攻關直流供電技術 探索未來用電新模式

國電中星近日了解到：江蘇省電力科學研究院牽頭的國家重點研發計劃項目“中低壓直流配用電系統關鍵技術及應用”通過工信部專家組中期現場檢查。

作為該項目前瞻性示范工程——江蘇電科院中低壓直流配用電技術試驗平臺將風電、光伏發電、儲能等分布式能源接入電網，把交流供電模式轉化為直流供電模式，為園區提供源源不斷的電能。此外，集辦公、研發、庫房、數據中心、充電停車場為一體的高效節能智慧園區，勾勒出未來用電的新變化。

為何發展直流配用電技術？

近年來，隨著超導、絕緣新材料及計算機、電力電子等技術的迅猛發展，大規模利用清潔、低碳、安全、高效的清潔可再生能源已成為全球能源發展的重要方向，其中廣泛的分布式可再生能源發電將成為全球能源供應鏈中不可或缺的部分。

然而，分布式可再生能源，如太陽能發電、燃料電池等產生的電能均為直流電。日常生活中多應用交流配電系統，但實際上，如計算機、LED燈等大多數家用電器內部均使用直流電或含有直流環節，接入交流配網需經過多次能量變換，會降低效率；若采用直流配網互聯，則可省去多個能量變換環節，提高能效。

為此，國網江蘇電力于2018年立項國家重點研發計劃“中低壓直流配用電系統關鍵技術及應用”，探索直流供用電模式，推動電網向能源互聯互通、共享互濟方向發展。

作為國網江蘇電力的能源技術智庫，江蘇電科院發揮行業技術優勢，組建了中低壓直流配用電技術攻關團隊，重點攻關中低壓直流變壓器等關鍵技術，有力支撐直流配網生態構建及城市能源互聯網建設實踐。

突破直流配用電技術壁壘

“交直流混合配電網的可控性、靈活性等都與傳統電網存在很大差異，要實現直流配用電的推廣，就必須要深挖直流配用電系統的特點，從規劃與設計、調度與控制、安全運行與保護控制以及關鍵設備研制4個方面入手攻克難題。”江蘇電科院總工程師袁宇波說。

從2018年開始，國網江蘇電力中低壓直流配用電技術攻關團隊深挖直流供電領域，重點攻關中低壓直流變壓器關鍵技術，以核心裝備為載體，以規劃設計、分層控制、保護策略為技術保障，以應用示范為現場驗證，對中低壓直流關鍵技術難題開展攻關和研究。

歷經3年，團隊完成了直流變壓器、模塊化多電平換流器等關鍵裝備的核心技術攻關，使電力電子變流器具備高效運行、不同運行策略在線靈活無縫切換的能力。團隊研制的直流變壓器效率達到98.53%，效率指標達到國際領先水平，實現了不同電壓等級直流電網的柔性互聯；三端口直流用電適配器效率高達98.14%，能夠識別不同額定電壓和功率的負載，實現了低壓家電的即插即用，功率密度與效率在國內外領先。

目前“中低壓直流配用電系統關鍵技術及應用”項目按計劃已執行過半，累計獲得專利認證80余項、制定標準10余項，發表論文80余篇、相關專題報告150余篇，形成了一套全面的中低壓直流配用電知識產權體系。后續，項目攻關團隊將持續推進兩項電氣和電子工程師協會（IEEE）國際標準編制，篩選出具有國際標準潛質的技術成果，推動科研成果“走出去”。

全方位發展直流配用電技術

7月24日，真偽雙極靈活可切換運行的中低壓直流配網工程——江蘇電科院中低壓直流配用電技術試驗平臺帶電試運行。

“該平臺投運后，將把江蘇電科院打造成集辦公、研發、庫房、數據中心及充電停車場為一體的高效節能智慧園區。”國網江蘇電力設備部副主任王樹剛說，“依托該項目，我們還將在蘇州吳江建設示范工程，打通直流用能鏈條的‘最后一公里’。這將加速直流配用電設備上下游產業孵化，促進供電公司轉型升級，對打開效益增長空間具有重要意義。”

作為國家重點研發計劃項目的前瞻性示范工程，江蘇電科院中低壓直流配用電技術試驗平臺于2019年年底正式啟動，由控保艙、模塊化多電平換流器艙等13個預制艙組成，提出了真偽雙極可切換的直流供電方案。該供電方案可實現多種運行方式、多種電壓等級、多種網絡拓撲的靈活切換，具備將各類中低壓關鍵設備靈活接入和掛網檢測的條件。

此外，依托“中低壓直流配用電系統關鍵技術及應用”項目，江蘇電科院研發了多類直流家電設備，涵蓋大部分生活和辦公場景需求，為直流生態企業提供了可實施的技術方案。直流家居屋內部配置了電視、冰箱、空調等家用電器，采用全直流供電方式，有效減少交直流變換環節，相較于交流供電方式可提高2%的使用能效。同時，廚房采用新型的無線直流供能方式，電飯煲、榨汁機、電水壺等廚房電器都省去了插拔插頭的操作。安全、高效和智慧融入直流用電體系中，打造了基于無線供電的未來家居生活方式。

“后續，我們將大力推進直流源荷并網，新建屋頂光伏、分布式儲能系統，充分挖掘江蘇電科院園區辦公樓、數據機房、庫房等潛在直流負荷需求，以高效節能、綠色環保、智能交互為目標，實現綠色能源的本地消納，打造交直流配網領域‘靈活開放的試驗平臺、前瞻高效的示范工程、智能互動的展示窗口’。”該工程負責人楊景剛說。

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