智能建筑中直流供電系統的應用探析

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的應用探析

鄧艷娥
（廣州市云程電梯科技有限公司，廣東 廣州 510000）

摘 要：在現代智能建筑中，多樣化的電器對電力負荷的需求各不相同，換流設備較為普遍，傳統的交流供電系統已經無法適應此種現狀。直流供電系統能夠有效減少電力變換器件，也可以充分發揮分布式能源的經濟效益，對智能建筑節能目標的實現有著重要作用。本文就對智能建筑中直流供電系統展開分析，以促進直流供電系統在智能建筑中的應用。關鍵詞：智能建筑；直流供電系統；應用

近些年來，隨著人們生活水平的提高和科學技術的進步，綠色、環保、節能的智能建筑成為建筑行業的主流趨勢。電能是智能建筑主要的能源，提高電能應用效益、節省電力能源是智能建筑的重要目標。相較于傳統的交流供電，直流供電在傳輸效率、電能損耗以及供電可靠性等方面，都有著一定優勢，所以，加強對直流供電系統的研究，將其合理、有效地應用于智能建筑當中，有著重要意義。

一、直流供電系統的原理與優勢

（一）直流供電系統的原理

直流供電系統是通過采用直流母線，在交流電網、儲能裝置和分布式電源的共同供電和母線電壓控制、變流器協調控制基礎上，實現建筑高效供電的目標。傳統交流供電系統和直流供電系統結構分別如圖1和圖2所示，從圖中可以看出，相較于交流供電系統，直流供電系統省去了許多電能轉換環節，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管理環節，保證電能供應的可靠性。

圖1　傳統交流供電系統電氣結構示意圖

圖2　直流供電系統電氣結構示意圖

（二）直流供電系統的優勢

1 降低損耗。在直流供電系統中，采取的是正、負兩極方式，交流供電系統是通常為三相電，導線為四條或者五條。以同一電壓等級為準，直流供電系統在導線上發生的電能損耗遠遠低于交流供電系統，加上直流供電系統不會發生渦流效應、集膚效應以及無功損耗，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，在直流供電系統中，交流和直流轉換的次數減少，有效降低了由于轉換導致的損耗。交流電網提供的交流電在AC-DC轉換后，變成UPS中直流電能，再經DC-AC轉換成為用戶使用的交流電，相比于交流供電系統，在同樣轉換效率下，轉換損耗能夠減小17%左右，傳輸效率得到提升。

3 保證電能質量。在傳統交流供電系統中，由于電壓波動、三相不平衡、諧波污染、電壓瞬間跌落以及無功欠缺等問題的存在，電能質量得不到有效保證。在直流供電系統中，無功補償、頻率波動等問題都可以避免，加上分布式儲能技術的支持，可以有效保證電能質量。

4 供電可靠。在交流供電系統中，由于同步發電機之間存在功角穩定難以統一問題，容易發生失步運行，加上聯系電抗會隨線路延伸而增大，供電不穩定問題較為突出。直流供電系統則有效解決了供電不穩定問題，即使有一極發生故障，另一極也可以提供一半功率電能，不會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。在交流供電系統在電磁場強度、影響范圍等方面都會遠遠超出直流供電系統，會產生較嚴重的電磁輻射污染，電磁干擾和電暈損耗等也較大，由此可知，直流供電系統能夠有效降低污染。

二、智能建筑直流供電系統的架構與應用技術

（一）智能建筑直流供電系統的架構

在現代智能建筑中，需要以建筑本體作為基礎平臺，通過對系統、結構、管理和服務的優化組合，實現建筑的辦公、生活和通信功能，創造高效、舒適的環境，更好的服務于人們生活。在此要求下，需要建立高效、安全、穩定的供電系統，由于直流供電系統具有突出優點，能夠有效滿足圖3：智能建筑直流供電系統架構圖。智能建筑的供電需求，其基本架構如圖3所示。在圖3所示智能建筑直流供電系統當中，直流母線電壓等級有300V和48V兩種，其中，300V直流母線主要負責大電網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備、IT設備等低壓用電。在此系統中，如果建筑本身的交流電網電能供應較為充足或者有剩余情況時，系統中的儲能電池可以將多余的電能蓄積起來；若是建筑本身電能供應發生不足，需要通過大電網，利用風力、光伏等發電來滿足電能需求。同時，系統中還存在通信和智能控制系統，通過對直流設備的有效控制，可以根據需求實現對照明、IT設備等用電的有效控制。

（二）智能建筑直流供電系統的應用

1 選擇合適直流電壓等級標準。在智能建筑直流供電系統中，如果電壓標準過低，就需要增加電纜直徑，增大布線難度，導致線路損耗增大、成本增加；如果電壓標準過高，容易造成一定安全隱患。因此，在智能建筑直流供電系統應用當中，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標準，確保直流供電系統的正常、穩定運行。

2 優化能源和儲能設備的配置。在智能建筑直流供電系統中，除了火力發電廠的交流電源外，為提高建筑的經濟可行性，實現智能建筑綠色的目標，還需要加大風能、太陽能等可再生能源的利用程度，設計合理的風力發電、光伏發電方式，并將其有效接入到直流供電系統當中，優化能源配置水平。

3 提高直流供電關鍵設備水平。在智能建筑的直流供電系統中，當設備負載功率較大時，當前直流開關和插頭等裝置難以保證用電過程的安全，容易引發用電安全事故，加上直流供電系統中不會發生電流過零點，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，直流供電系統的安全防護是一個十分嚴重的安全隱患，對智能建筑直流供電系統的應用造成了阻礙。針對此種問題，需要加大在直流供電系統關鍵設備方面的投入，加強技術研發，提高關鍵設備水平，才能確保智能建筑直流供電系統的安全，促進其實際應用。

4 做好直流供電系統管理控制。在直流供電系統當中，存在有多種形式的能源，其特性各不相同，加上供電系統本身的孤島運行、與大電網之間的并網運行和運行過程中各種狀態的切換等，對整個系統的管理控制帶來了極大困難。就當前智能建筑直流供電系統管理控制情況來看，采取的主要有電壓下垂控制和主從控制兩種方式，通過利用上層控制器實現對智能建筑內各種儲能裝置、電源設備等換流器的管理與控制，保證供電的可靠、穩定。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，加強對直流供電系統管理控制方式的研究，采取高效、科學、成熟的管理控制方式，對智能建筑直流供電系統水平的提升有著重要作用。

圖3　

結語

綜上所述，在現代智能建筑中，直流供電系統是符合其電力需求的供電模式，較之于傳統交流供電系統，其電能質量、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，充分保障電力供應效益。在智能建筑直流供電系統應用當中，要從電壓標準、設備配置、技術水平以及系統管理控制、運行維護等多個方面入手，提高直流系統的水平，從而保障智能建筑供電的可靠、經濟和節能。

參考文獻

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

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

中圖分類號：TM92

文獻標識碼：A