朱夢穎， 彭勇剛， 宋弘亮

(1.浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院， 浙江 杭州 310027； 2.寧波市電力設(shè)計院有限公司， 浙江 寧波 315000)

1 引言

隨著分布式電源接入比例不斷增加[1]、電力電子技術(shù)和控制技術(shù)飛速發(fā)展，直流配電系統(tǒng)逐漸走入人們的視野[2]。由于直流系統(tǒng)便于可再生能源、儲能裝置、充電樁等新能源設(shè)備的互動化接入；相對交流配電網(wǎng)絡(luò)而言，在電能質(zhì)量、供電可靠性、供電能力等方面均具有一定優(yōu)勢；并且符合當(dāng)前國網(wǎng)公司發(fā)展基于信息物理融合的能源互聯(lián)網(wǎng)和電力物聯(lián)網(wǎng)的需求[2,3]，國內(nèi)外團隊相繼從各角度開展針對交直流混合配電網(wǎng)的研究。

在系統(tǒng)評估方面，文獻[4-8]分別針對交直流方案、系統(tǒng)建立不同方面的評估指標(biāo)體系，對交直流系統(tǒng)進行評價。文獻[9]研究并提出了直流電壓等級選擇對直流系統(tǒng)能效的影響。在優(yōu)化方面，文獻[10-15]分別從設(shè)備的需求側(cè)響應(yīng)、光儲聯(lián)合、電力電子變壓器等方面開展交直流混合電網(wǎng)優(yōu)化運行調(diào)度的研究；文獻[16,17]從交直流混合主動配電網(wǎng)的分層分布式的優(yōu)化形式和考慮柔性負(fù)荷兩方面對交直流混合系統(tǒng)優(yōu)化進行創(chuàng)新。在應(yīng)用方面，有團隊從直流配電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備特性、運行控制、負(fù)荷接入方式和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等方面出發(fā)，研究交直流混合電網(wǎng)的適用模式[1,18,19]；也有團隊從分布式能源接入和工程出發(fā)在供電效率、可靠性、電能質(zhì)量等方面論證交直流配電系統(tǒng)相對純交流配電系統(tǒng)的優(yōu)勢[20]。

國外，美國弗吉尼亞理工大學(xué)電力電子系統(tǒng)應(yīng)用中心提出了交流母線主要用于負(fù)荷供電，直流母線用于接入分布式電源和分布式儲能，交直流母線共存的交直流配電分層連接的混合配電結(jié)構(gòu)[21]。美國北卡羅萊納大學(xué)提出了未來可再生電力能源傳輸與管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和能量路由器的概念[22]。英國、瑞士及意大利等國也開展了通過新型功率變換技術(shù)適應(yīng)未來有大量分布式電源接入的歐洲電網(wǎng)的功率流動管理技術(shù)的研究。以上研究均對交直流混合系統(tǒng)的發(fā)展具有較大價值，但是并沒有考慮母線源-荷-儲配置對設(shè)置交直流母線時是否具有能效優(yōu)勢的影響。

國內(nèi)交直流配電網(wǎng)研究中，在配電系統(tǒng)能效方面的研究多注重對系統(tǒng)整體能效進行評估，以證明直流系統(tǒng)優(yōu)于交流系統(tǒng)或評價體系和指標(biāo)構(gòu)建，對實際系統(tǒng)的評價和高壓直流系統(tǒng)的規(guī)劃有一定的借鑒意義，但是對于實際低壓交直流配電網(wǎng)工程設(shè)計和配置參考價值有限。文獻[23]針對商業(yè)樓宇的負(fù)荷性質(zhì)進行分析，通過商業(yè)樓宇實際工程時序數(shù)據(jù)對交直流配電系統(tǒng)進行建模和能效對比，同時分析交直流系統(tǒng)各部分的全年損耗占比，證明了交直流系統(tǒng)在能效方面存在優(yōu)勢。對實際應(yīng)用有一定參考價值，但是對負(fù)荷特性有一定限制，沒有考慮光伏容量與負(fù)荷容量比例，儲能方面也未考慮最大充放電功率的影響。

目前電力系統(tǒng)中可再生能源、儲能裝置、充電樁等新能源設(shè)備比重加大，廣義上直流負(fù)荷逐漸增加，相對傳統(tǒng)交流配電系統(tǒng)而言，直流配電系統(tǒng)優(yōu)勢日益明顯。隨著交直流配電系統(tǒng)應(yīng)用范圍逐漸擴大，在實際配電工程規(guī)劃設(shè)計階段，如何選擇母線類型、怎樣進行母線配置、如何確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等問題將逐漸顯現(xiàn)。如今交直流系統(tǒng)研究已經(jīng)取得了一定的成果，然而在實際交直流系統(tǒng)規(guī)劃配置階段，如何選擇和配置交直流母線以提升系統(tǒng)能效、如何規(guī)劃交直流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)使其更具能效優(yōu)勢還沒有明確界限。本文針對交直流配電網(wǎng)絡(luò)各元件特性，對交直流混合系統(tǒng)各類型元件建立能效數(shù)學(xué)模型，對母線組合為純負(fù)載、負(fù)載-光伏、負(fù)載-光伏-儲能三種典型場景；基于典型日曲線，考慮瞬時和日周期兩種場景；對于以上時間維度和組合維度的各種組合場景，層層遞進，進行各種情景下交、直流母線能效對比，對各種組合場景下，交直流母線如何配置才具有能效優(yōu)勢進行探討。為交直流母線規(guī)劃設(shè)計階段的配置問題提供一定的理論依據(jù)。

2 研究原理和建模

2.1 交直流母線各元器件能效數(shù)學(xué)建模

(1)電力電子元件

由于電力電子變壓器簡化模型由三個電壓源型逆變器(Voltage Source Converter,VSC)元件組成，因此僅需對VSC建立能效數(shù)學(xué)模型，考慮只需計算元件能耗，根據(jù)文獻[24]，對于VSC換流器損耗率建立數(shù)學(xué)模型如下：

(1)

式中，η為換流器損耗率；γ為換流器實際功率與額定功率的比值(負(fù)載率)。

(2)儲能元件

儲能元件在配電網(wǎng)絡(luò)損耗計算中，忽略裝置的老化，總共需要考慮三個方面損耗：充電損耗、放電損耗、自放電損耗。儲能裝置能效數(shù)學(xué)模型如式(2)、式(3)所示，其中充放電損耗如下：

PLoss_Sto=|PStorageλ|

(2)

式中，PLoss_Sto為儲能損耗；PStorage為儲能充放電功率；λ為儲能充放電損耗率。

自放電損耗基于時間維度，根據(jù)目前市場標(biāo)稱參數(shù)，借鑒參考文獻[24]，儲能自放電損耗按每月3%比例，均分至每5 min計算漏電率，其數(shù)學(xué)模型為：

(3)

式中，WLoss_Ts為T時間內(nèi)的功率損耗;SOCi_Storage為第i時間段初期，儲能裝置荷電狀態(tài)；ε為漏電率；N為劃分時段的總數(shù)。

(3)負(fù)荷和光伏元件

在瞬時維度，對于負(fù)荷能效模型，交流、直流負(fù)荷裝機容量為SAC、SDC，負(fù)荷利用系數(shù)γL表示負(fù)荷實際用電占裝機容量比例，實際用電為：

PLoad=PAC+PDC=SACγL+SDCγL

(4)

對于光伏能效模型，裝機容量為SPV，光伏出力系數(shù)為γPV，其實際出力功率如下：

PPV=SPVγPV

(5)

式中，PLoad為總負(fù)荷實際用電量；PAC為交流負(fù)荷的實際用電量；PDC為直流負(fù)荷的實際用電量；PPV為光伏的實際出力。

在時間維度，以江蘇某項目一年數(shù)據(jù)處理和抽象所得的典型日負(fù)荷和日光伏曲線數(shù)據(jù)(采樣間隔統(tǒng)一為5 min)，作為本文研究典型日負(fù)荷情況下的負(fù)荷和光伏計算用數(shù)學(xué)模型。

2.2 研究方法

本文針對交直流配電系統(tǒng)的設(shè)計階段，從單母線配置開始，在考慮純負(fù)載、負(fù)載-光伏、負(fù)載-光伏-儲能從簡到繁三種典型場景下，基于典型日曲線，以直流負(fù)荷占比為因變量，從瞬時遞進到日周期，對交、直流母線如何選擇和配置時母線具有能效方面優(yōu)勢、交直流母線能效優(yōu)勢轉(zhuǎn)換點隨各變量變化的情況，進行一定程度的研究和探討。最后采用實際工程的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和典型日曲線對研究結(jié)果進行驗證，同時驗證了項目系統(tǒng)拓?fù)湎鄬鹘y(tǒng)交直流系統(tǒng)拓?fù)渚哂心苄?yōu)勢，為交直流配電系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計提供依據(jù)。

本文研究中母線分為交流母線和直流母線兩類，由于能耗計算主要考慮對比交直流母線能耗差值，而新能源的DC/DC變換損耗在同一運行條件下，接至交流或直流母線時差別不大，為簡化算法，本文中不予計算，交流、直流母線配置如圖1所示?；趫D1的交流、直流母線簡化拓?fù)涞幕九渲眠M行本文交直流母線能效計算的定義。

圖1 交直流母線配置模型Fig.1 AC/DC bus configuration model

對于交流母線，考慮直流負(fù)荷損耗PLoss_DC_Load、光伏逆變損耗PLoss_PV及電池逆變、整流損耗PLoss_Sto三部分，其能耗計算為：

PLoss_AC_Bus=PLoss_DC_Load+PLoss_PV+PLoss_Sto

(6)

對于直流母線，考慮交流負(fù)荷逆變損耗PLoss_AC_Load及直流母線與外界交換能量損耗PLoss_DC_Trans兩部分，其能耗計算為：

PLoss_DC_Bus=PLoss_AC_Load+PLoss_DC_Trans

(7)

式中，PLoss_AC_Bus為交流母線能耗；PLoss_DC_Bus為直流母線能耗。

首先基于建立的能耗計算公式，在瞬時單母線情況下進行研究。為了明確各部分加入與能效的關(guān)系，先從純負(fù)荷情況下求解交直流能耗轉(zhuǎn)換點處直流負(fù)荷占比R隨負(fù)荷利用系數(shù)γL變化關(guān)系。然后增加光伏裝機容量占比和光伏出力系數(shù)兩個變量，限定光伏出力系數(shù)γPV為定值0.8，設(shè)置負(fù)荷利用系數(shù)γL處于[0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8]之間，求解交直流母線能效平衡點處直流負(fù)荷占比R隨光伏裝機容量占比ξ變化關(guān)系。最后增加儲能最大充放電功率比率為變量，限定光伏出力系數(shù)為0.8,負(fù)荷利用系數(shù)0.6，求解能效平衡點處直流負(fù)荷占比R隨儲能最大充放電功率比率SStorage和光伏裝機容量占比ξ的變化關(guān)系，最終期望得到函數(shù)如式(8)，考慮如式(9)幾個參數(shù)及其偏導(dǎo)進行函數(shù)曲線分析。

R=F(γL，ξ，SStorage)

(8)

(9)

此后于三種情景下，結(jié)合元件特性和典型日曲線，根據(jù)數(shù)學(xué)模型進行時間維度積分，在日周期內(nèi)進行能效平衡點求解原理如下：

(10)

研究各情況下最大限度降低直流負(fù)荷占比代價最小的點，并探討平衡點處直流負(fù)荷占比的趨勢。在純負(fù)荷情況下得到一個直流負(fù)荷占比為能效平衡點，在負(fù)荷-光伏情況下得到直流負(fù)荷占比隨光伏安裝比率變化曲線為能效平衡點曲線，在負(fù)荷-光伏-儲能情況下得到一系列不同光伏裝機容量占比下，直流負(fù)荷占比隨儲能裝機容量變化的曲線為能效平衡線。

最后，根據(jù)實際項目拓?fù)洌幢疚难芯康慕Y(jié)論分別進行母線配置和能效計算，驗證研究結(jié)論正確性，并說明該項目母線選擇的合理性，同時證明該項目規(guī)劃拓?fù)湎鄬鹘y(tǒng)拓?fù)渚哂心苄?yōu)勢。

2.3 瞬時情況下單母線能效分析

2.3.1 純負(fù)載交直流母線能效計算分析

考慮瞬時、純負(fù)載情況下，以負(fù)載利用系數(shù)為變量、直流負(fù)載占比為因變量，求解交直流母線能效平衡點處二者變化關(guān)系。該點亦為交、直流母線能效優(yōu)勢轉(zhuǎn)換點，為判斷設(shè)置何種母線、變量如何配置具有能效優(yōu)勢提供較為明確界線。

交、直流負(fù)荷，負(fù)荷利用系數(shù)、線路長度(用電點)、電壓等級相同情況下，求解交、直流母線能效平衡點。考慮到電力設(shè)計時需考慮的負(fù)荷利用系數(shù)和安全系數(shù)等因素，直流母線總換流器按日常負(fù)荷用電功率時負(fù)載率為77%進行配置，代入式(1)得到直流母線取電損耗率ηT，直接接于各負(fù)荷的換流器根據(jù)負(fù)荷安裝功率配置，將負(fù)荷利用系數(shù)代入式(1)，計算得到其損耗率ηL交流負(fù)荷損耗如下：

PLoss_AC_Load=PACηL

(11)

PLoss_DC_Trans=(PDC+PAC+PLoss_AC_Load)ηT

(12)

將PLoss_DC_Trans和PLoss_AC_Load代入式(7)求得直流母線損耗。

交流母線損耗率為：

PLoss_AC_Bus=PDCηL

(13)

求解功率平衡點為：

PLoss_AC_Bus=PLoss_DC_Bus

(14)

解得直流負(fù)荷占比為：

(15)

(16)

由式(16)解得，當(dāng)γL=0.918 9時，曲線斜率為0，該點值僅與換流器損耗參數(shù)有關(guān)，此時平衡點處，直流負(fù)荷占比需求達1.028，無法實現(xiàn)。當(dāng)γL<0.918 9時R為γL的增函數(shù)，當(dāng)γL=0.77與換流器負(fù)載率一致時，平衡點處直流負(fù)荷占比需求達到1，此后再增大γL，平衡點處直流負(fù)荷占比需求大于1，即使全部負(fù)荷均為直流，配置直流母線也不能使得其能效優(yōu)于交流母線。而當(dāng)γL>0.918 9時，R為γL的減函數(shù)，當(dāng)增大至γL=1時，平衡點處直流負(fù)荷占比需求為1.02左右，依舊無法實現(xiàn)?？梢娫谪?fù)荷利用系數(shù)γL達到換流器設(shè)計負(fù)載率后，配置直流母線無法獲得能效優(yōu)勢。

若以直流負(fù)荷占比為縱坐標(biāo)，負(fù)荷利用系數(shù)為橫坐標(biāo)，由式(15)做曲線，在γL<0.77時，斜率變化較小，二者近似成正比，此時對位于曲線上方的點，配置直流母線具有能效優(yōu)勢。

2.3.2 考慮光伏的交直流母線能效計算求解

增加光伏接入，同樣以直流負(fù)荷占比為因變量，求解交直流母線能效轉(zhuǎn)換點。此時，共存在四個自變量：光伏出力系數(shù)、光伏安裝容量、負(fù)荷容量、負(fù)荷利用系數(shù)。

(17)

式中，γTrans為母線交換能量負(fù)載率。

PLoss_DC_Trans=(PLoad+PLoss_AC_Load-PPV)ηT

(18)

PLoss_PV=PPVηPV

(19)

以上結(jié)果代入式(7)計算直流母線損耗，代入式(6)計算交流母線損耗，然后求解式(20)：

PLoss_DC_Bus=PLoss_AC_Bus

(20)

解得：

(21)

(22)

式中，ηPV為光伏并網(wǎng)損耗率，由γPV代入式(1)而來。

為了在不同光伏裝機容量占比下得到使得直流母線占據(jù)能效優(yōu)勢的最小的直流負(fù)荷占比，在式(21)中，先限定光伏出力系數(shù)為0.8(確定ηPV以及γPV)，設(shè)置負(fù)荷利用系數(shù)[0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8](確定變化的γL序列)，以光伏裝機容量占比為自變量，直流負(fù)荷占比為因變量，所得結(jié)果如圖2所示，同時對R求ξ的偏導(dǎo)如式(22)，圖2中，按箭頭指示方向，從下至上曲線對應(yīng)的負(fù)荷系數(shù)分別為0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8?？梢姡谌我庳?fù)荷利用系數(shù)下，隨著光伏裝機容量占比增大，直流負(fù)荷占比逐漸降低，結(jié)合式(22)，當(dāng)ξ較小時，其對ηT影響不占主導(dǎo)，此時導(dǎo)數(shù)小于0，為減函數(shù)，此后達到一個極小值點，此時安裝光伏對降低能效平衡點處直流負(fù)荷占比效益較好；同時隨著負(fù)荷利用系數(shù)逐漸接近光伏出力系數(shù)，光伏裝機容量占比為1.05左右時，能效平衡點所在曲線的最低直流負(fù)荷占比逐漸降低到0。

圖2 光伏裝機容量占比與平衡點處直流負(fù)荷占比關(guān)系Fig.2 Relationship between PV installed capacity ratio and DC load ratio at equilibrium point

不同地區(qū)的光伏出力系數(shù)不同，為了得到不同光伏出力系數(shù)對交直流能效平衡點處光伏裝機容量的影響，對式(21)，限制負(fù)荷利用系數(shù)為0.8和1(確定γL)，研究使直流負(fù)荷占比R為0的點隨光伏出力系數(shù)變化情況，做圖3，圖3中，按箭頭指示方向，從下至上曲線對應(yīng)的負(fù)荷系數(shù)分別為0.4、0.6、0.8、1.0。隨著負(fù)荷利用系數(shù)增加，曲線向右上方移動，而結(jié)合式(21)可知，光伏安裝容量比率ξ與出力系數(shù)γPV近似成反比例關(guān)系。

由上可知，在瞬時功率、光伏配合負(fù)荷的情況下，采用光伏裝機容量降低直流負(fù)荷占比具有效益最優(yōu)點；隨著負(fù)荷利用系數(shù)增大接近光伏出力系數(shù)，效益最優(yōu)點處直流負(fù)荷占比逐漸接近0，而隨著光伏出力系數(shù)增大，能效平衡點處光伏裝機容量比率減小。因此，瞬時直流母線配置中，負(fù)荷處有條件配置光伏時，裝機容量應(yīng)接近效益最優(yōu)點，以保證在能效和效益方面均具有一定優(yōu)勢。

2.3.3 增加儲能的交直流母線配置

由于負(fù)荷利用系數(shù)取決于工程實際情況，光伏出力取決于地區(qū)光照實際情況和安裝情況?，F(xiàn)限定光伏出力系數(shù)為0.8,負(fù)荷利用系數(shù)0.6，不考慮儲能容量，只考慮儲能最大瞬時功率。由于交、直流母線運行在同負(fù)荷、同光伏的情況下，此時儲能的充放電功率差值為交直流負(fù)荷、光伏、儲能的換流器損耗。由于儲能裝置充放電效率較高(可達99%)[25]，交、直流母線儲能充放電損耗的差別較小，對能效平衡點計算結(jié)果影響不大，在計算瞬時功率交、直流母線能效平衡點時可忽略。分別計算交、直流母線能耗如下:

PRemanent=PAC+PLoss_AC_Load+PDC-PPV

(23)

若PRemanent

(24)

將γTrans代入式(1)計算可得ηT：

PLoss_DC_Trans=PReηT

(25)

代入式(7)計算即可得直流母線能耗。

計算交流母線能耗：

PRemanent=PLoad+PLoss_DC_Load+PLoss_PV-PPV

(26)

若PRemanent

(27)

(28)

PLoss_Sto=PStorageηStoλ

(29)

代入式(6)即可得交流母線能耗。

求解：

PLoss_DC_Bus=PLoss_AC_Bus

(30)

式中，PRemanent為母線剩余功率；PRe為母線與外界交換功率；γSto為儲能換流器負(fù)載率；ηSto為儲能裝置換流器損耗；PStorage為母線上需要增補的能量；PLoss_Sto為母線上儲能裝置交直流交換的損耗。

求解交直流母線能耗轉(zhuǎn)換點，所得散點解，使用Matlab安插值法繪制三維圖形如圖4所示?？梢娫谥绷髫?fù)荷占比為0的平面上有2條交線，為使光伏安裝比率和儲能最大功率比率均較小時，平衡點處直流負(fù)荷占比最小，選取靠近零點處交線效益更優(yōu)。

圖4 光伏比率、儲能功率比率和直流負(fù)荷占比關(guān)系Fig.4 PV ratio, energy storage power ratio and DC load ratio

臨界線如圖5所示，在該線上，儲能最大功率占比和光伏裝機容量占比近似呈現(xiàn)線性關(guān)系，二者之和約為0.90。

圖5 臨界處光伏裝機容量比率、儲能功率比率關(guān)系Fig.5 Critical PV ratio, energy storage power ratio relationship

可見，在直流負(fù)荷占比為0平衡線上進行直流母線配置，可以在較高效益、直流負(fù)荷占比無限制的情況下，保證配置直流母線具有能效優(yōu)勢。

3 基于時序的母線及系統(tǒng)規(guī)劃配置

考慮日周期，規(guī)劃設(shè)置交、直流母線在各種母線配置情況下對母線、系統(tǒng)能效的影響，按江蘇項目數(shù)據(jù)，選擇負(fù)荷典型日曲線如圖6所示，光伏出力典型日曲線如圖7所示。換流器損耗計算同式(1)。

圖6 負(fù)荷典型日曲線Fig.6 Typical load daily curve

圖7 光伏典型日曲線Fig.7 Typical photovoltaic daily curve

以5 min為采樣間隔進行能耗計算，基于瞬時計算，采用二分法用計算機分別求解純負(fù)荷配置、增加光伏配置、配合儲能三種情況下日周期內(nèi)的交、直流單母線能效平衡點，如圖8所示。

圖8 考慮光伏的日周期能效平衡點曲線Fig.8 Diurnal cycle energy efficiency equilibrium curve of photovoltaic is considered

日周期下配置時，按式(10)對式(14)、式(20)、式(30)兩端在時間維度上積分?？紤]實際采樣間隔采用5 min采樣求解如下：

(31)

考慮源-荷-儲配合情況下時，為了簡化問題，假設(shè)儲能容量充足且儲能單獨服務(wù)于母線源-荷差值調(diào)節(jié)時，只考慮儲能最大充放電功率相對負(fù)荷容量比率，在python中基于建立的各個數(shù)學(xué)模型，限定光伏裝機容量為[0.8,1.0,1.2,1.4,1.6,1.8,2.0,2.2]，用pandas庫進行典型日負(fù)荷、日光伏數(shù)據(jù)的讀??；設(shè)置全局變量進行不同配置下交流、直流母線能耗的計算與累加，并對交直流母線日損耗能量做差，然后用二分法迭代進行交直流能耗平衡點求解，其結(jié)果如圖9所示，圖9中，按箭頭指示方向，從下至上曲線對應(yīng)的光伏裝機容量占比分別為1.8、1.6、1.4、1.2、1.0、0.8、0.6，可見日周期下，光伏裝機容量占比達到1以上時，配置儲能才可能將平衡點處直流負(fù)荷占比需求降低至0，并且當(dāng)儲能最大充放電容量占比達1.25以上后增加儲能充放電功率來降低平衡點處直流負(fù)荷占比較為不經(jīng)濟。保持直流負(fù)荷占比不變情況下，當(dāng)光伏裝機容量占比達到1.8以上時，增加光伏裝機容量占比來減少儲能最大充放電功率投入的作用不大。

圖9 儲能最大功率比率與直流負(fù)荷占比關(guān)系Fig.9 Relationship between maximum power ratio of stored energy and proportion of DC load

圖10為現(xiàn)場兩種不同運行方式下的簡化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，共計設(shè)置直流母線兩處，交流母線一處，按配置方案進行驗證。DC375 V母線，配置儲能不配合新能源發(fā)電、直流負(fù)荷占比為1；按此前日曲線研究純負(fù)荷母線配置情況下，該母線配置大于能效平衡點0.96，無論儲能如何配置，設(shè)置直流母線應(yīng)當(dāng)具有能效優(yōu)勢。經(jīng)計算設(shè)置的直流母線日損耗約為140.33 kW·h，設(shè)置的交流母線日損耗約為156.14 kW·h，符合預(yù)期。DC750 V母線，配置直流負(fù)荷占比為1，光伏裝機容量比率為0.233，儲能占比為0.115，經(jīng)比較可見其配置位于此前綜合考慮儲能、光伏、負(fù)荷情況下的能效平衡點之上，配置直流母線能耗應(yīng)低于配置交流母線。經(jīng)計算得直流母線日損耗為1 649.708 kW·h，交流母線日損耗為2 243.28 kW·h，符合預(yù)期。

AC400 V母線，交流負(fù)荷占比為0，由于地域原因風(fēng)機發(fā)電量基本可忽略、光熱按光伏計，由于母線未配置儲能，按考慮光伏日曲線的交直流能效平衡點曲線可知，交流母線能效應(yīng)高于直流。經(jīng)計算驗證,設(shè)置直流母線損耗為497.59 kW·h,設(shè)置交流母線損耗為101.335 kW·h，符合預(yù)期。

對兩種運行方式分別計算系統(tǒng)能耗，可得工頻變加VSC方案全天候損耗為1 948.79 kW·h，電力電子變壓器方案全天候損耗為824.38 kW·h，可見電力電子變壓器方案能效較優(yōu)。

4 結(jié)論

本文根據(jù)能效針對交直流母線配置問題，進行交直流母線能效平衡點的研究。根據(jù)江蘇某實際工程，建立光伏、負(fù)荷數(shù)據(jù)模型，換流器、儲能損耗模型；在瞬時功率和日周期曲線下，分別在純負(fù)載情況、負(fù)荷-光伏情況及光伏-負(fù)荷-儲能情況下對交直流母線能耗情況進行對比分析，研究交直流母線能效平衡點位置。最后按實際工程各直流母線配置對該方法進行驗證，并計算實際工程不同運行方式下的能耗并進行對比，主要得出以下結(jié)論：

圖10 現(xiàn)場運行方式簡化拓?fù)鋱D

(1)典型日曲線純負(fù)荷情況下，負(fù)荷利用系數(shù)不過大時，一般會存在單個定直流負(fù)荷占比的交直流母線配置能效平衡點，當(dāng)直流負(fù)荷占比大于該值時，配置直流母線相對于配置交流母線具有能效優(yōu)勢。

(2)典型日曲線光伏接入情況下，當(dāng)光伏比率達到一定值后交直流能效平衡點處直流負(fù)荷占比可以達到一個最低點；在該點處配置光伏裝機容量以降低直流負(fù)荷占比經(jīng)濟效益最優(yōu)。

(3)典型曲線光伏-負(fù)荷-儲能配合情況，儲能容量不限制的情況下，儲能最大充放電功率配置和容量配置對直流母線能效平衡點處的直流負(fù)荷占比降低，僅起到輔助作用。

(4)獲取基于典型日曲線求解不同配置情景下的交直流母線能效轉(zhuǎn)換點的普適性變量因變量選取和計算方法，在配置曲線上方時直流母線能效優(yōu)于交流母線。

本文基于能效對交直流母線各種配置情況下，考慮瞬時功率和日周期，以直流負(fù)荷占比為因變量，求解各交直流母線規(guī)劃配置情況下的能效平衡點，在能效平衡點上方時配置直流母線能效占優(yōu)，否則配置交流母線能效占優(yōu)；并討論了各變量變化情況下的能效平衡點變化趨勢，為實際交直流配電項目的設(shè)計和配置提供依據(jù)。