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隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展與城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速，建筑能耗尤其是商業(yè)樓宇能耗在社會(huì)總體能耗中的占比逐年增加，商業(yè)樓宇能耗高企的問(wèn)題已逐漸引起社會(huì)重視。據(jù)統(tǒng)計(jì)，商業(yè)樓宇能耗費(fèi)用約占物業(yè)管理成本的30%~40%，其中中央空調(diào)系統(tǒng)的能耗一般占比40%~65%。研究如何提升商業(yè)樓宇的能效水平，不僅可提高樓宇運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，還可推動(dòng)低碳樓宇發(fā)展，實(shí)現(xiàn)全社會(huì)的節(jié)能減排，具有顯著的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

直流配電系統(tǒng)以其具備高效接入分布式電源、儲(chǔ)能與直流（或變頻類）負(fù)荷的優(yōu)勢(shì)，近幾年得到建筑電氣行業(yè)的廣泛關(guān)注。同時(shí)，電力電子器件技術(shù)的快速發(fā)展驅(qū)動(dòng)了直流配電網(wǎng)的發(fā)展。商業(yè)樓宇配電系統(tǒng)的主要負(fù)荷類型是中央空調(diào)、電梯等動(dòng)力用電，目前大多采用變頻技術(shù)，屬于廣義直流負(fù)載，另外大多數(shù)樓宇還配置了光伏及儲(chǔ)能等分布式電源。從定性角度考慮，采用直流配電可簡(jiǎn)化分布式電源、直流負(fù)載的并網(wǎng)換流設(shè)備，降低系統(tǒng)功率損耗，提高能效。

但是考慮到不同商業(yè)樓宇的負(fù)載類型和分布式電源配置情況均有所不同，采用直流配電帶來(lái)的能效提升效果亦不完全相同。因此，亟需要建立一套針對(duì)商業(yè)樓宇交流和直流配電系統(tǒng)的能效評(píng)估方法，從定量角度評(píng)估直流與交流配用電系統(tǒng)的能效差異，為未來(lái)商業(yè)樓宇配電系統(tǒng)規(guī)劃配置提供指導(dǎo)。

在交流配電網(wǎng)能效評(píng)估研究方面，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《中低壓配電網(wǎng)能效評(píng)估導(dǎo)則》于2015年2月份發(fā)布，規(guī)定了10（20）kV及以下中低壓配電網(wǎng)能效指標(biāo)計(jì)算及評(píng)估分析方法，從不同維度定義了多重指標(biāo)，并給出了各類指標(biāo)的計(jì)算方法。同時(shí)，相關(guān)專家學(xué)者也針對(duì)能效評(píng)估問(wèn)題開(kāi)展了大量研究，相繼提出了基于層次分析法的配電網(wǎng)能效指標(biāo)體系、基于能量?jī)r(jià)值的多能協(xié)同園區(qū)能效評(píng)估指標(biāo)、基于層次分析法和灰色關(guān)聯(lián)的變電站能效評(píng)估體系以及基于遞階綜合評(píng)價(jià)法的電力用戶綜合能效評(píng)估模型等。

上述研究成果可為樓宇配電能效評(píng)估指標(biāo)建立方面提供一定的借鑒意義，但是由于研究對(duì)象不同，還無(wú)法直接應(yīng)用到樓宇能效評(píng)估中。

直流配電網(wǎng)的能效評(píng)估問(wèn)題也逐漸引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。國(guó)外部分科研團(tuán)隊(duì)利用模擬法，對(duì)多場(chǎng)景（民用、商業(yè)）下的直流配電系統(tǒng)能效水平進(jìn)行多維度評(píng)估，并分析了相對(duì)于交流配電系統(tǒng)，直流系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)及節(jié)能效果。同時(shí)，還有部分團(tuán)隊(duì)采用實(shí)驗(yàn)法，對(duì)分布式電源接入前后的能效指標(biāo)進(jìn)行了定量分析。結(jié)果表明，直流配電系統(tǒng)不僅在能效總體水平上優(yōu)于交流，且光伏組件的轉(zhuǎn)換效率也得到了提升，儲(chǔ)能裝置對(duì)能效的提升也起到了積極作用。

國(guó)內(nèi)團(tuán)隊(duì)更加側(cè)重于從指標(biāo)體系構(gòu)建和評(píng)價(jià)方法層面開(kāi)展研究，有團(tuán)隊(duì)沿用交流配電系統(tǒng)能效評(píng)估體系思路，基于層次分析法提出了計(jì)及電力電子變壓器的交直流混合配電網(wǎng)能效評(píng)估指標(biāo)體系。針對(duì)分布式電源接入情況，相繼有團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了光伏-混合儲(chǔ)能直流微電網(wǎng)能效評(píng)估研究、船舶微電網(wǎng)艏側(cè)推進(jìn)器運(yùn)行能效研究等，并提出了能效管理策略。

目前在交流和直流配電系統(tǒng)能效評(píng)估研究方面已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，但綜合分析來(lái)看，仍然存在以下幾方面的不足：

①評(píng)估對(duì)象方面，現(xiàn)有研究多側(cè)重于中高壓配電網(wǎng)或微電網(wǎng)、換流設(shè)備能效評(píng)估，對(duì)商業(yè)樓宇尤其是樓宇直流配電能效評(píng)估的研究較為缺乏，關(guān)于樓宇交流與直流配電形式能效對(duì)比方面的探索也較少；

②評(píng)估方法方面，現(xiàn)有研究多采用平均值方法進(jìn)行評(píng)估，對(duì)于各類型分布式電源出力、負(fù)載需求的時(shí)序特性考慮不足，也未充分考慮支路實(shí)時(shí)潮流特性，無(wú)法揭示能效指標(biāo)時(shí)空分布的規(guī)律。因此，提出準(zhǔn)確、全面且客觀的商業(yè)樓宇交流與直流配用電系統(tǒng)能效評(píng)估方法是目前亟需解決的問(wèn)題。

針對(duì)上述問(wèn)題，清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院等單位的研究人員考慮商業(yè)樓宇交流與直流配電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的差異性，考慮商業(yè)樓宇負(fù)荷的特殊性與時(shí)序性，通過(guò)細(xì)化低壓用電設(shè)備類型及其并網(wǎng)換流設(shè)備的差異性，建立考慮多支路潮流分布的系統(tǒng)級(jí)能效計(jì)算模型，提出了計(jì)及“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”在內(nèi)的全環(huán)節(jié)能效評(píng)估指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法。

圖1 系統(tǒng)能效評(píng)估算法流程

圖2 算例系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)深圳中美中心低壓直流配電系統(tǒng)示范工程，結(jié)合實(shí)際直流電器設(shè)備、分布式電源換流器能效的調(diào)研數(shù)據(jù)，開(kāi)展了交流和直流配電系統(tǒng)的能效對(duì)比分析，主要得出了以下結(jié)論：

1）在分布式電源、直流負(fù)荷比例較高的情況下，直流配電相比交流配電在能效方面具有優(yōu)勢(shì)。從全年平均角度看，直流配電系統(tǒng)的能效水平比交流系統(tǒng)高出約6%；從月份分布來(lái)看，各月份直流系統(tǒng)能效均高于交流系統(tǒng)；從典型日分布來(lái)看，直流系統(tǒng)在負(fù)荷高峰期能效高于交流系統(tǒng)。

2）系統(tǒng)運(yùn)行效率（損耗）與系統(tǒng)運(yùn)行工況（可再生能源出力、負(fù)荷水平）具有明顯的關(guān)聯(lián)性。從時(shí)序上看，系統(tǒng)功率損耗呈現(xiàn)明顯的周期特性；從空間分布上看，交流系統(tǒng)損耗主要集中在負(fù)荷側(cè)換流器中，直流系統(tǒng)損耗則主要分布在主線路上。

3）商業(yè)樓宇負(fù)載類型對(duì)于交、直流配電系統(tǒng)能效水平具有重要影響，隨著直流負(fù)荷比例的增加，直流配電系統(tǒng)的能效優(yōu)勢(shì)逐漸增大。

4）分布式資源接入容量對(duì)系統(tǒng)能效水平具有明顯影響，且能效變化趨勢(shì)呈現(xiàn)先增后減趨勢(shì)，出現(xiàn)了“拐點(diǎn)”。直流與交流系統(tǒng)能效之差隨著分布式電源接入容量的增加而增大。

該研究成果可用于低壓交直流配電系統(tǒng)規(guī)劃與評(píng)估、基于能效的源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行等領(lǐng)域。

本文編自2020年第19期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“基于時(shí)序仿真的商業(yè)樓宇交流與直流配電系統(tǒng)能效對(duì)比”，作者為李海波、趙宇明等。