智能建筑中直流供電系統(tǒng)的應(yīng)用探析

鄧艷娥（廣州市云程電梯科技有限公司，廣東 廣州 510000）

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智能建筑中直流供電系統(tǒng)的應(yīng)用探析

鄧艷娥
（廣州市云程電梯科技有限公司，廣東 廣州 510000）

摘 要：在現(xiàn)代智能建筑中，多樣化的電器對(duì)電力負(fù)荷的需求各不相同，換流設(shè)備較為普遍，傳統(tǒng)的交流供電系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)此種現(xiàn)狀。直流供電系統(tǒng)能夠有效減少電力變換器件，也可以充分發(fā)揮分布式能源的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)智能建筑節(jié)能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)有著重要作用。本文就對(duì)智能建筑中直流供電系統(tǒng)展開(kāi)分析，以促進(jìn)直流供電系統(tǒng)在智能建筑中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：智能建筑；直流供電系統(tǒng)；應(yīng)用

近些年來(lái)，隨著人們生活水平的提高和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，綠色、環(huán)保、節(jié)能的智能建筑成為建筑行業(yè)的主流趨勢(shì)。電能是智能建筑主要的能源，提高電能應(yīng)用效益、節(jié)省電力能源是智能建筑的重要目標(biāo)。相較于傳統(tǒng)的交流供電，直流供電在傳輸效率、電能損耗以及供電可靠性等方面，都有著一定優(yōu)勢(shì)，所以，加強(qiáng)對(duì)直流供電系統(tǒng)的研究，將其合理、有效地應(yīng)用于智能建筑當(dāng)中，有著重要意義。

一、直流供電系統(tǒng)的原理與優(yōu)勢(shì)

（一）直流供電系統(tǒng)的原理

直流供電系統(tǒng)是通過(guò)采用直流母線，在交流電網(wǎng)、儲(chǔ)能裝置和分布式電源的共同供電和母線電壓控制、變流器協(xié)調(diào)控制基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)建筑高效供電的目標(biāo)。傳統(tǒng)交流供電系統(tǒng)和直流供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分別如圖1和圖2所示，從圖中可以看出，相較于交流供電系統(tǒng)，直流供電系統(tǒng)省去了許多電能轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，不僅可以減少電能的損耗，提高電能利用效率，也能夠減少電力系統(tǒng)管理環(huán)節(jié)，保證電能供應(yīng)的可靠性。

圖1　傳統(tǒng)交流供電系統(tǒng)電氣結(jié)構(gòu)示意圖

圖2　直流供電系統(tǒng)電氣結(jié)構(gòu)示意圖

（二）直流供電系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

1 降低損耗。在直流供電系統(tǒng)中，采取的是正、負(fù)兩極方式，交流供電系統(tǒng)是通常為三相電，導(dǎo)線為四條或者五條。以同一電壓等級(jí)為準(zhǔn)，直流供電系統(tǒng)在導(dǎo)線上發(fā)生的電能損耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于交流供電系統(tǒng)，加上直流供電系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生渦流效應(yīng)、集膚效應(yīng)以及無(wú)功損耗，整體的線路損耗得到有效降低。

2 提高傳輸效率。由圖1和圖2可知，在直流供電系統(tǒng)中，交流和直流轉(zhuǎn)換的次數(shù)減少，有效降低了由于轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的損耗。交流電網(wǎng)提供的交流電在AC-DC轉(zhuǎn)換后，變成UPS中直流電能，再經(jīng)DC-AC轉(zhuǎn)換成為用戶使用的交流電，相比于交流供電系統(tǒng)，在同樣轉(zhuǎn)換效率下，轉(zhuǎn)換損耗能夠減小17%左右，傳輸效率得到提升。

3 保證電能質(zhì)量。在傳統(tǒng)交流供電系統(tǒng)中，由于電壓波動(dòng)、三相不平衡、諧波污染、電壓瞬間跌落以及無(wú)功欠缺等問(wèn)題的存在，電能質(zhì)量得不到有效保證。在直流供電系統(tǒng)中，無(wú)功補(bǔ)償、頻率波動(dòng)等問(wèn)題都可以避免，加上分布式儲(chǔ)能技術(shù)的支持，可以有效保證電能質(zhì)量。

4 供電可靠。在交流供電系統(tǒng)中，由于同步發(fā)電機(jī)之間存在功角穩(wěn)定難以統(tǒng)一問(wèn)題，容易發(fā)生失步運(yùn)行，加上聯(lián)系電抗會(huì)隨線路延伸而增大，供電不穩(wěn)定問(wèn)題較為突出。直流供電系統(tǒng)則有效解決了供電不穩(wěn)定問(wèn)題，即使有一極發(fā)生故障，另一極也可以提供一半功率電能，不會(huì)像交流供電一相故障則全線停電一樣，供電的可靠性得到保障。

5 降低污染。在交流供電系統(tǒng)在電磁場(chǎng)強(qiáng)度、影響范圍等方面都會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出直流供電系統(tǒng)，會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的電磁輻射污染，電磁干擾和電暈損耗等也較大，由此可知，直流供電系統(tǒng)能夠有效降低污染。

二、智能建筑直流供電系統(tǒng)的架構(gòu)與應(yīng)用技術(shù)

（一）智能建筑直流供電系統(tǒng)的架構(gòu)

在現(xiàn)代智能建筑中，需要以建筑本體作為基礎(chǔ)平臺(tái)，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、管理和服務(wù)的優(yōu)化組合，實(shí)現(xiàn)建筑的辦公、生活和通信功能，創(chuàng)造高效、舒適的環(huán)境，更好的服務(wù)于人們生活。在此要求下，需要建立高效、安全、穩(wěn)定的供電系統(tǒng)，由于直流供電系統(tǒng)具有突出優(yōu)點(diǎn)，能夠有效滿足圖3：智能建筑直流供電系統(tǒng)架構(gòu)圖。智能建筑的供電需求，其基本架構(gòu)如圖3所示。在圖3所示智能建筑直流供電系統(tǒng)當(dāng)中，直流母線電壓等級(jí)有300V和48V兩種，其中，300V直流母線主要負(fù)責(zé)大電網(wǎng)電力能源的接入和高電壓用電，48V直流母線主要是滿足用戶電壓照明設(shè)備、IT設(shè)備等低壓用電。在此系統(tǒng)中，如果建筑本身的交流電網(wǎng)電能供應(yīng)較為充足或者有剩余情況時(shí)，系統(tǒng)中的儲(chǔ)能電池可以將多余的電能蓄積起來(lái)；若是建筑本身電能供應(yīng)發(fā)生不足，需要通過(guò)大電網(wǎng)，利用風(fēng)力、光伏等發(fā)電來(lái)滿足電能需求。同時(shí)，系統(tǒng)中還存在通信和智能控制系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)直流設(shè)備的有效控制，可以根據(jù)需求實(shí)現(xiàn)對(duì)照明、IT設(shè)備等用電的有效控制。

（二）智能建筑直流供電系統(tǒng)的應(yīng)用

1 選擇合適直流電壓等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。在智能建筑直流供電系統(tǒng)中，如果電壓標(biāo)準(zhǔn)過(guò)低，就需要增加電纜直徑，增大布線難度，導(dǎo)致線路損耗增大、成本增加；如果電壓標(biāo)準(zhǔn)過(guò)高，容易造成一定安全隱患。因此，在智能建筑直流供電系統(tǒng)應(yīng)用當(dāng)中，要選擇交流電源的額定電壓最大值作為直流電壓的電壓等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，確保直流供電系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定運(yùn)行。

2 優(yōu)化能源和儲(chǔ)能設(shè)備的配置。在智能建筑直流供電系統(tǒng)中，除了火力發(fā)電廠的交流電源外，為提高建筑的經(jīng)濟(jì)可行性，實(shí)現(xiàn)智能建筑綠色的目標(biāo)，還需要加大風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源的利用程度，設(shè)計(jì)合理的風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電方式，并將其有效接入到直流供電系統(tǒng)當(dāng)中，優(yōu)化能源配置水平。

3 提高直流供電關(guān)鍵設(shè)備水平。在智能建筑的直流供電系統(tǒng)中，當(dāng)設(shè)備負(fù)載功率較大時(shí)，當(dāng)前直流開(kāi)關(guān)和插頭等裝置難以保證用電過(guò)程的安全，容易引發(fā)用電安全事故，加上直流供電系統(tǒng)中不會(huì)發(fā)生電流過(guò)零點(diǎn)，直流斷路器，尤其是400V以上的中、高壓直流斷路器基本不存在，直流供電系統(tǒng)的安全防護(hù)是一個(gè)十分嚴(yán)重的安全隱患，對(duì)智能建筑直流供電系統(tǒng)的應(yīng)用造成了阻礙。針對(duì)此種問(wèn)題，需要加大在直流供電系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備方面的投入，加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)，提高關(guān)鍵設(shè)備水平，才能確保智能建筑直流供電系統(tǒng)的安全，促進(jìn)其實(shí)際應(yīng)用。

4 做好直流供電系統(tǒng)管理控制。在直流供電系統(tǒng)當(dāng)中，存在有多種形式的能源，其特性各不相同，加上供電系統(tǒng)本身的孤島運(yùn)行、與大電網(wǎng)之間的并網(wǎng)運(yùn)行和運(yùn)行過(guò)程中各種狀態(tài)的切換等，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的管理控制帶來(lái)了極大困難。就當(dāng)前智能建筑直流供電系統(tǒng)管理控制情況來(lái)看，采取的主要有電壓下垂控制和主從控制兩種方式，通過(guò)利用上層控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)智能建筑內(nèi)各種儲(chǔ)能裝置、電源設(shè)備等換流器的管理與控制，保證供電的可靠、穩(wěn)定。上述管理控制方式在效率、可靠性等方面還存在一定不足，因此，加強(qiáng)對(duì)直流供電系統(tǒng)管理控制方式的研究，采取高效、科學(xué)、成熟的管理控制方式，對(duì)智能建筑直流供電系統(tǒng)水平的提升有著重要作用。

圖3　

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在現(xiàn)代智能建筑中，直流供電系統(tǒng)是符合其電力需求的供電模式，較之于傳統(tǒng)交流供電系統(tǒng)，其電能質(zhì)量、傳輸效率和供電可靠性都能夠得到提升，線路損耗、供電成本可以有效降低，充分保障電力供應(yīng)效益。在智能建筑直流供電系統(tǒng)應(yīng)用當(dāng)中，要從電壓標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備配置、技術(shù)水平以及系統(tǒng)管理控制、運(yùn)行維護(hù)等多個(gè)方面入手，提高直流系統(tǒng)的水平，從而保障智能建筑供電的可靠、經(jīng)濟(jì)和節(jié)能。

參考文獻(xiàn)

[1]吳寬，李慧.直流供電在智能建筑中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代建筑電氣，2014（06）：13-17.

[2]楊丹萍，葉林，趙永寧，陳政，何桂雄.住宅直流微網(wǎng)供電技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].電力建設(shè)，2014（11）：25-31.

中圖分類號(hào)：TM92

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A