山东大学：能源革命和数字化时代低压直流供用电系统的发展契机与展望_41页_14mb

能源革命和数字化时代低压直流供用电系统的发展契机与展望总结

一、背景

随着能源革命的推进和“双碳”目标的提出，能源系统正面临深刻的变革。当前，可再生能源（如光伏、风能）的集中与分布式发展迅速，终端用户负荷呈现多元性、直流化、移动化趋势。同时，物联网、AI等新技术的发展为能源系统提供了新的赋能手段，推动了电网向更安全、可靠、经济、绿色、智慧和可持续的方向演进。

配电网在应对高熵能源源流、提升系统灵活性和适应性方面面临挑战。新一代低压直流供用电系统（LVDCSUS）的出现为解决这些问题提供了新的思路和路径。

二、发展契机

1. 为什么要采用直流供用电

• 终端设备直流化：目前大部分日常电器（如通信设备、LED照明、家用电器）均采用直流供电。
• 系统效率提升：直流供电可减少电力转换环节，提升供电效率。
• 技术进步：电力电子技术发展使DC-DC转换效率提高，成本降低。
• 市场驱动：资源多元化、混合形式推动LVDC技术的商业化。
• 数字驱动：再电气化趋势下，智能家电、工业互联网等需求增长。
• 技术融合：DERs（分布式能源资源）、储能、LVDCSUS与AI等技术融合，推动系统智能化。

2. LVDCSUS的应用及意义

• 能源供给革命：建立多元供应体系，提高可再生能源渗透率。
• 能源消费优化：通过柔性负荷和智能控制，抑制不合理能源消费。
• 能源技术升级：带动电力电子、AI、IoT、区块链等技术发展。
• 能源体制创新：推动终端化、分布式能源体系的发展。

三、新一代LVDC供用电系统及特征

1. 典型运行模式

• 发储用一体化模式（Proconsumer）：由分布式能源、储能、直流负荷组成，实现“即插即用”。
• 交流电源支撑模式（Common DC Busbar）：适用于可再生能源有限但直流负荷需求大的场景，通过AC/DC变换器供电。

2. 主要特征

• 全息化单元：每个构成单位具备“源-网-荷-储”四要素。
• 网中网结构：支持多层级、多子系统的灵活网络，具备自恢复、自控制和自优化能力。
• 绿色节能：减少能源损耗，提高新能源利用效率。
• 天然物联网特性：集成电力电子设备和智能终端，便于信息获取与控制。

3. 与传统系统的区别

• 更高的灵活性与适应性。
• 更强的系统协调与控制能力。
• 更好的用户感知与参与度。

四、国际发展与动向

1. IEC SyC LVDC

• 成立于2014年，2017年升级为SyC LVDC。
• 主要职责包括LVDC标准化、信息收集与技术支持。
• 与SyC SE、微电网等组织合作，推动技术发展。

2. IEEE与NEC标准

• IEEE 1547系列：规范低功率LVDC系统接入电网。
• UL 1699B：安全标准，用于评估低压直流配电系统的安全性。
• NEC Article 411：涵盖低压直流系统的设备、安装和保护要求。

3. CIRED会议与研究

• CIRED 2019、2021、2022会议中，LVDC相关论文数量逐年增加，显示国际学术界对LVDC的关注度上升。
• 研究方向涵盖低压直流供电系统、智能配电、能量存储、电网优化等。

4. 国际应用实例

• 电动飞行器：全球多家企业正在研发电动飞行器，如“爱丽丝”纯电动客机成功试飞。
• 未来武器：中国马伟明院士提出集成电磁轨道炮、激光武器等的“超级战舰”概念。
• 医疗应用：江苏省妇幼保健院建成首个低压直流急诊抢救室，提高医疗设备供电安全性。

五、展望

1. 未来趋势

• 系统形态变革：集中规模化与分布式本地化模式并存，推动多源化配电网发展。
• DER与储能融合：分布式能源与储能装置将为新型电力系统提供“造血”功能。
• 负荷直流化：多元化、移动化、直流化负荷将推动电网“换芯”。
• 数字化赋能：AI、数字孪生等技术将提升电网的智能化水平，优化系统运行。
• 市场与商业模式创新：能源投资模式与互联网金融创新融合，推动新业务、新市场模式。
• 可持续发展：低碳化、数字化、智能化成为系统发展的重要特征。

2. LVDCSUS的作用

• 作为传统交流配用电的有益补充。
• 实现“双碳”目标的新技术路径。
• 成为新型电力系统的重要组成部分。
• 推动再电气化，助力中国制造业升级。
• 为能源互联网提供新动力。

3. 挑战与机遇

• 市场潜力巨大，但关键技术仍需创新研发。
• 战略部署与技术路线需要科学、理智地思考。
• 道阻且艰，任重道远，需多方协作推动LVDC技术落地与应用。

参考资料

1. 马钊，周孝信，尚宇炜，周莉梅. 《未来配电系统形态及发展趋势》. 《中国电机工程学报》，2015.
2. 马钊，周孝信，尚宇炜，盛万兴. 《能源互联网概念、关键技术及发展模式探索》. 《电网技术》，2015.
3. 马钊，梁慧诗，苏剑. 《主动配电系统规划和运行中的重要问题》. 《电网技术》，2015.
4. 马钊，赵志刚，孙媛媛，李亚辉，李可军. 《新一代低压直流供用电系统关键技术及发展展望》. 《电力系统自动化》，2019.
5. 梁永亮，吴跃斌，马钊，张恒旭，孙媛媛，娄杰，李可军. 《新一代低压直流供用电系统在“新基建”中的应用技术分析及发展展望》. 《中国电机工程学报》，2021.
6. 马钊. 《双碳目标倒逼新型电力系统建设提速》. 《中国能源报》，2021.
7. 马钊. 《未来供用电系统: 新一代低压直流》. 《中国科学报》，2020.
8. 马钊，李亚辉，孙媛媛，孙凯祺. 《Low Voltage Direct Current Supply and Utilization System: Definition, Key Technologies and Development》. CSEE JPES, 2023.