基于公共交流電網(wǎng)的用戶端光儲柔交直流混合配電系統(tǒng)

電能是清潔、高效、便捷的二次能源，電力是能源清潔低碳轉(zhuǎn)型的關鍵領域，開發(fā)利用可再生能源資源，發(fā)電是主要方式。替代終端化石能源消費，電力是主要選擇。基于公共交流電網(wǎng)的用戶端光儲柔交直流混合配電系統(tǒng)是一種經(jīng)濟高效的終端化石能源消費替代方案。1、基于公共交流電網(wǎng)的用戶端光儲柔交直流混合配電系統(tǒng)經(jīng)過百余年的發(fā)展，交流配電系統(tǒng)已經(jīng)涵蓋了公共交流輸配電網(wǎng)絡到用戶側(cè)終端支路的每一個角落，各類保護設置技術及保護控制產(chǎn)品十分完善，同時隨著開關電源和變頻技術的日益成熟，基于交流供電方式的各類電子電氣用電設備已經(jīng)深入我們的生活。采用用戶端光儲交流配電系統(tǒng)可最大限度地利用現(xiàn)有資源，特別是現(xiàn)有建筑配電系統(tǒng)上的改造，增加光伏、儲能和供電、用電雙向柔性控制，無疑是一高效經(jīng)濟的解決方案。

圖1.基于公共交流網(wǎng)絡的光儲柔交直流混合配電系統(tǒng)上圖是針對工商建筑的用戶端交流配電系統(tǒng)的光儲柔交直供用電系統(tǒng)改造示意，在原有的低壓交流配電系統(tǒng)基礎上，增加了屋頂光伏裝置、儲能電池組和含有光伏逆變設備的光伏多聯(lián)設備等光儲柔交直核心設備，同時增加了基于物聯(lián)網(wǎng)的能源管理系統(tǒng)。用戶側(cè)交直流混合系統(tǒng)中，辦公及各類分散小功率家用電器的供電仍采用AC230/400V系統(tǒng)，辦公照明和中央空調(diào)等易于集中供電管理控制的設備采用直流直接供電。連接各級交流網(wǎng)絡和直流網(wǎng)絡間的交流變流器及電源轉(zhuǎn)換設備，可以在能源管理系統(tǒng)(EMS)的控制下實現(xiàn)兩種電源間供電與耗電的轉(zhuǎn)換，繼而達到用戶端柔性供用電的目的。

圖2所示了住宅基于公共交流電網(wǎng)的光儲柔交直混合配電系統(tǒng)的改造方案，建筑內(nèi)光伏板與儲設備間聯(lián)絡采用了直流配電系統(tǒng)連接外，全部用電設備仍采用交流用電設備，光伏逆變器承載著能源雙向轉(zhuǎn)化和傳遞的功能。圖2.住宅基于公共交流網(wǎng)絡的光儲柔交直流混合配電系統(tǒng)2、基于公共交流電網(wǎng)的用戶端光儲柔交直流混合配電系統(tǒng)接地保護系統(tǒng)設置基于公共交流電網(wǎng)的用戶端光儲柔交直流混合配電系統(tǒng)接地保護系統(tǒng)設置取決于交直流間電源是否隔離。對于有隔離的交直流混合系統(tǒng)，直流部分與交流部分間存在電氣分隔，直流部分可以根據(jù)電擊防護及其他故障防護需要，從隔離處做獨立于交流配電系統(tǒng)的接地系統(tǒng)，并進行相應的故障保護設置。如果逆變器本身不是隔離型逆變器，同時也未采取其他的隔離設置，則直流配電部分的接地設置是交流接地系統(tǒng)的一部分，各類的故障保護設置也需要與交流配電系統(tǒng)保護一起考慮，通常直流部分的各類接地措施可以認為是交流配電網(wǎng)絡中接地系統(tǒng)的負荷側(cè)接地部分。圖3所示了用戶端交直流混合配電系統(tǒng)與公共交流電網(wǎng)接入型式。圖3.用戶端交直流混合配電系統(tǒng)與公共交流電網(wǎng)接入型式對于圖3-a的以低壓電力變壓器為劃分點的用戶端，電力變壓器已經(jīng)實現(xiàn)了用戶端電網(wǎng)與公共電網(wǎng)的隔離，包括直流側(cè)的各類電磁干擾對于公共電網(wǎng)的影響已經(jīng)降低到最低限度，因此此時的直流配電網(wǎng)與低壓交流配電網(wǎng)間可不采用隔離設計，接地系統(tǒng)全部以連接在電力變壓器低壓側(cè)的交流配電系統(tǒng)為主。上述設計以交流變配電室置于建筑物內(nèi)的大中型獨立建筑為首選。對于低壓交流系統(tǒng)是輻射到多個建筑或分散的直流電源用戶的交直流電源接口，在各方面因素允許時可考慮采用隔離型變流裝置或其他隔離措施。對于圖3-b的連接在公共低壓交流配電系統(tǒng)的直流配電網(wǎng)絡，為減少直流側(cè)故障及故障保護對公共交流系統(tǒng)的影響，以及直流保護側(cè)各類保護電器的可靠工作，交直流連接接口應采用隔離措施。根據(jù)上述分析，對于非隔離型交直流混合配電系統(tǒng)中直流配電網(wǎng)絡中任何一點的接地，均等同于交流系統(tǒng)中發(fā)生了接地故障，因此對于交直流間沒有采用隔離措施的直流電源側(cè)僅能采用不接地或高阻功能性接地的接地型式（IT系統(tǒng)）。如圖4-a。對于采用了隔離措施的隔離型交直流混合系統(tǒng)中直流配電網(wǎng)絡的任何一點接地，均不會影響到交流部分，因此如果準備在直流部分做電源正、負極或中間點接地的直流接地設計（TN接地系統(tǒng)），必須在交直流接口處采取隔離措施。如圖4-b。圖4.交直流混合系統(tǒng)中的直流電源接地措施相比基于公共電網(wǎng)