袁晓冬：直流配电储能应用及电能质量

5月19日至21日，“第八届中国国际储能大会”在深圳隆重召开， 来自中国、美国、德国、英国、加拿大、西班牙、日本、韩国、澳大利亚等国和地区1500余位政府机构、科研院所、行业组织、电力公司、新能源项目单位、系统集成商等代表出席本次大会。

国网江苏省电力公司电力科学研究院电网技术中心副主任袁晓冬在“直流配电与储能专场”，发表了题为“直流配电储能应用及电能质量”的精彩演讲。

演讲内容如下：

袁晓冬：我是江苏电科院电网技术中心的袁晓冬，现在是低压配电网工作组的召集人。我们有一个小团队，依托我们的新能源配网质量市，以及南京市交直流混合配电工程技术研究中心，开展低压直流配网电能质量以及储能方面相关的研究工作。

这次的会在深圳举办，所以一开始我想还是先致敬一下腾讯，这是一家非常有名的企业，我们也是伴随着QQ长大的。腾讯是一家很了不起的企业，在去年年底有一本《腾讯传》，总结了腾讯的几个特点：对用户需求理解的加深、对组织效率持续的探索、对完善产品体验的极致追求，对复杂市场环境的快速反应。

今天我们不妨开个脑洞，如果让腾讯来运营储能行业会是什么样的状况?这两天我们就储能谈储能已经比较多了，这个事情不知道大家有没有想过。

从腾讯对自己的分析和研判的角度来讲，像这样的互联网企业做事情的风格和普通公司相比就是厨师和大厨的区别。厨师是逐字照搬菜谱的普通人，真正的大厨可能会自己确立一个创新的菜谱，根据菜谱会让这个行业最后演变成你现在都想不到的状态，我觉得腾讯可能就是具有大厨精神的企业。

在储能行业里面，我们做产业的思维有几个层次，最内层是商业思维。很多人问我储能的补贴会怎么样，峰谷差价政策会怎么调，这些问题我都回答不了，因为这个问题都在商业思维的层面，而这个层次逐级往上是越来越难，越往上的层级其实对你这个行业的覆盖度是越来越高的，到了技术思维，我们现在在研究储能的各种性能的提升，我觉得这就是一个技术思维，我们现在在研究储能怎么让它的能量密度更高，我们在研究怎样让直流的保护更加有效、更加可靠，直流电能质量怎么控制，这就是技术思维，大部分理工男都是这种思维。再往上到科学思维，可以看到锂系储能和钠系储能，从科学第一性考虑，它的能量密度能到多少，如果能量密度到了那个点，这个行业会变成什么样的形态，这个层面可能会更加有利于我们理解整个储能行业的发展。再往上就是人文思维，这一点更高级一点，可能很多大家思考问题都是在这个角度，比如说乔布斯设计的苹果，它的样式不仅是美观，它可能也是完成了一种在人类之间大家的共同理解，包括我们的储能大会，我觉得有点像宗教思维，每年形式性的做一个聚会，年复一年的在这边集合，它最后就会形成一个宗教思维，通过这一点去覆盖整个储能行业，它可能就站在一个很高的角度。

下面回到我今天的主题。我今天的题目谈到了三个概念，一是直流配电，第二是电能质量，第三是储能，其实这三者是紧密结合的，我今天主要回答三个问题：第一，为什么要选择直流配电?第二，直流配电的电能质量的特点是什么?第三，储能在直流配电当中的作用是什么?

我大概整理了我们选择直流的几个优势，首先是效率更高，第二是可靠性更高，第三是直流的电能质量更优，这些都是有数据支撑的，第四是传输能量更大，第五是直流的体积更加优秀，第六是直流的经济性有望超越交流，第七是直流减少变换层级，它的效率也会得到明显的提高。直流设备的成本也会逐年降低，进一步符合摩尔定律，直流是能源消纳和消费的最后一公里，它是衔接最后一公里最有效的技术。

这是国际电工组织对直流的研究报告，它对全球的直流市场进行了分析，保守估计10年之后将会成为一个万亿美元的市场。

下面讲讲直流配电电能质量的特点。

我们研究电能质量有一个简单的定义，它是电力系统指定点处的电特性，关系到供用电设备正常工作或运行的电压、电流的各项指标偏离基准技术参数的程度。我读研究生的时候是学电能质量的，工作也是做电能质量研究的，我以前考虑的就是电压暂降、电压中断、电压不平衡，谐波等等问题，电能质量的问题很复杂，我后来有一段时间对这个问题又做了一些思考之后，我突然想明白了，在交流系统里面电能质量是一个相对比较简单的事情，很容易理解，我现在就把我对这个东西的理解给大家做一个分享。在一个纯交流系统里面，我们学电力系统的都知道，它的一个简单模型是单机无穷大系统，交流电网就是一个单机无穷大系统的集合。交流电网里面原先就是一个非常线性的电网，所有的电能质量的问题都是在这样一个线性的电网里面存在的各种的问题。

交流系统的电能质量本质就是一个随波逐流模型，它的所有问题就是电流在阻抗上产生的影响，这个电流转化到电能质量的视角，它里面包括了谐波电流、波动负载、冲击电流、负序电流等等，这些电流达到了我的阻抗，包括发电机阻抗、变压器阻抗、线路阻抗、正负零阻抗，它这里面所有的过程都是连续的，它冲击过来就是一个随波逐流的过程，一旦冲击过来，就像一个海啸一样，这个波一直走下去，影响到哪个地方，影响有多大，完全是可以通过线性的公式算出来的，所以典型的电能质量控制方式就是改变阻抗、改变功率，通过这些方式可以解决电能质量问题。如果一个海啸过来，你即使知道怎么控制，但是你也很难控制，你去改变它的阻抗、功率，难度都相对很大。

我们的电力系统再往后出现了一个问题，就是电力电子化，大量的电力电子设备进入电力系统，一类是接在末端，比如说光伏、风电，还有一类是负载，这里面接入了大量的电力电子元件。还有一个让大家觉得比较麻烦的问题就是直流网，我们的电力系统是在更高一层的，比如说高压直流、特高压直流，都是在电力系统里面更高一层去做网的衔接。这些元件在整个系统里面是非线性的元件，它完全是由电力电子的控制产生的，每一个直流元件的控制策略都不一样!这个不一样就导致了我的系统里面发生了一个非常惨烈的变化，就是机电系统的电力电子化，这里面我给它起了一个名字叫惊涛拍岸模型。就像刚才说的交流系统里的一个海啸，原先我的电流和阻抗决定了我的电能质量的阻抗，现在加上了不连续性，里面有无序的控制，比如说换相失败，或者低穿不过，功率小可能还好，但如果功率大的话，你可以理解成在海上有一个巨大的岛礁，这样原先的电能质量问题一下子就被放大，这些问题可能直接导致电力系统的稳定问题，或者电力系统整体的安全问题，这就是一个电力电子化以后非常困难的一个事情。现在典型的电能质量控制方式就是改变阻抗、改变功率和控制调节，这里面包括了APF、SVG、DVR、虚拟同步机和逆变器调相等等，这些方式都是为了解决被严重恶化的电能质量问题。

而我们现在谈的直流配电，我觉得是一个非常好的结构。现在直流配电往外接的所有的系统，无非是交流系统和储能系统，或者其它的电源，而这些电源整个可以通过AC/DC或者DC/DC接到我的系统里面来，而在这个接的过程中，AC/DC和DC/DC的控制就变得相对容易得多，这种方式能够有效地把电网和外界的扰动做一个隔离。这种隔离相当于不管外界的风浪有多大，我筑起了一层堤坝，我在堤坝内部可能是直流配网，堤坝外部完全可以通过我的水库去调节外部的状态，这个调节能力完全取决于电力电子的AC/DC和DC/DC的控制策略和控制手段，这个事情如果从科学的思维来想，把这个事情做到极致是完全没有问题的，我觉得在座各位很多做电力电子的应该完全有信心，在这个层面把这个事情做到极致。