江亿院士：柔性直流用电变革建筑用能(2)

通过电力电子器件实现由直流电驱动同步电机可灵活精准地调控转速和扭矩，已成为未来电机发展的主要方向。建筑内的直流微网依靠其分布连接的蓄电池和电力电子器件，通过智能控制，也可以有效吸收负载瞬态变化的冲击，维持系统的稳定可靠。因此，目前技术条件都已具备，就到了挑战建筑内的交流供配电系统的时候了。

电力负载由刚性转为柔性

建筑供电的入口通过交流—直流整流装置把外电网的交流电转为高压直流电，接入建筑内直流高压母线。直流高压母线分别通过DC/DC（直流到直流的电压变换）与分布在建筑外表面的光伏电池和分布在建筑内不同区域的蓄电池连接。同时，直流高压母线还通过DC/DC向建筑内的大功率设备（如电梯、空调、风机等）及建筑周边停车位的充电桩供电。由直流高压母线通过DC/DC引出若干路直流低压分路，分别进入各个建筑区域为小功率设备供电。

交流系统的电压和周期必须严格调控，维持在预定值周围，以保障用电装置的功能和安全。例如电压过低会导致异步电机的电流增大，甚至烧毁。然而直流电系统的电压却可以在很大范围内变化（例如，±30%）。对电压敏感的用电器具是通过DC/DC接入直流母线，DC/DC可以根据用电器具的特点自行调节其用电电压，而带有智能调节功能的用电设备还可以根据母线电压的变化自行对其用电功率进行调节。

连接光伏电池的DC/DC可以根据光伏电池的输出状况，自动调节接入阻抗，使光伏保持最大的输出功率；连接蓄电池的DC/DC根据母线电压的变化，在蓄电、放电和关闭三种状态之间选择和调控；系统中连接的智能充电桩可以根据目前电压状况决定充电速率，甚至在母线电压过低时从汽车电池中取电，反向为建筑供电。

直流高压母线的电压则由入口的交流—直流整流器控制，通过调节直流母线电压，调控建筑的瞬间用电功率。这样，建筑用电就从以前的刚性负载特性变为可以根据要求调控的柔性负载特性，实现“需求侧响应”方式的柔性用电。

不同功能的建筑、不同的光伏电池安装量以及不同蓄电池的安装容量，通过调节直流母线电压可实现不同的功率调节深度。蓄电池安装量越大，实现的瞬态功率调节深度就越大。而当通过智能充电桩接入足够多的电动汽车时，就可以响应电网要求，使建筑瞬态用电功率在0到100%之间实时调节。这时，一座直流供配电建筑就同时成为一座虚拟的蓄能调节电厂，可以根据电网的供需平衡状况进行削峰填谷调节。

目前，以火电和水电为主的电源系统可以根据用电负荷状况随时对电源进行调节，实现供需平衡。而未来低碳电力系统的电源中一半以上将为风电、光电。这些不可调控的电源大大降低了电网对用电侧峰谷变化的调节与适应能力，由此造成大量的弃风、弃光现象。

怎样使电力负载由目前的刚性转为柔性，以适应电源侧大比例的不可调控电源，将成为今后发展风电、光电的瓶颈。

尽管抽水蓄能电站的蓄存转换效率不到70%，但目前已经成为应对这一供需间矛盾的最主要手段。然而，我国适合修建抽水蓄能电站的地理条件有限，很难仅靠这一技术途径解决问题。带有储能的直流柔性用电建筑可实现的蓄存转换效率高于70%，它将是未来缓解电力的供需矛盾，有效接纳风电光电的有效途径。

“光伏+直流+智能充电桩”一体化前景可期