完美的电力服务系统是怎样构成的？

随着用户对所拥有的电器设备和装置期望的不断提高，以及对设备便携性的要求，大规模或可移动的数字化负荷系统不断发展，同时，电力系统也在进行完美进程的推进。对于终端用电技术而言，未来的电力系统不仅仅是由未来用户的需求所驱动的电力系统，而且是一个解放了自发组织的企业家们的完美电力系统，供电企业和用户的创新能极大的提升21世纪的电力价值。完美系统应能满足用户不断增长的对独立性、方便性、美观性、环境友好的服务和成本控制的要求。

目前，有学者定义了一个完美电力服务系统的概念，即完美电力系统应确保电能在数量和质量上有绝对的、普遍的可用性，能满足每个用户的需要。为给用户提供完美的电力服务。我们认为，完美电力系统的第一步就是建设和发展自适应智能电力系统，其模式一定是高度兼容、智能灵活的交直流混合系统，必须满足如下目标：

（1）具有自检测、自动调节、自愈功能，智能、安全。

（2）单个元件/局部遭受的故障不会中断系统的供电服务。

（3）能满足局部地区、特定区域的不同品质的供电需求。

（4）在合理成本内满足用户需要，资源消耗最小和环境影响最小。

（5）改善用户生活质量，提高经济产能。

为构建自适应的电力系统，必须充分考虑终端用电服务设备、系统构造与资产管理、系统监测与控制、电源的充足性、运行问题、储能问题、通信等关键问题。

其中，终端用电系统是设计自适应电力系统的起始点，这些用电设备是电力用户与用电装置之间的分界面，只有通过智能接口装置，用户才能最终得到所期望的服务，如照明、热水、舒适空调环境等多种能源供应。而为了优化用电和能量管理，首先要在本地级提高稳定性、灵活性和智能性，然后按照达到完美供电和服务的需要集成本地系统。

本地系统可按顺序集成为自适应分布式电力系统，再通过必要的技术进行互连和集成，最终形成完全集成化的完美电力系统。系统结构发展的各阶段如图1所示。实质上，图1中每种结构都可以认为是完美电力系统的可能结构，由于达到的效率、质量或服务价值的水平不同，各结构又可以看成从一个阶段发展到下一个阶段的中间阶段。

图1 实现完美电力系统的途径

微电网根据母线上电流的性质可分为交流微电网、直流微电网和交直流混合微电网。直流微电网就是以直流配电的形式，通过一条公共的直流母线将所有微电源连接起来的独立可控系统，提供电和热。作为一种新型的供能系统，直流供能可以为企业和个人用户提供高质量的电能。

微电网中光伏电池、燃料电池和蓄电池等分布式电源直接输出直流电，而风力发电机是交流分布式电源，在对直流电设备供电时需要进行交直流的转换，而用户侧大多为直流负载，因此，采用直流微电网供能可以规避很多麻烦。并且，交流微电网系统中，连接分布式发电单元与微电网的逆变器之间需要严格保持相同的频率和相位，以保证发电单元正常并网，以免出现过高的环流和电流冲击，这提高了系统控制的难度，降低了系统的可靠性。交流电为了连接超级电容和蓄电池等直流输出型储能单元，需要经过多级功率变换，增加了很多额外的功率变换损耗，降低了能源利用效率，不利于节能减排。

相比于传统的交流微电网，直流微电网更易于与直流输出型能源和储能设备连接，具有以下优点：

（1）没有交流微电网的同步问题，不会引起由同步问题引发的环流和振荡，因此具有更好的稳定性;

（2）从直流输出源到负载之间具有更少的功率变换级数，往往只需一次 AC/DC 或者 DC/DC 变流转换，供电效率提高，成本和损耗降低;

（3）不会产生无功功率传输，保证直流微电网电压的稳定，电能质量更优;

（4）配有储能单元装置，使直流微电网不受电网电压跌落和电网停电影响，可靠性更高;

（5）对直流微电网的控制只取决于直流母线电压，对潮流的控制更大程度上取决于电流，因此，微电源间的协调控制更容易实现。

直流供电方式有很多发展机会，但是要协助系统完成完美电力系统进程的推进，还有很多技术障碍有待进一步研究与探讨：

（1）投资回报问题不清晰。直流供电系统所能节约的运行成本是否能明显的收到回报，所需的一次性投资、可应用范围、直流供电系统的投资比例等实际性的问题都有待进一步评估。

（2）设备配置问题，需要改变太大。大多电子设备都设计为内置方式的换流系统（AC变为DC），运行于直流电流模式，但没有配置传输直流电的端口。而电子产品市场竞争激烈，要彻底改变原有产品，需要成功的工程案例来证明其所具有的实力和市场潜力。

（3）现场测试和性能测试不够。直流配电的好处，不能仅靠描述各元件在额定条件下的表现来评估，要有更实际的节能测试数据及性能指标，如可靠性和电能质量、装置寿命、维护费用等证明。

（4）安全与保护装置和标准不成熟。直流电不像交流电一样会正负交替，其切断问题，配置固态开关、保护气隙和暂态控制技术等都需要大量的技术研究和实地测试。

直流微电网的节能、高能效等优势突出，目前分布式电源以及微电网的研究与分析较多地考虑自身特性，很少从直流微电网角度与电力系统的发展统筹考虑。直流供电系统将很好地适应使用绿色能源的需求和未来发展的特点，可能会对传统的交流配电网起到很大的变革作用，因此，考虑含直流的供电系统是未来的大势所趋。