上 海 大 周
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大周的爱迪生之梦

  一百年前那场关于交流和直流的技术路线斗争中,爱迪生的直流电最终输给了特斯拉的交流电,从此开始了一百年的交流电力系统时代。但是。。。。。。。。

跨越世纪的战争

  从技术上说,交流电有幅值、频率、相位三个量需要控制,而直流电只需要控制电压幅值,更加简单稳定,且实际用电设备的最终环节大多是直流的(只是因为现代电力系统是交流的,所以绝大多数用电设备设置成交流电输入,其实其最终供电的部分是直流,这一点颠覆了大家的直观感觉,要跟大家解释一下)。但为什么当时交流电会输给直流电呢?原因在于电力传输需要能够将电压升高和降低的变压装置,在当时的技术条件下,交流变压器很快被研发出来,但直流变压器却一直没找到办法,直到近年来电力电子技术的发展,让直流变压器成为可能,这才让直流又有了翻身的机会,虽然这一晚就是一百年,但未来电网的趋势将不可避免的逐步走向直流,爱迪生的时代将再次来临。



直流微电网优点

1、 没有无功问题

直流系统中不存在无功电流分量,在提供同样有功功率的情况下,直流系统电流幅值及相应损耗较交流系统更小,当直流微电网电压为交流线电压的倍时,直流线路的有功损耗仅为交流线路的15%-50%没有无功问题也使电压分布与线路电感、电容参数无关,更有利于电压控制;

2、 没有相位问题

交流电网中的设备(主要为电源)切换与相位、相序、频率等交流电特征量密切相关,直流微网上的设备无需考虑相位问题,切换更容易,稳定性也得到增强;

3、 结构简单

由于大多数新能源发电都是直流电,如果并入直流母线,则只需要一级变换,省略了许多变流器环节,降低了损耗,节省了经费,也提高了可靠性;

4、 体积小

DC/DC变换器多采用高开关频率,因此装置功率密度远大于工频变流器,体积更小;

5、 高质量供电

由于大多数储能都是直流电,因此直流微电网更易于接入储能装置,从而提供高质量供电;

6、 绿色、环保

直流电不会产生交变电磁场,因此电磁辐射小,更加环保。

当然,直流微电网目前也有部分技术问题亟待解决,如直流断路器目前实现过程复杂、成本较高。


直流微电网应用领域

由于直流微电网的优异特性,其应用场景在逐步扩宽,各领域需求正不断增加,从宽泛的定义来看,未来预期将在以下领域中得到广泛应用:

1、 工业节能领域

  • 数据中心、通信控制中心、通信基站;

  • 半导体、纺织、造纸和化工等大量使用变频器的场景;

  • 变电站、冶金等大功率用电;

2、 交通领域

  • 电动汽车驱动、车载电源系统及充放电系统;

  • 轨道交通供电;

3、 军事国防领域

  • 航空航天供电;

  • 军用车辆供电;

  • 舰船综合供电;

4、 民用

  • 建筑领域直流楼宇、建筑一体化直流供电;

  • 商业、家庭直流微电网;


上海大周直流微电网的探索与实践

通过分析多种新能源发电与储能的特性,并对若干直流微电网具体需求与实践情况进行提炼后,上海大周将大功率双向直流变换器作为切入点,逐步扩展到能量管理及系统设计。潜心攻关研发出高变比和低压大电流两个系列的DCDC变换器以及具有自主知识产权的能量管理系统PowerNex-EMS,并依托相关项目对系统规划结果进行了验证。

双向DCDC实物图


PowerNex-DCMG针对科研市场进行一定程度的系统开放便于用户在此平台上做进一步的软硬件研发,进行各种变流器、新能源发电方式、上层能量管理算法研究

针对工业、建筑等实际应用进行一定程度的硬件选型升级,可以适应于各种示范类及实用类应用;



应用场景建议

上海大周参考大量专利、文献、会议信息及实际用户反馈,总结了一些共性需求,推出了以下几种典型直流微电网且成功在科研单位,工业用户实施运行。

1、低压直流微电网(弃风弃光制氢)

氢能作为一种能源载体,具有无污染、能量密度高、地球中含量丰富的关键优点,是未来具有较大潜力的一种能源形式,目前日本、德国、美国都已经在进行相关探索。

结合国内弃风弃光严重的实际情况,上海大周设计推出了包含燃料电池与氢能利用的低压直流微电网。


场景1包含氢能利用的低压直流微电网


2、光伏及混合储能直流微电网

与以往相比,光伏建筑一体化(BIPV)、直流负荷比例日益增高、节能与空间要求日益严格等变化推动着楼宇建筑与工厂向着直流供电的方向演化,本质上已经是直流微电网。

结合以上趋势,依托工业及军用建筑,上海大周设计推出了包含光伏发电、磷酸铁锂电池与超级电容混合储能组成的小型直流微电网,其中超级电容将对含有敏感负荷的工厂用电起到关键作用。


场景2 包含光伏及混合储能的建筑及工业微电网


3、交直流混合微电网(各种新能源形式的综合利用)

根据实际情况,上海大周可以根据当地研究情况,投建相应的直流微电网,并配套PCS,与已经投运的交流微电网组成交直流混合型微电网,从而更好的匹配各种能源的特性。

考虑到未来“数字社会”直流负荷比例将逐步扩大,同时由于历史积累原因交流负荷将长期存在的实际情况,上海大周根据国内微电网实验室建设的发展阶段,考虑了新的用电负荷情况,设计直流微电网并与以往已经投建的交流微电网组合,通过上层能量管理统一调度,形成交直流混合微电网,降低了单纯交流/直流微电网因多重 AC/DC DC/AC 变换带来的功率损耗、谐波电流及控制难度,提高了系统的可靠性和经济性,也为各种特性的新能源发电和用电设备更便捷、友好地接入创造了条件。


场景3 包含多种能源形式的混合微电网

全国微网实验室分布图

关于大周

上海大周信息科技有限公司(简称“大周”),专注于电力电子、新能源发电及微电网技术,未来将聚焦于直流微电网和直流变换器的技术研发及应用。目前主要用户集中在科研领域,包括高校、电力公司、发电集团、电力装备企业、军工单位等。自成立以来,大周持续创新,不断聚焦解决当下及未来具有共性的问题,为用户提供专业的新能源系统解决方案、产品样机定制和科研实验平台建设服务,并以先进电力电子和信息技术为核心,研发分布式能源终端产品,逐步从科研市场扩展到工商业、家庭及个人能源市场。


大周使命

利用电力电子和互联网技术,全力参与解决传统电力浪费大、清洁能源普及缓慢的难题,努力推进新能源广泛应用,实现能源系统的高效、低成本运作,期望达到傻瓜式管理、智能化运行的目标,构建物与人互联的生态能源系统。


Coming Soon..

上期风电专场介绍后,不少朋友对PowerNex-Wind及大周公司表达了关注,其中好几位学者提出了柔性直流输电科研平台的需求,经过技术评估和市场调研,我们决定启动柔性直流输电科研实验平台PowerNex-VSC_HVDC的产品开发,基于以往的技术储备,目前我们只专注推出两款:

  • 两电平柔直:两端,送端和受端均为10kW;

  • 五电平MMC模块化多电平柔直:两端,送端和受端均为10kW

目前系统设计、算法仿真、器件选型都已经完成,后续我们将开始耐心的产品开发过程,4个月后见!






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