1.概述
与交流微网系统相比，直流微电网以直流配电的形式，通过直流母线很好地将各种分布式电源融合起来并加以协调控制，同时又能将直流电直接输送给对电能质量要求较高的直流负荷或者通过逆变装置供给交流负荷，由此可省去较多的AC/DC变换器，且可提高部分变换器的效率。在系统稳定性上主要控制直流母线电压稳定和有功功率的平衡，而不必像交流系统一样考虑输出电压的频率、相位问题，减少了由无功功率引起的线路损耗、集肤效应等问题。
在有较多直流负荷（如计算机，网络设备、手机充电器、LED照明设备等）和直流源（如二次电池、超级电容、燃料电池和PV等）的应用场合直流微网系统具有很好的发展前景，对于燃气轮机、内燃机、风力机等交流源来说也可用AC/DC变换器挂接到直流母线上。
2.系统简介
本系统为深圳微网能源管理系统实验室在深圳市南山区智能电网大厦为中国电信设计建设的一套30kW基于数据中心的通信设施直流微网系统。系统包括30kW并网系统，10kW分布式光伏发电系统，20kW×2h磷酸铁锂一级储能系统，3kW×8h磷酸铁锂二级储能系统，DC/DC调压系统等。系统以DC275V电压作为一级母线电压，-48V为二级母线电压，该二级线电压可直接作为数据中心的通信设施的直流电源。同时，通过DC/DC调压系统，本直流供电系统可为不同负荷提供DC5V、±DC12V、DC220V、DC275V、DC380V等多个电压等级的电源。
直流微网系统于2012年12月建成并投入运行，并进行了直流试验电源的相关实验研究，试验证明直流供电电源能有效地提高能源使用效率，提高运行的可靠性。
直流供电系统结构图如图1所示。
图1 直流微网系统结构图
系统由7个模块组成：
1）1#电源30kW并网AC/DC（AC380V/DC275V）双向变换器；
2）2#电源20kW蓄电池组DC/DC双向变换器；
3）3#电源组光伏DC/DC单向变换器；
4）4#电源多路DC单向变换器（见图1）；
5）5#电源DC/AC（DC275V/AC220V）单向逆变器；
6）6#电源DC/DC（DC275V/DC48V）单向变换器；
7）7#电源母线电压275V输出。
3.系统分项介绍(www.xing528.com)
基于数据中心的通信设施直流微网系统主要由太阳能光伏系统、储能系统、双向AC/DC变流系统以及能量管理系统（EMS）组成。
直流微网系统拓扑图如图2所示。
（1）太阳能光伏系统
本系统中工建设了10kW太阳能光伏系统，光伏发出的直流电经光伏DC/DC变换器直接连接至直流母线，供负荷使用或存储至储能系统中，无需经过逆变过程，减少了变换过程中的损耗以及节约了设备投资。
（2）储能系统
直流微网系统中包含有新能源发电单元，以及重要直流负载，因此设计了采用磷酸铁锂电池作为直流微电网系统的储能系统。在储能系统的基础上，系统能完成能量调度、时段电价、削峰填谷、孤岛等功能。
（3）双向AC/DC变流系统
作为连接直流电网与大电网的桥梁，双向AC/DC变流系统在联网运行时，工作在整流状态，提供微网高压直流母线的电压支撑；且具备完备的保护功能，在各种故障情况下能保护自身及直流系统的安全；具有完善的通信功能，RS485接口至集中监控系统，然后以Modbus的方式与更上层监控通信。
（4）能量管理系统（EMS）
整个直流微网有一个完善的能量管理系统，此能量管理系统有实时监控，节能减排的准确数据和计算，记录发生的实时事件发生记录器，每一路历史数据，对于整个系统我们还设计了72h的数据预测、记录历史事件的记录系统、能量管理系统、时段电价、供系统做出最优惠的方案，如图3所示。
图2 直流微网拓扑图
4.直流微网系统建设意义
直流微网控制简单，节能潜力大。半导体电子器件和产品在我们生活中运用越来越广泛，比如我们常用便携式计算机（笔记本电脑）、手机、数据中心、LED灯具、液晶电视等，有研究表明在我们很多地方大约有50%的负荷都是半导体电子器件和产品，这些半导体器件和产品都是采用的直流电源，所以直流微网运用的前景广阔。同时直流微网的节能潜力巨大，研究表明我们在商业建筑采用直流微网能够平均节能19.3%，在数据中心采用直流微网能够节能28%，节能潜力如图4所示。
图3 能量管理系统截图
图4 采用直流微网后商业建筑的节能潜力
（作者：深圳微网能源管理系统实验室有限公司 秦毅）
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