完美的電力服務系統(tǒng)是怎樣構成的？

隨著用戶對所擁有的電器設備和裝置期望的不斷提高，以及對設備便攜性的要求，大規(guī)?；蚩梢苿拥臄底只摵上到y(tǒng)不斷發(fā)展，同時，電力系統(tǒng)也在進行完美進程的推進。對于終端用電技術而言，未來的電力系統(tǒng)不僅僅是由未來用戶的需求所驅動的電力系統(tǒng)，而且是一個解放了自發(fā)組織的企業(yè)家們的完美電力系統(tǒng)，供電企業(yè)和用戶的創(chuàng)新能極大的提升21世紀的電力價值。完美系統(tǒng)應能滿足用戶不斷增長的對獨立性、方便性、美觀性、環(huán)境友好的服務和成本控制的要求。

目前，有學者定義了一個完美電力服務系統(tǒng)的概念，即完美電力系統(tǒng)應確保電能在數量和質量上有絕對的、普遍的可用性，能滿足每個用戶的需要。為給用戶提供完美的電力服務。我們認為，完美電力系統(tǒng)的第一步就是建設和發(fā)展自適應智能電力系統(tǒng)，其模式一定是高度兼容、智能靈活的交直流混合系統(tǒng)，必須滿足如下目標：

（1）具有自檢測、自動調節(jié)、自愈功能，智能、安全。

（2）單個元件/局部遭受的故障不會中斷系統(tǒng)的供電服務。

（3）能滿足局部地區(qū)、特定區(qū)域的不同品質的供電需求。

（4）在合理成本內滿足用戶需要，資源消耗最小和環(huán)境影響最小。

（5）改善用戶生活質量，提高經濟產能。

為構建自適應的電力系統(tǒng)，必須充分考慮終端用電服務設備、系統(tǒng)構造與資產管理、系統(tǒng)監(jiān)測與控制、電源的充足性、運行問題、儲能問題、通信等關鍵問題。

其中，終端用電系統(tǒng)是設計自適應電力系統(tǒng)的起始點，這些用電設備是電力用戶與用電裝置之間的分界面，只有通過智能接口裝置，用戶才能最終得到所期望的服務，如照明、熱水、舒適空調環(huán)境等多種能源供應。而為了優(yōu)化用電和能量管理，首先要在本地級提高穩(wěn)定性、靈活性和智能性，然后按照達到完美供電和服務的需要集成本地系統(tǒng)。

本地系統(tǒng)可按順序集成為自適應分布式電力系統(tǒng)，再通過必要的技術進行互連和集成，最終形成完全集成化的完美電力系統(tǒng)。系統(tǒng)結構發(fā)展的各階段如圖1所示。實質上，圖1中每種結構都可以認為是完美電力系統(tǒng)的可能結構，由于達到的效率、質量或服務價值的水平不同，各結構又可以看成從一個階段發(fā)展到下一個階段的中間階段。

圖1 實現完美電力系統(tǒng)的途徑

微電網根據母線上電流的性質可分為交流微電網、直流微電網和交直流混合微電網。直流微電網就是以直流配電的形式，通過一條公共的直流母線將所有微電源連接起來的獨立可控系統(tǒng)，提供電和熱。作為一種新型的供能系統(tǒng)，直流供能可以為企業(yè)和個人用戶提供高質量的電能。

微電網中光伏電池、燃料電池和蓄電池等分布式電源直接輸出直流電，而風力發(fā)電機是交流分布式電源，在對直流電設備供電時需要進行交直流的轉換，而用戶側大多為直流負載，因此，采用直流微電網供能可以規(guī)避很多麻煩。并且，交流微電網系統(tǒng)中，連接分布式發(fā)電單元與微電網的逆變器之間需要嚴格保持相同的頻率和相位，以保證發(fā)電單元正常并網，以免出現過高的環(huán)流和電流沖擊，這提高了系統(tǒng)控制的難度，降低了系統(tǒng)的可靠性。交流電為了連接超級電容和蓄電池等直流輸出型儲能單元，需要經過多級功率變換，增加了很多額外的功率變換損耗，降低了能源利用效率，不利于節(jié)能減排。

相比于傳統(tǒng)的交流微電網，直流微電網更易于與直流輸出型能源和儲能設備連接，具有以下優(yōu)點：

（1）沒有交流微電網的同步問題，不會引起由同步問題引發(fā)的環(huán)流和振蕩，因此具有更好的穩(wěn)定性;

（2）從直流輸出源到負載之間具有更少的功率變換級數，往往只需一次 AC/DC 或者 DC/DC 變流轉換，供電效率提高，成本和損耗降低;

（3）不會產生無功功率傳輸，保證直流微電網電壓的穩(wěn)定，電能質量更優(yōu);

（4）配有儲能單元裝置，使直流微電網不受電網電壓跌落和電網停電影響，可靠性更高;

（5）對直流微電網的控制只取決于直流母線電壓，對潮流的控制更大程度上取決于電流，因此，微電源間的協(xié)調控制更容易實現。

直流供電方式有很多發(fā)展機會，但是要協(xié)助系統(tǒng)完成完美電力系統(tǒng)進程的推進，還有很多技術障礙有待進一步研究與探討：

（1）投資回報問題不清晰。直流供電系統(tǒng)所能節(jié)約的運行成本是否能明顯的收到回報，所需的一次性投資、可應用范圍、直流供電系統(tǒng)的投資比例等實際性的問題都有待進一步評估。

（2）設備配置問題，需要改變太大。大多電子設備都設計為內置方式的換流系統(tǒng)（AC變?yōu)镈C），運行于直流電流模式，但沒有配置傳輸直流電的端口。而電子產品市場競爭激烈，要徹底改變原有產品，需要成功的工程案例來證明其所具有的實力和市場潛力。

（3）現場測試和性能測試不夠。直流配電的好處，不能僅靠描述各元件在額定條件下的表現來評估，要有更實際的節(jié)能測試數據及性能指標，如可靠性和電能質量、裝置壽命、維護費用等證明。

（4）安全與保護裝置和標準不成熟。直流電不像交流電一樣會正負交替，其切斷問題，配置固態(tài)開關、保護氣隙和暫態(tài)控制技術等都需要大量的技術研究和實地測試。

直流微電網的節(jié)能、高能效等優(yōu)勢突出，目前分布式電源以及微電網的研究與分析較多地考慮自身特性，很少從直流微電網角度與電力系統(tǒng)的發(fā)展統(tǒng)籌考慮。直流供電系統(tǒng)將很好地適應使用綠色能源的需求和未來發(fā)展的特點，可能會對傳統(tǒng)的交流配電網起到很大的變革作用，因此，考慮含直流的供電系統(tǒng)是未來的大勢所趨。