凸显，如电 能转换环节多、网络损 耗大、电网运行控制复 杂，这些都与用户期望 的高效、可靠和高电能 质量的供电服务存在矛 盾。
发展
直流微电网
与交流电网相比，其主 要优势体现在：分布式 电源与直流母线的链接 形式更简便、易于实现 分布式电源间的协调控 制、线路成本和损耗低、 没有无功功率平衡和稳 定问题，电网运行可靠 性更高。
提出了别具一格的直流微电网系统构架，该系统主要包含AC/DC整流、 太阳能控制器及储能单元，电动车充电单元，系统监控单元和能耗测
量单元，系统配电、检测及保护单元，以及其他直流应用单元
2.3 直流微电网示范工程
昆明云电科技园直流微电 网
海装风电直流母线智能孤 岛微电网
中国 中国
共两根电压等级为600V的直流母线，通过直流变换设备与微网内DC、 储能装置、直流负荷等连接起来，实现能量的传递与交换。母线上方 为50kW逆变器，通过它将直流母线与外部380V交流电网相连，实 现直流微电网与外部电网的互联。母线下方一次通过不同的DC/DC
机构 名称
橡树岭国家 实验室
（ORNL）
实圣验地室亚（哥S国DN家L）西（北家P太实N平验NL洋室）国
劳伦斯伯克利 国家实验室 （LBNL）
电力系统工程 研究中心
（PSERC）
内容 研究
故障检测与保护技术
储能技术
经பைடு நூலகம்性能
控制技术
自主研发了基于电网
健康实时监测的 GridEye技术，实现 对美国三大主电网互 联及不同能源品种发 电状态的广域可视化 监测GridEye技术， 实现对美国三大主电 网互联及不同能源品 种发电状态的广域可
3.1.2 双层式母线结构
(a) (b)
图3.1.2 双层式母线结构
双层式母线结构：是指直 流微电网中含有2个直流母 线电压等级。用变换器将 高压直流母线电压转换为 较低电压。
特点： ①可以提高低压设备供电 的安全性 ②减小电源适配器的体积 ③相比单母线结构适用于 用电设备电压等级相对单 一的场合，对于具有多种 电压等级用电设备的情况， 双层式母线结构更为合适。
自主研发了一种微电网 设计方法。主电网发生 停电时，微电网与主电 网断开，但是微电网中 可再生电源可持续发电 且不会产生安全危害。
研①存电用烯究究电能池金优更氧工网力的属化具化作可分材氧电经还包再析料化池济原括生；研物材效电两能②究和料益池方源。石，的。储面储采墨研钒能：用建实产模场运DE模立现系型发行R适型分现统，电成-用C（布场运适和本A于MD式发行用热最微E）电电成于电低R电，-源和本微联的C网实A用热最电产模。M现户电低网系型）现应联的。统，，用主控网此测运要制各外试行研与组，系究模究设件可统重式微计对重研点的电，等构究之自网优与的也一主组化即微是。控件微插电其制的电即网研。
（八户）
国家
加拿大 美国 美国 日本
研究内容
通过69/25kV变电站供电，通过60km的69kV线路连接到BC Hydro高压系统。当地电力供应Boston Bar 有两台3.45MW水
力发电机，峰荷为3.0MW
480V系统，包括3个60kW MT，有三条馈线，其中两条含有微 电源并能孤网运行。这两条中的一条馈线上带有两个微电源， 通过170m电缆间隔；另一条馈线上有一个微电源，这样可以进 行微电源并行运行的测试。该系统用于测试微电网各个部分的
直流微电网
目 录
1 . 直流微电网的含义 2 . 国内外直流微电网发展
3 . 直流微电网的关键技术
4 . 直流微电网的前景展望
1 直流微电网的含义
定义：直流微电网是以直流配电的形式，通过直流 母线很好地将各分布式电源融合起来并加以协 调控制，同时又能将直流电直接输送给对电能 质量要求高的直流负荷。
浙江舟山东福山岛
中国
浙江省电力试验研究院设计的浙江东福山岛风光柴海水淡化综合系统， 安装7台单机容量30kW的风力发电机组、100kWp的光伏发电系统 及一套50t/d海水淡化系统，总装机容量300kW，并装设有蓄电池组 进行调节，是国内最大的离网型综合微电网系统。工程提出了交直流 混合微网，综合考虑最大化利用可再生能源减少柴油发电，同时兼顾
2010
CPES中心将SBI发展为系统直流母线采用DC380V和 DC48V两种电压等级的SBN(Sustainable Building and Nanogrids)。
美国北卡罗来纳大学提出了“The Future Renewable Electric Energy Delivery and Management(FREEDM)”系统结构， 以直流供电为基础用于构建未来自动灵活 的可再生能源传输和管理网络。
视化监测
2.1 美国直流微电网发展
美国也是最早提出直流微电网的概念，而且对直流微电网的研
究起步也比较早。
2007
2008
美国EMerge Alliance 公司开始在美国推 广直流微电网，来改善建筑和内部设备的 供电方式。
2011
美国弗吉尼亚理工大学CPES中心提出了“Sustainable Building Initiative(SBI)”研究计划，主要为未来住宅 和楼宇提供电力