完美的電力服務(wù)系統(tǒng)是怎樣構(gòu)成的？

隨著用戶(hù)對(duì)所擁有的電器設(shè)備和裝置期望的不斷提高，以及對(duì)設(shè)備便攜性的要求，大規(guī)?；蚩梢苿?dòng)的數(shù)字化負(fù)荷系統(tǒng)不斷發(fā)展，同時(shí)，電力系統(tǒng)也在進(jìn)行完美進(jìn)程的推進(jìn)。對(duì)于終端用電技術(shù)而言，未來(lái)的電力系統(tǒng)不僅僅是由未來(lái)用戶(hù)的需求所驅(qū)動(dòng)的電力系統(tǒng)，而且是一個(gè)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(hù)的創(chuàng)新能極大的提升21世紀(jì)的電力價(jià)值。完美系統(tǒng)應(yīng)能滿(mǎn)足用戶(hù)不斷增長(zhǎng)的對(duì)獨(dú)立性、方便性、美觀(guān)性、環(huán)境友好的服務(wù)和成本控制的要求。

目前，有學(xué)者定義了一個(gè)完美電力服務(wù)系統(tǒng)的概念，即完美電力系統(tǒng)應(yīng)確保電能在數(shù)量和質(zhì)量上有絕對(duì)的、普遍的可用性，能滿(mǎn)足每個(gè)用戶(hù)的需要。為給用戶(hù)提供完美的電力服務(wù)。我們認(rèn)為，完美電力系統(tǒng)的第一步就是建設(shè)和發(fā)展自適應(yīng)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(mǎn)足如下目標(biāo)：

（1）具有自檢測(cè)、自動(dòng)調(diào)節(jié)、自愈功能，智能、安全。

（2）單個(gè)元件/局部遭受的故障不會(huì)中斷系統(tǒng)的供電服務(wù)。

（3）能滿(mǎn)足局部地區(qū)、特定區(qū)域的不同品質(zhì)的供電需求。

（4）在合理成本內(nèi)滿(mǎn)足用戶(hù)需要，資源消耗最小和環(huán)境影響最小。

（5）改善用戶(hù)生活質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)產(chǎn)能。

為構(gòu)建自適應(yīng)的電力系統(tǒng)，必須充分考慮終端用電服務(wù)設(shè)備、系統(tǒng)構(gòu)造與資產(chǎn)管理、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與控制、電源的充足性、運(yùn)行問(wèn)題、儲(chǔ)能問(wèn)題、通信等關(guān)鍵問(wèn)題。

其中，終端用電系統(tǒng)是設(shè)計(jì)自適應(yīng)電力系統(tǒng)的起始點(diǎn)，這些用電設(shè)備是電力用戶(hù)與用電裝置之間的分界面，只有通過(guò)智能接口裝置，用戶(hù)才能最終得到所期望的服務(wù)，如照明、熱水、舒適空調(diào)環(huán)境等多種能源供應(yīng)。而為了優(yōu)化用電和能量管理，首先要在本地級(jí)提高穩(wěn)定性、靈活性和智能性，然后按照達(dá)到完美供電和服務(wù)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(yīng)分布式電力系統(tǒng)，再通過(guò)必要的技術(shù)進(jìn)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(jié)構(gòu)發(fā)展的各階段如圖1所示。實(shí)質(zhì)上，圖1中每種結(jié)構(gòu)都可以認(rèn)為是完美電力系統(tǒng)的可能結(jié)構(gòu)，由于達(dá)到的效率、質(zhì)量或服務(wù)價(jià)值的水平不同，各結(jié)構(gòu)又可以看成從一個(gè)階段發(fā)展到下一個(gè)階段的中間階段。

圖1 實(shí)現(xiàn)完美電力系統(tǒng)的途徑

微電網(wǎng)根據(jù)母線(xiàn)上電流的性質(zhì)可分為交流微電網(wǎng)、直流微電網(wǎng)和交直流混合微電網(wǎng)。直流微電網(wǎng)就是以直流配電的形式，通過(guò)一條公共的直流母線(xiàn)將所有微電源連接起來(lái)的獨(dú)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(gè)人用戶(hù)提供高質(zhì)量的電能。

微電網(wǎng)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(fēng)力發(fā)電機(jī)是交流分布式電源，在對(duì)直流電設(shè)備供電時(shí)需要進(jìn)行交直流的轉(zhuǎn)換，而用戶(hù)側(cè)大多為直流負(fù)載，因此，采用直流微電網(wǎng)供能可以規(guī)避很多麻煩。并且，交流微電網(wǎng)系統(tǒng)中，連接分布式發(fā)電單元與微電網(wǎng)的逆變器之間需要嚴(yán)格保持相同的頻率和相位，以保證發(fā)電單元正常并網(wǎng)，以免出現(xiàn)過(guò)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(jí)電容和蓄電池等直流輸出型儲(chǔ)能單元，需要經(jīng)過(guò)多級(jí)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(wǎng)，直流微電網(wǎng)更易于與直流輸出型能源和儲(chǔ)能設(shè)備連接，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）沒(méi)有交流微電網(wǎng)的同步問(wèn)題，不會(huì)引起由同步問(wèn)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(fù)載之間具有更少的功率變換級(jí)數(shù)，往往只需一次 AC/DC 或者 DC/DC 變流轉(zhuǎn)換，供電效率提高，成本和損耗降低;

（3）不會(huì)產(chǎn)生無(wú)功功率傳輸，保證直流微電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定，電能質(zhì)量更優(yōu);

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

（5）對(duì)直流微電網(wǎng)的控制只取決于直流母線(xiàn)電壓，對(duì)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(diào)控制更容易實(shí)現(xiàn)。

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

（1）投資回報(bào)問(wèn)題不清晰。直流供電系統(tǒng)所能節(jié)約的運(yùn)行成本是否能明顯的收到回報(bào)，所需的一次性投資、可應(yīng)用范圍、直流供電系統(tǒng)的投資比例等實(shí)際性的問(wèn)題都有待進(jìn)一步評(píng)估。

（2）設(shè)備配置問(wèn)題，需要改變太大。大多電子設(shè)備都設(shè)計(jì)為內(nèi)置方式的換流系統(tǒng)（AC變?yōu)镈C），運(yùn)行于直流電流模式，但沒(méi)有配置傳輸直流電的端口。而電子產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，要徹底改變?cè)挟a(chǎn)品，需要成功的工程案例來(lái)證明其所具有的實(shí)力和市場(chǎng)潛力。

（3）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和性能測(cè)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(xiàn)來(lái)評(píng)估，要有更實(shí)際的節(jié)能測(cè)試數(shù)據(jù)及性能指標(biāo)，如可靠性和電能質(zhì)量、裝置壽命、維護(hù)費(fèi)用等證明。

（4）安全與保護(hù)裝置和標(biāo)準(zhǔn)不成熟。直流電不像交流電一樣會(huì)正負(fù)交替，其切斷問(wèn)題，配置固態(tài)開(kāi)關(guān)、保護(hù)氣隙和暫態(tài)控制技術(shù)等都需要大量的技術(shù)研究和實(shí)地測(cè)試。

直流微電網(wǎng)的節(jié)能、高能效等優(yōu)勢(shì)突出，目前分布式電源以及微電網(wǎng)的研究與分析較多地考慮自身特性，很少?gòu)闹绷魑㈦娋W(wǎng)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(yīng)使用綠色能源的需求和未來(lái)發(fā)展的特點(diǎn)，可能會(huì)對(duì)傳統(tǒng)的交流配電網(wǎng)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(lái)的大勢(shì)所趨。