引言

民用建筑直流供电系统以其能够高效方便地接入可再生能源和储能装置、电能质量有较大改善、系统线路损耗小、不存在谐波和无功补偿以及更适合新型民用建筑用电设备、减少电能变换、提高系统效率等优点，受到世界各国越来越多的关注。

1直流民用建筑供配电架构

直流供配电系统通常具有高效、灵活和结构简单等优点，在未来能源革命的进程中将扮演重要的角色。在相同环境条件下，直流电的危险性相比交流更小，能够提高用电安全性，接触直流电时，其强度达250毫安有时也不引起特殊的损伤，而接触50赫交流电（人体正常频率为70Hz）时只要有50毫安的电流通过人体，如持续数十秒，便可引起心脏心室纤维性颤动，击导致死亡。这也有助于提高直流供配电系统在民用建筑领域的推广。直流民用建筑供配电系统通常包括光伏等可再生能源分布式发电、储能以及LED照明和电动汽车充电等直流负荷。

1.1公共电网

目前的公共电网一般还是交流电网，直流民用建筑的能量来源需要从公共交流电网获取，通过AC/DC变换器将交流电转换为直流电，并供各级用电设备使用。

1.2光伏发电系统

直流民用建筑中纳入光伏发电系统可以更高效、绿色地利用能源，有效减少民用建筑耗电对公共电网的依赖。在采用光伏发电系统的直流民用建筑中往往还需要配备储能系统，以弥补光伏发电由于气候原因发电功率不稳定的特征。融合了公共电网能源接入、光伏发电以及储能系统的典型供电

1.3储能系统

储能系统与公共电网能源接入及光伏发电系统都可以单独搭配，形成非常有特色的系统应用。例如，将公共电网能源接入与储能系统配合，通过合理的能源测算与能量调度可以实现“削峰填谷”，达到电网恒功率供电的目的。将光伏发电系统与储能系统配合，在光伏发电系统发电能力足够的条件下，可以实现绿色民用建筑零能耗，甚至还可以将多余的发电电能输送至公共电网，实现发电上网。

2民用建筑直流供电系统稳定性

如前所述，民用建筑直流供电系统可以方便地接入光伏、风力等新能源发电系统，还可接入分布式储能系统，从而更好地发挥节能、减排效益。但这样一来，民用建筑供电系统的复杂性大大增加，其运行稳定性成为一个需要研究解决的重要问题，在民用建筑直流供电系统中不存在频率和相位的问题，所以直流母线电压稳定是衡量系统稳定性的重要指标。已有研究表明最适合直流供电系统的控制方案是直流电压下垂控制。直流电压下垂控制策略是通过设置下垂系数，使各个变换器有各自独立的有功功率与直流电压的下垂特性，将稳定直流电压的任务分配给多个变流器，可以实现在无通信条件下系统有功功率快速分配，使得系统具有良好的冗余性和可扩展性，被认为是较具潜力的控制方式。

3直流电现状和优势

目前在输电领域，长距离直流传输技术已成熟，而在配电领域，直流配电才刚起步。其应用主要体现在计算机、直流变频的电梯、空调、冰箱、洗衣机、充电桩、照明LED灯、服务器机房等直流负载。此类设备在接入传统交流电网时，均需要先将交流电整流为直流电。对于用户，虽然直流配电在很多场合优势明显，但目前还没有大规模商业化的直流公共配电网。据有关资料显示，同等条件下，直流电压的安全阈值要高于交流工频电压，前者约为后者的2．4倍，由于直流输电可以不考虑电缆电抗的影响，因此在电缆截面和电压等级都相同时，直流供电的容量更大。另外，由于负载多样化，低压交流电网的电能质量问题日益突出，谐波干扰、无功补偿等因素使得配电系统消耗大量电能，且随着分布式能源的不断应用与交流并网对相位、频率的严苛要求，使得分布式发电设备并网比较复杂。与之相反的是，直流供电方式并网简单，且电能质量更容易兼容分布式能源，也更容易得到保障。

4民用建筑直流供配电系统关键设备

4.1大容量电力电子变流设备

直流换流器是连接，接口端的变换装置，将各类电源和负荷接入直流母线并使其能稳定运行。目前，随着电力电子变流设备向大电流发展，用户要求电源系统能提供大功率、高可靠性的电能，这种电源的输出电流大，需要开发大容量电力电子变流设备。

4.2直流电表

开发新型智能直流电表，具有直流电能的计量、故障定位、控制保护功能，支撑智能调度决策与市场交易，是直流供用电系统发展中极为重要的环节。目前直流计量的标准正在建设中，直流电表仅能实现双向计量及数据传输功能，但物联网技术的兴起，对直流电表的智能化和综合化提出了更高要求，直流电表的功能还需进步扩充和完善。

4.3直流断路器

对于功率较大的负载设备，现有的直流开关插头等装置无法安全快速地分断直流电流，不能直接应用于直流系统。由于直流系统中不存在电流过零点，给直流断路器研制带来了较大困难。虽然市场上已经有400V以下的直流断路器，但中/高电压直流断路器的研发应用仍需要技术突破和创新

4.4直流插座开关

对于直流配电线路，在接合和断开过程中存在着较大的电弧，其对开关有严格要求，然而现阶段所使用的开关技术无法直接运用到这一过程中，因此加大该领域开发，有助于加强直流配电网的发展。目前，市面上还没有适用于商业领域应用的直流插头和插座。直流插座中可采用电力电子开关和自动控制技术，对电流、电压及电弧建立暂态过程小信号模型，通过对小信号分析及试验验证来控制电弧，以确保插头在充分接触插座导电体前没有电流或只有极小的电流流过，在插头即将与插座分离时断开供电，确保在此暂态过程中没有电流。为了解决直流插头和插座接触时产生的电弧问题以及对电能进行有效地管理与调度，可研究推广多功能智能直流插座。该插座具有取电控制、开通/关断、功率与电量测量、过流过压保护及无线通信等功能，同时还具有在电力线路上传输数据的功能，这样就无需另外增加数据传输电缆，既节约系统的布线成本，又提高系统的可靠性。

结语

从节约能源、提高能效以及利于分布式能源接入等方面考虑，直流民用建筑的发展未来可期。现阶段，由于规范、标准、图集的不完备，产品、材料性能标准不全面，直流民用建筑推广还有一定难度。将设有分布式能源的办公民用建筑作为先行军，从设计、施工、验收、应用等环节发现问题，提出需求和解决方案，对于探索直流系统在民用建筑产业的发展路径有很好的技术应用和推广意义。

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