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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)樓宇能耗在社會總體能耗中的占比逐年增加，商業(yè)樓宇能耗高企的問題已逐漸引起社會重視。據(jù)統(tǒng)計，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，還可推動低碳樓宇發(fā)展，實(shí)現(xiàn)全社會的節(jié)能減排，具有顯著的經(jīng)濟(jì)與社會效益。

直流配電系統(tǒng)以其具備高效接入分布式電源、儲能與直流（或變頻類）負(fù)荷的優(yōu)勢，近幾年得到建筑電氣行業(yè)的廣泛關(guān)注。同時，電力電子器件技術(shù)的快速發(fā)展驅(qū)動了直流配電網(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能等分布式電源。從定性角度考慮，采用直流配電可簡化分布式電源、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，采用直流配電帶來的能效提升效果亦不完全相同。因此，亟需要建立一套針對商業(yè)樓宇交流和直流配電系統(tǒng)的能效評估方法，從定量角度評估直流與交流配用電系統(tǒng)的能效差異，為未來商業(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)能效評估研究方面，國家標(biāo)準(zhǔn)《中低壓配電網(wǎng)能效評估導(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)計算及評估分析方法，從不同維度定義了多重指標(biāo)，并給出了各類指標(biāo)的計算方法。同時，相關(guān)專家學(xué)者也針對能效評估問題開展了大量研究，相繼提出了基于層次分析法的配電網(wǎng)能效指標(biāo)體系、基于能量價值的多能協(xié)同園區(qū)能效評估指標(biāo)、基于層次分析法和灰色關(guān)聯(lián)的變電站能效評估體系以及基于遞階綜合評價法的電力用戶綜合能效評估模型等。

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

直流配電網(wǎng)的能效評估問題也逐漸引起了國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。國外部分科研團(tuán)隊利用模擬法，對多場景（民用、商業(yè)）下的直流配電系統(tǒng)能效水平進(jìn)行多維度評估，并分析了相對于交流配電系統(tǒng)，直流系統(tǒng)的主要優(yōu)勢及節(jié)能效果。同時，還有部分團(tuán)隊采用實(shí)驗法，對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，儲能裝置對能效的提升也起到了積極作用。

國內(nèi)團(tuán)隊更加側(cè)重于從指標(biāo)體系構(gòu)建和評價方法層面開展研究，有團(tuán)隊沿用交流配電系統(tǒng)能效評估體系思路，基于層次分析法提出了計及電力電子變壓器的交直流混合配電網(wǎng)能效評估指標(biāo)體系。針對分布式電源接入情況，相繼有團(tuán)隊開展了光伏-混合儲能直流微電網(wǎng)能效評估研究、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)能效評估研究方面已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，但綜合分析來看，仍然存在以下幾方面的不足：

①評估對象方面，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)備能效評估，對商業(yè)樓宇尤其是樓宇直流配電能效評估的研究較為缺乏，關(guān)于樓宇交流與直流配電形式能效對比方面的探索也較少；

②評估方法方面，現(xiàn)有研究多采用平均值方法進(jìn)行評估，對于各類型分布式電源出力、負(fù)載需求的時序特性考慮不足，也未充分考慮支路實(shí)時潮流特性，無法揭示能效指標(biāo)時空分布的規(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)能效評估方法是目前亟需解決的問題。

針對上述問題，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)荷的特殊性與時序性，通過細(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)級能效計算模型，提出了計及“源-網(wǎng)-荷-儲”在內(nèi)的全環(huán)節(jié)能效評估指標(biāo)和評價方法。

圖1 系統(tǒng)能效評估算法流程

圖2 算例系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

研究團(tuán)隊針對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)，開展了交流和直流配電系統(tǒng)的能效對比分析，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。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)勢逐漸增大。

4）分布式資源接入容量對系統(tǒng)能效水平具有明顯影響，且能效變化趨勢呈現(xiàn)先增后減趨勢，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)劃與評估、基于能效的源網(wǎng)荷儲協(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》，論文標(biāo)題為“基于時序仿真的商業(yè)樓宇交流與直流配電系統(tǒng)能效對比”，作者為李海波、趙宇明等。