一、背景
一百年前爱迪生倡导的直流电体系和特斯拉倡导的交流电体系之争中，交流电技术路线由于交流变压器的发明，解决了长距离电能传输问题，从而迅速占据压倒性优势，成为100年来事实上的标准。但实际情况往往颠覆人们的直观感觉，因为发电、储能、负荷等环节从自然属性上更多的是直流电或包含直流环节，它们通过直流进行组织将更加合适。
从技术上看，自然界并不存在“交流电”，它是聪明的人类在技术限制条件下找到的有效解决办法，但它是“绕路的”和“不天然的”。交流电有幅值、频率、相位三个量需要控制，而直流电只需要控制电压幅值，更加天然、简单、稳定。

如今，随着电力电子技术的发展，直流变压问题已具备解决条件，并正在快速投入实践，直流电能系统的优势也伴随着新能源发电、储能、直流负荷的爆发而逐步展现，外在需求动力和内在技术可能性已经成熟，在新的电能系统中采用直流电作为主体已经是更优选择。共直流母线装置作为更加合适的电能组织形式，将焕发出新的活力。
二、系统简介
共直流母线装置将源、储、荷通过ACDC和DCDC变流器并入统一直流母线，再通过统一的DCAC与电网进行交互。该技术路线并不是新的思路，早已被提出并在多电机传动系统中首先获得成功使用，但近年来由于其组成因素发生明显变化，其内涵已经明显更加丰富：
双向DCDC及双向DCAC等电力电子设备的成熟使得可控环节增多
连接于直流母线的设备从同质走向异质，系统复杂度明显增加
系统复杂度增加使得智能能量管理成为必备
连接于公共直流母线上的设备可以全部是源（分布式发电），全部是储能（分布式储能）、也可以全部是负荷（多电机传动系统），其所指范围相比直流微电网要宽泛很多，直流微电网只是其中较为特殊的一类（源、储、荷都有）
由于共直流母线装置的特殊优势，其潜在应用领域较为广泛。包括直流微电网，直流配电网，直流建筑，直流负荷测试，电机节能，全电交通，混合储能等。

三、系统拓扑图

四、系统特色
A. 科研

图 4科研功能
功能特色
a、平台+模块，灵活组网
b、开放能量管理开发权限
c、开放变流器算法开发权限
B. 应用

技术特色
1.   易于新能源接入，绿色环保
2.   易于接入储能，供电质量高
3.   只控制直流电压，系统简单可靠
4.   节约成本，提高收益
五、系统配置

六、智能能量管理
A. 本地实时调度
装置配置德国进口嵌入式智能控制器为核心的中央控制系统，各微源的状态能够实时感知，并通过总线上传，经算法调配后对各设备运行状态进行调度。

图?7 并离网切换及交流带载波形

B. 云端、泛在与智能
随着信息技术的进步和能源智慧利用的外在需求，对共直流装置内设备进行监控，实现智能管理，智慧能源，是未来的趋势。
装置配置云端能量管理，能够实现对装置的远程监控，实现对数据的采集、存储，用于未来对数据的分析和利用。从智慧能源的角度看，智能能量管理才是装置的“灵魂”。
此功能为选配功能，会根据装置功能要求及未来预期目标进行选配。

七、典型案例
A. 直流环网

该项目依托于国家某重点项目建设的缩小比例科研平台，该拓扑具有典型特征，交直流源储荷都已考虑到，将围绕直流微电网一系列关键问题进行研究。建成后用户将对上层能量管理开发升级、对实际现场进行有效支撑。
B. 光储直流供电

本装置主要应对大型公共设施如大型卖场等，在楼顶铺设光伏，配电间配置储能，要求夜晚将谷价电存入储能系统，白天优先使用光伏、负荷过大或光照条件不好时使用储能，仍无法满足负荷才使用电网。光伏和储能的配合将在未来展现出强有力的发展势头，随着成本的下降，该组合形式可以普及到更宽的应用领域。
C. 家用直流供电模拟

图?15 家庭直流供电模拟装置案例

该装置为未来家庭用电场景做的直流微电网设计，考虑别墅、新农村以及小型商业用电场景，配置光伏、燃料电池、蓄电池储能，共同为交直流负荷供电。设计时考虑到未来负荷直流化以及建筑直流化的趋势，以直流母线来整合各种新能源形式。能量管理策略是未来研究侧重点。
D. 混合储能供电
单种储能无法兼顾功率密度和能量密度的统一，不能同时满足系统长时间稳定运行和瞬时大功率负荷运行。

为了应对实际使用场景的复杂工况，装置中将磷酸铁锂电池的能量存储特性和超级电容的功率存储特性进行配合，完成对不同负荷供电。对于慢速、大容量的负荷，采用磷酸铁锂，以充分发挥磷酸铁锂储能容量大的特征；对于快速、突变的能量存储，采用超级电容，以充分发挥超级电容充放电次数多、充放电迅速的优势；
经过合理设计、集成，该装置适合于离网状态下对具有冲击负荷的系统进行有效供电。可以预期，未来Hess装置将具有广泛的应用场景。
E. 电池包批量充放电测试

传统动力电池充放电测试方式有两个亟待解决的“痛点”：
1. 采用能耗型充放电测试设备，能源浪费明显
2. 行业爆发对产能提出要求，以往单个、串行的方式无法满足大批量出厂测试要求
 本装置针对以上核心痛点设计了高效率电池包测试装置，能够对电池包进行批量测试，明显加快出厂时间；同时，采用直流母线作为“能量池”，将放电电池的能量转移到充电电池，通过合理的调配，实现了“能量内循环”，最大化的减少了能量损耗。
F. 低压直流配电

伴随着行业发展，直流电压等级标准已逐步确立，该装置选取750Vdc/375Vdc/48Vdc作为标准，实现在3个直流电压等级上的配电。
24V直流LED灯负荷通过小型4端口电能路由器（电网、光伏、储能、直流负荷）为其供电，其他负荷通过48V和375V为其供电。
G. 电能路由器
电能路由器是配置了智能能量管理的多端口变流器，它的最大意义在于将“定制”的微电网系统变成以电能路由器为核心的定型装置，从而实现批量化，大幅降低成本，规模化解决新能源接入问题。
基于直流母线是电能路由器实现路径中较为成熟、简单的技术路径。

图?19 电能路由器装置案例

八、系统采风

九、总结
能源是永恒的问题，社会发展催生负荷形态的变化，从能源高效利用和能源产生的角度，采用直流电作为新一代电能利用主体，直流电作为能量耦合形式的共直流母线装置，将焕发出新的生命力。
简单、绿色、高效作为直流的特征词，将为目前的电能系统提供全新的升级：
理论方面：直流变换器、直流系统集成、直流系统控制保护等方面均存在大量亟需解决的技术难点
应用方面：直流电压等级、直流负荷、行业标准等正在逐步完善
相信随着需求动力的强有力牵引和电力电子、电气集成技术的持续进步，直流将会更好的服务于社会。