直流微电网设计与实现_配电技术讲座PPT
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微网整体优化与协调控制。具备针对全网的监控系统 ，全网设备信息可用，从而实现面向全网的能量优 化 及协调控制。
DC GRID 微网应用示例(DC MG)
仙台市含直流供电的定制电力供电系统
爱知工业大学校园AC/DC微网
台湾国立中正大学实验室用直流微网
企业（社区）、家庭直流网络 典型拓扑 (DC Micro-Grid)
风力发电：直驱 光伏发电 微型燃气轮机 典型储能设备：电池，飞轮，超导…
直流微电网具备的基本功能
具有孤网及并网两种运行模式，并可实现两种模式的 无缝切换。
电源及负荷的通用性。以往直流供电系统通常是针 对 专用负荷的。作为直流网微，供电负荷可能各式 各样 ，且在不断发展。
电源及负荷即插即用。作为通用电网，直流微网必 须 支持直流电源及负荷设备的即插即用功能。
PFC
PFC
PFC
++
DC DC 光伏单元
++
高电能质量环网
常规电能质量环网
++ ++
++ ++
DC DC
DC AC
DC DC
光伏单元 负荷
超导储能
DC AC
DC DC
DC DC
DC AC
DC AC
G 风机 MT 微燃机 FC 燃料电池
乏锂电池组
负荷 负荷
直流微电网接线方式
+
Vdc
-
单极接线
DC Grid
多电压等级直流系统中的直流微电网
直流微电网电压确定的依 据
直流微网电压水平的确定是微电网设计的首 要任务。在目前还未实现标准化的情景下， 电压的确定重点考虑以下因素：
供电能力：对应电压水平的负荷距
电源连接：光伏、风电单元电压水平
负荷连接：对直流负荷及逆变交流负荷的供电
交流衔接：易于实现与交流主网的连接
直流微网的拓扑形式（分段式）
直流微网的拓扑形式（分层式）
交流系统 变压器
AC/DC
DC/DC
DC/D 变换器
DC/DC
380VDC 100VDC
AC/DC
DC/DC 直流负荷
交流电源或负荷
直流微网的拓扑形式（环形）
22kV/1.2kV 22kV/1.2kV
22kV/1.2kV
直流微电网设计与实 现
NORTH CHINA ELECTRIC POWER UNIVERSITY
—————————————————————
SCHOOL OF ELECTRICAL &ELECTRONIC ENGINEERING
报告的基本内容 (Content of the Presentation)
直流电网通常包括储能和分布式电源，比通常 依靠大电网供电具有更高的可靠性。
直流系统不存在无功电流分量，在提供同样的 有功功率情况下，与交流系统相比，直流系统 电流幅值较小，相应地损耗较少。
电力电子技术与交直流变换技术的发展与进步 推动了直流微网的快速发展。
采用直流配电的动因（2）
Driving Force for DC-GRID(2)
典型应用：考虑国内外典型微电网系统电压水平 标准参考：IEC标准、国家标准、中电联标准
直流微电网的电压水 平
直流微电网电压水平通常不超过 1500V(±750V)
直流微电网主网电压建议采用750V(±375V) 其他便于电源与负荷接入的电压包括：
380V 300V 220V 110V 48V ……
(2)合适的控制策略以提高变换器的连续性和灵 活性；
(3)采用软开关技术以减少变换器的开关损耗， 提高换流效率，抑制电磁干扰。
DC/DC 换流器的拓扑形式
u H QF1
C1
u dc1
C3
uH
idc1
T1 C2
T2
T3 C4
T4
T5
T9
T10 T6
ia
Lf
ib ic
T7
T11
Cf
T8
T12
HFT
城市电网不断发展，电能替代的不断推进，用 电负荷迅猛增长，用户负荷中电力电子设备数 量不断增加，电力负荷的电力电子化使负荷供 电具有直流环节： 变频调速 电子镇流器照明、LED照明 开关电源 电动汽车的发展
采用直流配电的动因（3）
Driving Force for DC-GRID(3)
新能源发电与储能装置多以直流形式产生电能 ，采用直流电网更适合于分布式电源和储能装 置的接入：
DC- workshop, DC-building… 直流微网区域较大：DC- community, DC-
factory, DC- commercial… 直流微电网强调系统性和独立性。
采用直流配电的动因（1）
Driving Force for DC-GRID(1)
直流电网本身不存在相位和谐波问题，所以直 流网络可以提供的电能的质量相比于交流网 络 更好。
ua ub uc
ia1 ib 1 ic1
kua kub
ku c
T1 Lf 1
T4
ia 2 ib 2 ic 2
1、直流微电网的提出和发展 2、直流微电网的拓扑与构成 3、直流微电网控制策略设计 4、直流配电网运行特性分析
5、直流微电网运行示例 6、结语
直流与交流 (DC or AC)
19世纪最后10年，电气领域开始了一场 独特的对垒—电流之 战。在过去的一百多年里，交流电因易于变压、可以远送、 便 于通过旋转电机实现转换而处于主导地位。但直流发展的 脚步 也从未停止。直流输电已在远距离电能输送、异步联网 等场合 发挥重要作用。近年来，直流配电与直流供电也得到快速发展。
直流微（电）网定义 (Defination of DC-Micro Grid)
直流微（电）网可定义为以直流电的方式，将分布式电源、储能与负荷 、交流系统互联，配备监控系统所形成的发供用电系统网络。直流微 网 可看成是配电网的一种形式。
直流配电网与直流微电网
均属于供用电系统，无严格区别； 直流微电网电压典型值最高不超过1.5kV; 直流配电网电压可达100kV; 直流微电网范围通常较小：DC- house,
+ -
DC Grid + -
真双极接线（大地回流）
+
Vdc
-
伪双极接线
DC Grid
+
DC Grid
+ -
真双极接线（金属回流）
直流微网的关键设备(1)
DC/DC变换器实现直流微网中不同电压等 级 直流设备间的互联和控制。
DC/DC变换器的关键技术包括：
(1)合理的拓扑形式：多重化Buck-Boost方式;中 频变压器耦合方式；三点平方式……
DC GRID 微网应用示例(DC MG)
仙台市含直流供电的定制电力供电系统
爱知工业大学校园AC/DC微网
台湾国立中正大学实验室用直流微网
企业（社区）、家庭直流网络 典型拓扑 (DC Micro-Grid)
风力发电：直驱 光伏发电 微型燃气轮机 典型储能设备：电池，飞轮，超导…
直流微电网具备的基本功能
具有孤网及并网两种运行模式，并可实现两种模式的 无缝切换。
电源及负荷的通用性。以往直流供电系统通常是针 对 专用负荷的。作为直流网微，供电负荷可能各式 各样 ，且在不断发展。
电源及负荷即插即用。作为通用电网，直流微网必 须 支持直流电源及负荷设备的即插即用功能。
PFC
PFC
PFC
++
DC DC 光伏单元
++
高电能质量环网
常规电能质量环网
++ ++
++ ++
DC DC
DC AC
DC DC
光伏单元 负荷
超导储能
DC AC
DC DC
DC DC
DC AC
DC AC
G 风机 MT 微燃机 FC 燃料电池
乏锂电池组
负荷 负荷
直流微电网接线方式
+
Vdc
-
单极接线
DC Grid
多电压等级直流系统中的直流微电网
直流微电网电压确定的依 据
直流微网电压水平的确定是微电网设计的首 要任务。在目前还未实现标准化的情景下， 电压的确定重点考虑以下因素：
供电能力：对应电压水平的负荷距
电源连接：光伏、风电单元电压水平
负荷连接：对直流负荷及逆变交流负荷的供电
交流衔接：易于实现与交流主网的连接
直流微网的拓扑形式（分段式）
直流微网的拓扑形式（分层式）
交流系统 变压器
AC/DC
DC/DC
DC/D 变换器
DC/DC
380VDC 100VDC
AC/DC
DC/DC 直流负荷
交流电源或负荷
直流微网的拓扑形式（环形）
22kV/1.2kV 22kV/1.2kV
22kV/1.2kV
直流微电网设计与实 现
NORTH CHINA ELECTRIC POWER UNIVERSITY
—————————————————————
SCHOOL OF ELECTRICAL &ELECTRONIC ENGINEERING
报告的基本内容 (Content of the Presentation)
直流电网通常包括储能和分布式电源，比通常 依靠大电网供电具有更高的可靠性。
直流系统不存在无功电流分量，在提供同样的 有功功率情况下，与交流系统相比，直流系统 电流幅值较小，相应地损耗较少。
电力电子技术与交直流变换技术的发展与进步 推动了直流微网的快速发展。
采用直流配电的动因（2）
Driving Force for DC-GRID(2)
典型应用：考虑国内外典型微电网系统电压水平 标准参考：IEC标准、国家标准、中电联标准
直流微电网的电压水 平
直流微电网电压水平通常不超过 1500V(±750V)
直流微电网主网电压建议采用750V(±375V) 其他便于电源与负荷接入的电压包括：
380V 300V 220V 110V 48V ……
(2)合适的控制策略以提高变换器的连续性和灵 活性；
(3)采用软开关技术以减少变换器的开关损耗， 提高换流效率，抑制电磁干扰。
DC/DC 换流器的拓扑形式
u H QF1
C1
u dc1
C3
uH
idc1
T1 C2
T2
T3 C4
T4
T5
T9
T10 T6
ia
Lf
ib ic
T7
T11
Cf
T8
T12
HFT
城市电网不断发展，电能替代的不断推进，用 电负荷迅猛增长，用户负荷中电力电子设备数 量不断增加，电力负荷的电力电子化使负荷供 电具有直流环节： 变频调速 电子镇流器照明、LED照明 开关电源 电动汽车的发展
采用直流配电的动因（3）
Driving Force for DC-GRID(3)
新能源发电与储能装置多以直流形式产生电能 ，采用直流电网更适合于分布式电源和储能装 置的接入：
DC- workshop, DC-building… 直流微网区域较大：DC- community, DC-
factory, DC- commercial… 直流微电网强调系统性和独立性。
采用直流配电的动因（1）
Driving Force for DC-GRID(1)
直流电网本身不存在相位和谐波问题，所以直 流网络可以提供的电能的质量相比于交流网 络 更好。
ua ub uc
ia1 ib 1 ic1
kua kub
ku c
T1 Lf 1
T4
ia 2 ib 2 ic 2
1、直流微电网的提出和发展 2、直流微电网的拓扑与构成 3、直流微电网控制策略设计 4、直流配电网运行特性分析
5、直流微电网运行示例 6、结语
直流与交流 (DC or AC)
19世纪最后10年，电气领域开始了一场 独特的对垒—电流之 战。在过去的一百多年里，交流电因易于变压、可以远送、 便 于通过旋转电机实现转换而处于主导地位。但直流发展的 脚步 也从未停止。直流输电已在远距离电能输送、异步联网 等场合 发挥重要作用。近年来，直流配电与直流供电也得到快速发展。
直流微（电）网定义 (Defination of DC-Micro Grid)
直流微（电）网可定义为以直流电的方式，将分布式电源、储能与负荷 、交流系统互联，配备监控系统所形成的发供用电系统网络。直流微 网 可看成是配电网的一种形式。
直流配电网与直流微电网
均属于供用电系统，无严格区别； 直流微电网电压典型值最高不超过1.5kV; 直流配电网电压可达100kV; 直流微电网范围通常较小：DC- house,
+ -
DC Grid + -
真双极接线（大地回流）
+
Vdc
-
伪双极接线
DC Grid
+
DC Grid
+ -
真双极接线（金属回流）
直流微网的关键设备(1)
DC/DC变换器实现直流微网中不同电压等 级 直流设备间的互联和控制。
DC/DC变换器的关键技术包括：
(1)合理的拓扑形式：多重化Buck-Boost方式;中 频变压器耦合方式；三点平方式……