家庭直流微电网设计探究

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摘  要：家庭储能直流微电网是现代家庭未来配电发展方向之一，目前的家用电器和设备逐步向使用直流电或含有直流环节的电能变换器，例如IT设备、照明灯具LED、电子设备等均采用了直流电，而大型的家用电器，例如打印机、洗衣机和空调等旋转类的设备使用含有直流环节的变频器也成为当下的发展趋势。为此，家庭储能直流微网系统具有很强的研究价值。

关键词：储能;直流微电网;家庭微电网

中图分类号：TM727.4                 文献标志码：A

0 引言

随着国家的智能电网迅猛发展，以太阳能为代表的新能源未来智能电网中占有重要的位置。随着新能源的普及，越来越多的家庭开始安装分布式光伏发电系统，倘若大部分家庭用户安装了光伏发电系统，其势必对电网有较大的影响，为此，在用户侧设计家庭直流微电网有效解决了上述问题，并加快了国家智能电网的建设。

倘若家庭要安装直流微电网，其势必需要安装储能系统，对新能源发电的波动性进行调节，平缓家庭用电功率变化。也可以并对市电或新能源电量储存，解决紧急停电带来的不便和损失。家庭直流微电网是通过直流母线对家庭负荷进行供电的直流微电网，在能源管理系统的协调控制下由市电、分布式新能源和储能系统共同向直流母线供电，满足家庭负荷要求。

1 家庭直流微电网结构

目前我国用户侧配电均采用的是交流电，倘若家庭采用光伏分布式等新能源用电时，其必须采用DC/AC的转换，电能的利用和效率都会受到影响，而用户使用电器需要AC/DC的转换，这其中就白白消耗了电量，能源利用率降低了。

家庭配电系统采用直流微电网，可以接入新能源发电系统，如光伏分布式电站再配个电化学储能系统，解决光伏发电系统受光照发电的波动性和不稳定性。分布式光伏电站和市电的双回路供电保证用电的可靠性，储能系统的调节电能质量和功率，其能源利用率将有很大的提高，也减轻了对电网的负担，其直流微电网結构图如图1所示。

2 直流微电网设计关键点

家庭使用的电气大部分都是直流供电，采用直流微电网供电相比交流电来说，其电气和线路的绝缘等级没有交流的要求高，同等距离的电路的能量损耗较低，且照明灯具不会出现交流电的频闪现场，也可简化家庭配电设备，直流电的配套设施也比交流电的价格要低。为了响应国家低碳环保理念，直流微电网可以接入光伏新能源、储能系统等能源组成智能微网。

但是目前直流微电网还存在多种技术难度，相比已经成熟的交流电网，直流微电网在设计当中还需要很多探索。

2.1 家庭直流微电网的安全可靠性

家庭直流微电网的首要和关键问题就是安全可靠性，如何将家庭的配电设计优化安全供电容量和应对停电或其他特殊情况的备用容量，其中包括光伏发电系统等新能源、市电供电能源及储能系统和交流电的接口单元。它们是支撑家庭直流微电网用电的主要系统，也是最容易发生事故的隐患因素。

2.2 能源构架和技术标准

家庭直流微电网可接入多种能源，包括光伏发电、风力发电、储能蓄电等。其不同的组合方式可以满足不同家庭的用电需求，但是涉及如此多种能源的直流微电网如何制定统一的接入标准，构建合理的能源构架，保证直流微电网的安全、经济和供电质量，确定形成该类技术标准和能源构架对直流微电网推进有重要的意义。

2.3 多能源协调和需求侧管理

直流微电网里供电电源种类多，能源类型不尽相同，同时又要满足离网、并网运行、黑启动、孤岛运行和防逆流等功能要求，且光伏、风力、储能等多种能源的发电量和发电时间又各不一样，这使直流微电网需要根据各种能源的发电特性进行协调管理，即多能源协调和需求侧管理。目前现有的交流微电网运行控制模式有主从控制模式、对等控制模式（如Droop控制）和分层控制模式（如Agent技术）等，直流微电网需结合自身特点寻求合适的运行控制技术才能应付上述复杂的运行状态。

2.4 家庭微电网的能源控制策略

家庭直流微电网系统在并离网切换、负荷切换和太阳能功率发生较大的波动性时均会引起直流微电网的功率不稳定。如何确保直流微电网紧急情况下离网运行时，能合理调节能源和负荷之间的匹配，不会因为能源的不稳定导致系统波动甚至崩溃。为此，直流微电网的能源管理器（EMS）需要有专门针对直流微电网的能源控制策略，根据接入的新能源特性和所需负荷容量研究新的算法和公式。

2.5 家庭直流微电网稳定性、保护理论基础和技术

储能系统作为可调节设备在家庭直流微电网中是必不可少的，这使直流微电网需要双向流通，但是由于直流微电网涉及的能源众多且能源类别和数量都各不相同，为此计算该直流微电网的短路电流及其保护算法相对较复杂，需要对该系统重新研究并发明生产相应的保护设备，以保证家庭使用直流微电网的正常运行。

3 结论

家庭直流微电网系统是目前新型的供电结构，因为里面包括了光伏发电系统等绿色新能源和储能系统，负荷可持续发展战略思想，对解决能源危机建筑节能以及环境问题有着重要的研究意义。直流微电网相比交流电网具有能源利用率高，供电可靠性强，可以在离网模式下运行等优势。

该文对家庭直流微电网目前存在的关键的技术问题进行了梳理探讨，直流微电网的相应的配套保护设备和理论研究还很欠缺，尤其是在能源的调控、技术接口标准、安全性等方面。随着家庭直流微电网的技术不断提高完善，这种新型供电技术必将得到普及应用。

参考文献

[1]刘喜梅，戴雪梅，李梅航.基于微网技术的家庭能源管理系统研究[J].电力系统保护与控制，2017（20）：67-72.

[2]谢少军，肖华锋，罗运虎.直流楼宇技术初协[J].电工技术学报，2012（1）：107-113.

[3]施婕，郑漳华，艾芊.直流微电网建模与稳定性分析[J].电力自动化设备，2010（2）：86-90.

[4]刑小文，张辉，支娜，等.基于DBS的直流微电网控制策略仿真[J].电力系统及其自动化学报，2014（11）：23-27.

[5]周逢权，黄伟.基于配电网系统关键技术探讨[J].电力系统保护与控制，2014（22）：62-67.

[6]毕大强，赵润富，咯宝明，等.直流微电网能源控制策略的研究[J].电源学报，2014（1）：2-7.

[7]刘家赢，韩肖清，王磊，等.直流微电网运行控制策略[J].电网技术，2014（9）：2356-2362.

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