《中国光储直柔建筑战略发展路径研究》系列报告3-中国光储直柔建筑中直流关键技术体系研究.pdf

中国光储直柔建筑战略发展路径研究 子课题 4:中国光储直柔建筑中直流关键技术体系研究 Research on Chinas PEDF Building System Development 南京国臣直流配电科技有限公司南京国臣直流配电科技有限公司 20202 22.7.102.7.10 Nanjing Golden Cooperate DC Power Distribution Technology Co.,Ltd.July 10,2022 !在“近零能耗建筑”实践过程中，光伏发电无疑成为建筑电力供应的重要手段。传统的光伏发电均采用交流方案，然而随着大量的分布式光伏并网，低压电网的电能质量问题（谐波、不平衡）逐渐显现，导致电网公司对光伏并网做出了严格限制。光储直柔直流系统采用“自发自用，集中并网”的设计运行方式，不仅实现了分布式光伏的有效利用，还极大程度上解决了低压电网的电能质量问题，为规模化推进分布式光伏的发展提供了良好的技术支撑。与交流系统最大的区别在于分布式电源及负荷均通过直流接入，由于处于研究推广阶段，系统中的设备、控制、保护等均未形成系统性的技术方案和标准。针对上述现状，本课题在现有技术的基础上，从实际应用的角度，对建筑光储直柔系统主要技术进行梳理，并就其中部分关键技术展开实用化研究，形成不同场景下的光储直柔系统方案。本课题的主要研究内容包括以下几个方面：（1）建筑光储直柔系统的源荷特性及优化控制策略 分析了建筑光储直柔系统内关键设备的现状和特性，包括电源、变换器、直流负荷、储能设备以及开关设备等。针对光储直柔内源荷特性，考虑到建筑用电本身特点，对建筑光储直柔系统进行了控制策略的研究，分析了分层控制策略和电压带控制策略，并研究了系统的具体运行模式。（2）建筑光储直柔系统的系统保护与用电安全 考虑到当前直流系统在实际应用中的各类故障问题，首先分析了系统的故障类型和主要特征，包括变换器故障和电缆线路故障等。根据不同故障类型的特点，提出了响应的保护要求并分析了系统不同保护方案的类型。其次，在上述研究的基础上，提出了系统级保护策略，并根据保护策略给出了实际的保护配置方案举例。最后，在具体的保护产品研制方面，研究相应的数字化保护设备，并对成本低、体积小、易于推广的直流灭弧及绝缘检测方法进行研究，实现了直流负荷的无电弧操作以及直流支路多类型漏电流的快速保护，促进直流系统在建筑中的推广应用。（3）建筑光储直柔系统内关键设备选型开发及直流负荷设计 针对市场光储直柔产品缺乏的现状，分析建筑光储直柔系统内电能变换需求，结合理论分析与实验测量，形成系统内变换装置的选型或开发方案，并对常规负荷进行直流化设计或改造。形成了包括电力电子变换设备（柔性双向变换器、整流设备、各类 DC/DC 等）、保护测控装置（母线保护、交直流线路一体化保护、支路保护）、系统监控管理平台以及多类型直流负荷等关键设备，满足了光储直柔系统的推广应用需求。（4）不同场景下建筑光储直柔系统的方案设计 对不同场景下建筑光储直柔系统的电压等级、接地方式等进行研究，并设计合理的系统运行模式。具体形成了包括商业场景、住宅场景以及工业场景等不同类型的设计方案，并对方案系统结构、电压等级选取、核心装置以及运行模式等进行了选取配置。在前述研究的基础上，从拓扑结构选取、接地和接线方式以及容量配置等方面，给出了不同方式的特点对比和选取原则或建议。项目研究内容可为实现能源生产、消费、技术和体制改革提供重要的实践参考，对于新兴产业的发展，实现能源科技和装备水平的全面提升等方面都具有重要的理论和现实意义。对于双碳目标的实现，具有一定的促进作用。Executive Summary In the practice process of near-zero energy consumption building,photovoltaic power generation has undoubtedly become an important means of building power supply.The traditional photovoltaic power generation adopts the AC scheme.However,with a large number of distributed photovoltaics connected to the grid,the power quality problems(harmonics,unbalance)of the low-voltage power grid have gradually emerged,resulting in strict restrictions on the photovoltaic grid connection by the power grid company.The PEDF system adopts the design and operation mode of self-generated and self-used,centralized grid-connected,which not only realizes the effective utilization of distributed photovoltaics,but also solves the power quality problem of low-voltage power grids to a great extent,and promotes distributed photovoltaics on a large scale.The development of photovoltaics provides a good technical support.The biggest difference from the AC system is that the distributed power and loads are connected through DC.Due to the research and promotion stage,the equipment,control,and protection in the system have not formed systematic technical solutions and standards.In view of the above situation and on the basis of the existing technology,this subject sorts out the main technologies of the building PEDF system,and conducts practical research on some of the key technologies to form PEDF solutions for different scenarios from the perspective of practical application.The main research contents of this topic include the following aspects:(1)Source load characteristics and optimal control strategy The status and characteristics of key equipment in the PEDF building are analyzed,including power supply,converters,DC loads,energy storage equipment and switchgear.Aiming at the characteristics of the internal source charge of the PEDF system,and considering the characteristics of building electricity consumption,the control strategy is studied,the layered control strategy and the voltage band control strategy are analyzed,and the specific operation modes of the system are studied.(2)System protection and power safety Considering the various fault problems of the current DC system in practical applications,the fault types and main characteristics of the system are firstly analyzed,including converter faults and cable line faults.According to the characteristics of different fault types,the corresponding protection requirements are put forward and the types of different protection schemes of the system are analyzed.Secondly,based on the above research,a system-level protection strategy is proposed,and an example of the actual protection configuration scheme is given according to the protection strategy.Finally,in the development of specific protection products,the corresponding digital protection equipment is studied,and the DC arc extinguishing and insulation detection methods with low cost,small size,and easy promotion are studied,and the arc-free operation of DC loads and the DC branch are realized.The rapid protection of multiple types of leakage currents promotes the popularization and application of DC systems in buildings.(3)Selection and development of key equipment and design of DC loads Aiming at promoting the current situation of the lack of PEDF products in the market,the electric energy conversion requirements in the building PEDF system is analyzed.Combining theoretical analysis and experimental measurement,the selection or development plan of the conversion device in the system is formed,and DC design for conventional loads or retrofit is carried out.Power electronic conversion equipment(flexible bidirectional converter,rectifier equipment,various types of DC/DC,etc.),protection measurement and control devices(busbar protection,integrated protection of AC and DC lines,branch protection,etc.),system monitoring and management platform and multi-type DC loads and other key equipment are formed to meet the needs of the promotion and application of the PEDF system.(4)Scheme design of different scenes The voltage level and grounding method of the building PEDF system in different scenarios are studied,and a reasonable system operation mode is designed.Specifically,different types of design schemes including commercial scenarios,residential scenarios and industrial scenarios have been formed,and the system structure,voltage level selection,core devices and operation modes of the scheme have been selected and configured.On the basis of the aforementioned research,from the aspects of topology selection,grounding and wiring methods,and capacity configuration,the characteristics comparison and selection principles or suggestions of different methods are given.The research contents of the project can provide important practical reference for the realization of energy production,consumption,technology and system reform,and have important theoretical and practical significance for the development of emerging industries and the overall improvement of energy technology and equipment level.It has a certain role in promoting the realization of the carbon neutralization and carbon peak target.#$1 1研究背景及意义研究背景及意义.12 2建筑光储直柔关键技术发展概述建筑光储直柔关键技术发展概述.32.1 建筑光储直柔系统的源荷特性及优化控制策略.32.2 建筑光储直柔系统的系统保护与用电安全.52.3 建筑光储直柔系统内关键设备及直流负荷.82.4 不同场景下的建筑直流系统.153 3建筑光储直柔系统的源荷特性及优化控制策略建筑光储直柔系统的源荷特性及优化控制策略.213.1 建筑光储直柔系统的源荷特性.213.2 建筑光储直柔系统的优化控制策略.283.3 光储直柔系统运行模式.354 4建筑光储直柔系统的系统保护与用电安全建筑光储直柔系统的系统保护与用电安全.384.1 光储直柔系统故障特点及保护要求.384.2 光储直柔系统保护类型.404.3 系统保护策略.415 5建筑光储直柔系统内关键设备选型开发及直流负荷设计建筑光储直柔系统内关键设备选型开发及直流负荷设计.445.1 电力电子变换设备.445.2 保护测控装置.525.3 系统监控管理平台.605.4 直流负荷.656 6不同场景下建筑光储直柔系统的方案设计不同场景下建筑光储直柔系统的方案设计.736.1 商业办公.736.2 居民住宅.776.3 工业场景.806.4 方案设计建议.817 7总结与展望总结与展望.8411 1 研研究背景及意义究背景及意义 光储直柔系统是在直流配电网的基础上，融合了光伏、储能、直流配电系统和柔性用电负荷，其核心目的是实现建筑刚性负载柔性化，增加建筑灵活调节能力，强化电力系统“荷随源动”的负荷响应调控。建筑作为城市电力消费的主体，肩负“节能降碳”的历史重任。发展光储直柔建筑，不仅可以促进自身节能、提高建筑用能体验，还可有效缓解城市电网负荷峰值、电网增容和可靠性提升等压力。此外，光储直柔建筑配备分布式能源、储能和需求响应等技术，实现用能的灵活性调节，减小建筑对外的能源需求，同时削峰填谷平滑负荷曲线，增强设备的运行能效，延缓甚至避免配电基础设施的升级改造。发展光储直柔建筑，构建“荷随源动”的调控模式，减小了大规模可再生能源接入导致的峰谷差，很大程度上解决电网灵活调节能力下降和生成水平下降的问题，符合电网的未来发展方向。在电网逐渐增加的扩容成本的当下，光储直柔技术的发展展现出它更经济的特性。在建筑侧配备分布式光伏电源和储能，利用直流微电网接入简单、调控灵活的优势，能够有效地提升用电的可靠性，并且配合峰谷电价、需求响应等激励政策，还能够降低用户的用电成本。国外对直流配电网的拓扑结构研究起步较早。美国弗吉尼亚理工大学CPES(Center for Power Electronics Systems)提出一种未来家庭直流配电系统；美国北卡罗来纳大学提出了 The Future Renewable Electric Energy Delivery and Management(FREEDM)系统结构，用于构建未来自动灵活的配电网络；韩国成均馆大学和三星电子公司面向家庭应用提出一种低压直流配电网方案，并进行了应用试验；日本大阪大学提出170V 双极直流母线供电方案，并通过电力电子设备进行电能形式转换和升降压以满足负荷需求；日本大阪大学的 Kakigano H.等从人体安全和设备安全角度论证了民用住宅低压直流配电系统的电压等级，提出了 400V 的直流配电电压；意大利米兰理工大学于 2004 年提出了一种与大阪大学的双极结构类似的直流配电系统结构。国内方面，国家电网公司、各大高校、电气设备供应商都积极开展了对直流配电网的研究。国家电网有限公司及中国电力企业联合会根据现有研究成果，组织各方面专家给出了不同应用场景下直流配电网的典型电网结构，对工程建设中电网结构的选择具有借鉴意义；浙江大学对直流配电网的特点、优势及其网络的整体概念进2行了较为详细地综述，提出了直流配电网的拓扑结构环状、放射状与两端配电。但整体而言，当前光储直柔技术仍处于起步阶段，缺乏统一设计规范标准，相关的设备配套亦不成熟，缺少不同应用场景、商业模式下的适应性评价体系，以及亟需发展节能低碳的运行调控技术。要想实现工程大规模的推广运行，需要更广泛的、跨学科的研究和大量的实践经验积累和产业链的。据此，从光储直柔建筑的优化设计、设备配套、运行调控、安全防护等四个方面，开展光储直柔系统的源荷特性及优化控制策略研究、建筑光储直柔系统的系统保护与用电安全研究、建筑光储直柔系统内关键设备选型开发及直流负荷设计、不同场景下建筑光储直柔系统的方案设计的研究工作。3 2 2 建筑光储直柔关键技术发展概述建筑光储直柔关键技术发展概述 低碳建筑“光储直柔”系统的推广应用与其技术发展水平密切相关，其拓扑结构设计方法、设备及控制策略发展水平关系到光储直柔系统从设计到运行的实施；另外，光储直柔系统中的柔性应用强调与电网侧的互动作用，因此与电网的互动模式成为其关键点所在。以下就低碳建筑的光储直柔系统的拓扑结构设计、设备协同互动、运行调控策略、与电网交互模式及示范应用等五个方面的研究水平进行介绍。2.12.1 建筑光储直柔系统的源荷特性及优化控制策略建筑光储直柔系统的源荷特性及优化控制策略 建筑负荷柔性化可以促进建筑自身的节能和经济用电，效缓解城市电网负荷峰值，针对未来建筑领域将有大量分布式储能、充电桩以及空调等设备接入电网，有必要对现有设备的功率变换特点、控制策略等进行分析研究，为进一步提高现有负荷柔性化程度具有重要意义。在电动汽车充电桩能量变换方面：目前国内外电动汽车充电桩的功率变换部分一般采用两级变换方式，即 AC/DCDC/DC，前级 AC/DC 较为成熟的拓扑是三相 PFC VIENNA，后级 DC/DC 拓扑一般根据电平不同分为两电平变换方式和三电平变换方式。整流器作为电动汽车充电桩重要部分，受到国内外广泛关注研究。例如基于自抗扰控制算法的电压型 PWM 整流器，增强了 EVCP 充电时的抗干扰能力，然而整流器消耗来自电网的恒定功率，在电网参量变化较大时只能“切负荷”运行，不能主动响应电网需求。采用负荷侧虚拟同步机技术的充电桩具备惯量模拟、有功调整、无功支撑等能力，能够满足电动汽车有序并网、安全充换电的实际需求。基于 LVSM 的三相电压型 PWM 整流器控制策略，在电网参量变化时，可使负荷从“切负荷”变为“降功率”运行，提升了整流器故障穿越能力。将虚拟同步机技术应用在充电桩中，通过变换器的自主降额运行，则可实现了对弱电网的支撑作用。在分布式储能能量交换方面：储能装置能实现动态调节和稳定母线电压目的，因此，需在母线和蓄电池、超级电容等储能装置间使用高效大功率、快响应双向变换器跨接。目前国内外主要在直流变换器拓扑和控制策略方面开展理论研究，但均用以提高功率密度和效率。由于高频变压器的存在，隔离型双向4DC/DC 变换器还具有体积较大，设计成本高，设计过程复杂目前大多分布式储能系统中采用非隔离型双向 DC/DC 变换器。分布式储能功率单元控制策略有下垂控制法、主从设置法、平均电流均流法、最大电流均流法等，均可实现对各模块输出电流的控制。自适应动态下垂控制通过在不同的工作状态下动态调节下垂系数的大小，改善系统在受到功率波动时的动态响应速度。而传统下垂控制中的下垂系数固定，使得储能模块间的充放电功率比值不变，鉴于各储能模块的 SOC 存在差异，长期以相同的输出功率比值运行，会导致储能模块因过充或过放而退出运行，影响直流微电网运行的稳定性。在建筑用电设备能量交换技术方面，建筑内部用电设备能耗在社会总耗电量中占比大，并有持续增加的趋势，其中空调负荷、电热水器等柔性负荷在建筑楼宇中占据了重要地位。目前过国内外大多采用控制制冷热温度的方式，利用集中式控制通过设立中心控制单元，实时处理汇总所有的信息后由调控中心直接向每个负荷发布调控命令，实现空调等负荷降功率运行，以加热、通风和空调以及热水器等恒温控制负荷为例，常通过以下 2 种方式实现：1）切换开、关状态速率和比值；2）改变设定温度。但该方式功率调节响应时间较长，在紧急功率调节需求下效果不明显。综上所述，目前分布式储能、充电桩、建筑用电设备内部功率变换器及控制策略的种类众多，存在功率调节响应时间、交互通信方式以及功能用途等方面存在诸多差异，所对应的互动响应需求也不一样，需要进一步根据换流拓扑类型、控制方式、响应时间以及功能用途对不同类型负荷进行分类研究，在此基础上，充分挖掘各类负荷柔性化潜力，有针对性开展负荷柔性功率调节接口定制化装备样机研究。随着多种类型直流负荷的应用，直流配电系统呈现多电压等级的特点，多个电压等级的直流母线的互联实现了电压匹配和功率交换，更好的满足用户需求。直流配电系统中集成了分布式电源、储能、并网逆变器、以及各类负荷，考虑分布式电源的间歇性、波动性，系统的稳定运行与各供电的协调控制密切相关。针对多电压等级直流母线的直流配电系统，国内外学者均开展了不同电压等级的直流配用电控制理论研究，提出多种协调控制策略，可分为集中式与分散式两类。美国弗吉尼亚理工大学构建的直流混合配电网分层控制架构，为直5流配电过渡性发展从控制上提供了可实施方案。集中式控制策略，将上层管理系统需要与各模块单元保持联系，确定其工作模式与出力大小，从而维持系统的功率平衡，实现最优运行；但集中式控制策略对通信的依赖程度较高，系统的稳定性、可靠性完全依赖于该控制单元，该单元一旦出现故障，将有可能导致直流系统崩溃。因此，分散式控制策略应运而生，系统中各模块单元根据直流母线电压信号(DC bus voltage signal,DBS)调整工作模式，共同维持直流母线稳定，控制简单，但是系统级控制中的大部分目标均无法通过基于 DBS 的直流系统协调控制方法来实现，储能单元缺乏有效管理，无法实现储能单元的最优充放电控制，更无法实现直流微电网全局的最优经济运行。另外，直流母线电压波动范围较大、无法实现最优运行。为了解决这个问题，基于互联通信的直流系统分层运行控制策略将分散式控制与上层管理相结合，在不同时间尺度上分别实现设备级控制和系统级控制，完成电气量控制、电能质量调节以及经济运行控制，旨在实现直流微电网控制系统的标准化、可扩展性以及提高直流系统整体运行性能，极大提升了系统的可靠性与经济性。同时，适用于中低压直流配电系统的分散式统一控制策略结合 DBS 的分散式控制策略与直流变压器的统一控制策略，也可实现系统的全局功率平衡。目前，直流配电系统的协调控制策略主要针对单一母线结构的直流配电网，对于多个电压等级的直流配电系统的运行模式多样，切换流程复杂，对协调控制策略提出了更高的要求。同时，直流负荷类型多样化也阻碍了自适应协调控制的研究。因此，对多直流母线的光储直柔系统的统一的自适应协调控制策略亟待研究，对不同类型负荷的自适应调节亟待解决。2.22.2 建筑光储直柔系统的系统保护与用电安全建筑光储直柔系统的系统保护与用电安全 保护的完善是直流系统安全稳定运行的必要条件之一，国内外专家学者一直关注和研究直流系统的各类保护，直流系统的保护自上世纪九十年代得到了较为快速的发展。（1）短路保护 目前对于短路保护主要采取断路器和熔断器解决。直流断路器的主要作用是改变直流系统的运行方式，用来清除直流侧出现的故障，实现直流系统的保护。早在 1994 年，Komastu 就已指出，通过使用真空断路器和混合固态真空灭弧室，在较短的时间内断开故障电流；2005 年，Meyer 等人探讨通过外部谐振6电路和混合固态方法，为电弧电流提供一个旁路通道或者熄灭电弧的方法；2007 年，针对传统的、低成本的断路器无法用在较高电压等级直流系统的问题，Krstic 等人提出伸展、分裂的方法，但考虑到直流断路器受电缆的电感、电阻限制和直流电压水平以及线间电容的影响，电弧具有不稳定性与暂态特性复杂。2002 年，西安交通大学电气工程学院赵登福、董继民、王东等对直流系统短路故障的快速识别与短路保护进行研究，提出了利用霍尔传感器测量直流系统回路电流、母线电压，以电流、电压综合判据快速识别直流系统短路故障的方法。采用可控直流断路器替代传统的熔断器法,将交流系统三段式微机电流保护原理应用于直流系统的短路保护,设计了辐射式、段直流供电回路,同时为防止在切除故障支路时因、段开关同时拒动，而由段开关切除故障引起的其他供电支路电源消失问题，对段直流供电回路采用了备用开关自投方案,并研制了直流系统三段式微机电流保护装置。天津大学副教授薛士敏指出采用保护、控制集成方案可以降低保护系统的复杂性，降低系统成本，也可大大减少保护动作时间，是未来直流系统保护技术的发展方向之一。2014年，为了克服熔断器和直流断路器的缺点，结合变换器中全控型电力电子器件 IGBT 可快速关断的特点，国网电科院提出了基于电力电子技术的主动式短路保护，保护时间和效果都优于传统的断路器。ABB、上海良信、常熟开关、人民电器等企业均研发了相应的直流断路器产品，用来保护线路及电源设备免受过载、欠电压、短路等的危害。但该类产品存在保护功能单一且无数字化功能的问题，不能满足多场景需求。（2）接地保护 直流系统是不接地系统，整个网络的直流电压偏移量是同一个，因此，定位接地故障是一个比较棘手的问题。Karlsson 针对直流不接地系统，利用在换流器节点安装电流测量装置实现接地故障检测，该方案可同时在直流和交流两侧对接地故障进行检测，对短路故障也起到一定的保护作用。采用这种检测方案，需要故障线路两端之间进行通信。早在 80 年代初，我国就已开始了对直流系统绝缘自动监测仪器的开发研制，到了 80 年代末 90 年代初，随着葛洲坝、三峡水利发电工程的进展以及我国内陆火力发电厂规模的发展，研制出一套寻检速度快、检测精度高的直流系统绝缘监测仪器越来越成为我国电力事业发展的迫切需要。在 1988 年，按7电力部下达的科研项目要求，长江水利委员会与武汉市琴台电子研制所合作研制成功“WZJ-4 型微机直流系统绝缘监测仪”，并通过技术鉴定，在当时填补了国内该领域的技术空白。近年来，该所也对监测仪器进行过多次技术改进。目前国内专业从事直流系统绝缘监测仪器开发生产的公司不多，主要有武汉市琴台电器有限公司、北京思达星电力自动化有限公司、浙江星炬电力电子有限公司、大连旅顺电力电子设备有限公司等厂家。但就产品总体性能而言，我国现有直流绝缘监测仪器的实际现场监测效果不甚理想，主要存在以下一些问题：仪器的检测精度低，尤其在干扰严重的工业现场检测精度很难达到仪器技术参数所规定的精度要求；仪器的寻检速度慢，在一些挂接负载较多的直流系统，仪器对全部支路寻检所需时间过长；仪器电路结构复杂，成本高。在直流系统绝缘监测研究领域，国内科研人员对检测方法进行了广泛深入的探索，取得了一些成果，有些方法已经在电力系统和通信系统的绝缘监测中得到了应用，有些方法还有待于进一步的试验和完善。从国内目前的研究现状来看，主要有以下几种方法：平衡电阻法、低频探测法、变频探测法、霍尔磁式平衡法、振荡频率探测法、相位差磁调制检测法等。对于接地和绝缘下降采取如下措施：查看绝缘监察装置报警信号，瞬时停电查找接地点；直流熔丝、空开的上下级配合，定期进行蓄电池组核对性放电试验；在微弱信号处理方法上，采用正交矢量锁相放大的方法；在信号处理电路设计方面，采用了多路并行处理模式；对变频信号法进行改进，提出采样交流信号波形后，进行频谱分析以计算接地电阻来判断故障支路。但投入应用的直流系统接地故障监测装置只能发出接地故障告警信号，无法及时、全面隔离或切除接地故障，此方面的研究仍存在不足，有待进一步改进与完善。（3）交直流窜入 交直流窜入故障是近年来才受到特别的关注的问题。目前行业内的绝缘监测系统具备基本的母线和支路绝缘下降监测功能，但普遍不具备交流窜入监测、蓄电池接地监测等，而且母线与支路之间不隔离，任何支路发生故障都可能引起其他支路保护不正确动作，所以目前的监测和保护装置无法满足直流电源系统安全运行的要求。除了上述故障类型保护以外，光储直柔系统中也存在一些直流系统所具备的安全隐患，如灭弧问题、剩余电流保护问题等。8在直流灭弧问题上，与交流系统相比，直流系统最显著的特点是不存在电流过零点。因此，在直流系统发生电弧故障的情况下，高温等离子弧放电很容易发展和维持。根据电流路径，电弧放电可分为并联电弧和串联电弧两种。并联电弧通常是由电线或老化设备的介质击穿引起的短路引起的。如果电气连接松动或由于断线，耦合器，插座和插头等原因导致负载和电源断开，则会产生串联电弧。在两个铜或青铜电极之间产生的电弧放电伴随着强光和巨大的热量。电弧产生时，通过流过诸如空气或气体的介质的电流来维持两个导电电极之间的导电性。由于非熟练电气用户即使在常规环境中操作也可能发生串联电弧，因此应制定适当的措施，例如抑制或灭弧，以保护人员或财产免受电弧故障的影响。除了常用的物理灭弧方法以外，在灭弧产品方面，天水二一三电器集团有限集团提出一种提高直流接触器灭弧能力的灭弧系统方案和有效缩小产品体积的设计方案；广西大学王巨丰等人提出一种自能式多断口灭弧装置，可在3ms 内时间内全概率熄灭直流电弧，并阻断电弧重燃。直流剩余电流保护方面，Siemens、Doepke 等公司最早展开 B 型剩余电流检测装置的研制，之后 ABB、Sehneider 等代表企业相继推出带平滑直流检测功能的 B 型产品；美国国家电气规范（national electrical code,NEC）第690.11 号文件提出了直流母线大于 80V 的光伏并网系统要配备故障电弧检测装置和断路器，以解决光伏直流电弧故障导致的安全问题；西班牙加泰罗尼亚理工大学提出基于通信的直流配电系统保护方案；英国思克莱德大学在低压直流环网中应用电流差动保护实现故障隔离。国内方面，常熟开关，正泰电器等典型企业已经陆续推出 B 型漏电保护产品。该类 B 型剩余电流保护装置虽然可以实现直流剩余电流保护，但其价格较高，不易推广。综上所述，无论是直流灭弧还是直流漏电保护，集约化，模块化、小型化都将是电力工程直流电源设备未来的发展方向。2.32.3 建筑光建筑光储直柔系统内关键设备及直流负荷储直柔系统内关键设备及直流负荷 光储直柔系统示意如图 2-1 所示：9 图图 2 2-1 1 光储直柔系统示意光储直柔系统示意 可见，光储直柔系统本质上属于低压直流配电网，其中包含的主要元素基本可以分为以下几类：2.3.12.3.1 电源电源 常见的电源有光伏、风电等新能源发电，也可以是交流电网（AC/DC 转换）及其他各种应急电源等。对于多数市内建筑而言，风机不适合与建筑结合，交流电网是常规配电电源，此处不再赘述。重点介绍光伏电源。当前的光伏电源主要是太阳能电池，主要包括以下几类：1）单晶硅太阳能电池 单晶硅太阳能电池的光电转换效率为 15%左右，最高的达到 24%，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，但制作成本很大，以至于它还不能被大量广泛和普遍地使用。由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，因此其坚固耐用，使用寿命一般可达 15 年，最高可达 25 年。2）多晶硅太阳能电池 多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约 12%左右(2004 年 7 月1 日日本夏普上市效率为 14.8%的世界最高效率多晶硅太阳能电池)。从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。从性能价格比来讲，单晶硅太阳能电池还略好。103）非晶硅太阳能电池 非晶硅太阳电池是 1976 年出现的新型薄膜式太阳电池，它与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不同，工艺过程大大简化，硅材料消耗很少，电耗更低，它的主要优点是在弱光条件也能发电。但非晶硅太阳电池存在的主要问题是光电转换效率偏低，国际先进水平为 10%左右，且不够稳定，随着时间的延长，其转换效率衰减。4）多元化合物太阳电池 多元化合物太阳电池指