直流供配电系统和交流供配电系统各有优缺点，只是一个多世纪以来由交流电占据上风。这种现象一直持续到现在，而且还将继续下去！改变系统性问题是要付出巨大代价的。如果打破旧的交流电体系比目前“强拆”难度还要大，从发电、输变电到末端的用电设备都要作根本性的改变。建立新的供配电体系势必要付出巨大的代价，而且还有许多尚未解决和未知的问题。
从表1可知，直流电与交流电各有所长、各有特色，从能耗角度看，直流供配电系统略占优势。
低压直流系统的定位
众所周知，交流电网经过百年的应用，技术非常成熟，其统治地位在短时期内难以撼动。基于现实及对未来的预测，民用建筑中直流供配电系统只能作为交流供配电系统的补充，在某些局部系统、局部区域、特定条件下应用直流供配电系统。主要应用举例列于表2，而拓展的应用尚需多单位协作共同推进。
负荷
直流供配电重新引起行业的重视其中一个原因是用电负荷“直流化”，而供配电系统是为用电负荷服务的，自然会想到系统的直流化。
为了适应当前的交流电，家用电器、办公电器不得不在其电源部分增加了整流、滤波等电路，将交流电转化成直流电，不仅增加成本，而且效率降低。家用电器和办公电器量大面广，采用直流供电后，节能、节材、节省投资潜力比较大。
由于LED技术的成熟和发展，照明采用直流供电已经得到普及。图1为LED线性恒流驱动电路，不管什么类型的LED驱动电路都离不开整流和滤波电路。如果采用直流供电，可以省去整流滤波电路。同样可以起到节能、节材、节省投资及提高效率的作用。
直流电动机不必多言，采用直流供电不会有人怀疑。而交流电动机，由于有了变频技术和逆变技术，可以和交流电动机配合使用。我们可以把变频和逆变理解为交流电动机的驱动器，类似LED灯的驱动器。如此看来，交流电动机的驱动电路，包括定频驱动和变频驱动，详见表3。尽管行业内曾对变频器展开过激烈的讨论，但不会影响直流系统为交流电动机提供电源。
电动汽车采用直流充电可以解决充电慢的问题，快速、高效。目前，我国非车载充电机的容量可达480 kW（双枪），充电主机系统容量可达1 080 kW（32个直流充电终端），充满80 % 电量的时间只需30 min左右。而欧洲，ABB超级快充桩容量为350 kW（单枪），充电电流高达500 A，充电10 min可行驶200 km。美国的特斯拉将在全球建设1万个超级充电桩，30 min充满80 % 电量。
电压等级的确定
民用建筑直流供配电系统的电压等级一直是行业争论的焦点之一。根据GB / T 35727 - 2017《中低压直流配电电压导则》、GB / T 156 - 2017《标准电压》等标准，民用建筑直流供配电系统建议采用表4的电压等级。
因此，关于民用建筑直流供配电系统的电压等级可以得出如下结论：
a. 中压电压等级优先选择 ± 35 kV、± 10 kV、± 3 kV、3 kV、± 1. 5 kV。
b. 低压电压等级优先选择1. 5 kV、± 0. 75 kV、0. 75 kV、± 0. 375 kV、0. 22 kV、± 0. 11 kV。
c. 特低电压系统的电压等级优先选择96 V、72 V、60 V、48 V、36 V、24 V、12 V、6 V。
经过实际工程使用，并积累经验，上述电压等级尚有优化的空间，逐步减少直流标准电压等级的数量。根据现有交流供配电系统的成熟经验，当用电设备的安装容量在250 kW及以上时，建议采用中压直流供电；当用电设备总容量在250 kW以下，可由低压直流供电。
为便于工程应用，民用建筑物内直流供配电系统的电压等级不能过多，相应的配电级数也不可过多。建议民用建筑物中压直流供配电系统的电压等级不多于两级，低压直流配电系统不多于三级，而配电级数与电压等级相适应。此建议与交流供配电系统相似。需要说明，这里是指建筑物内直流供配电的电压等级，不是用电设备内部的电压等级。对于用电设备而言，只需与配电系统留有供电接口，用电设备内部可能有多个电压等级，需产品设计考虑。
系统结构
根据中国电力企业联合会颁布了团体标准T / CEC 166 - 2018《中压直流配电网典型网架结构及供电方案技术导则》，± 1. 5 kV ～ ± 50 kV中压直流配电系统结构主要有如下3种单端方案，参见图2 ~ 图4，其特点见表5。
中压直流配电双端网络结构方案参见图5。双端拓扑结构顾名思义具有两个电源端，如图5所示，左右两侧电源端直流母线同时工作。出线形式可以采用单路，也可采用双路，具体可参考单端拓扑结构。双端网络的特点是：供电容量大、服务范围广、供电可靠性高，满足N － 1准则，可为工业园区、重要负荷区等用户供电。
图5中任何一端电源停电（例如故障、检修等）时，另一侧电源端能够满足全部负荷供电需求。对负荷而言，获取电能具有较大的灵活性，可从不同方向获取电能；同时电网、分布式电源和储能也可以向不同方向输出电能，为智能电网提供基础条件。
直流配电不是为了直流而直流，而是因为用电负荷直流化、光伏等分布式能源、储能技术的发展等为直流配电提供了应用前景。因此，直流配电系统中具有3个及以上电源并列运行的概率大大增加。与单端直流网络系统相似，多端电源可以采用树枝状、环状等形式，同时还可采用单路或双路路径，其系统具有供电范围大、供电可靠性较高等特点。与双端结构相似，任一端电源停电（如故障、检修等），其他电源端可继续供电，并满足全部负荷供电需求，电力调度变得十分灵活。该网络方案非常适用于分布式能源接入。多端树枝状拓扑结构示意如图6所示。
如上所述，现阶段直流系统不可能替代交流系统，也没有必要替代交流系统。直流系统的应用应根据负荷特性、分布式能源情况合理地、局部采用直流系统。因此交直流混合系统是当前的现实应用。表6是典型交直流混合系统的类型及适用范围，其他交直流混合系统的网络拓扑结构可以在表中3种典型结构的基础上进行有机组合。
结论
综上所述，本文总结如下：
a. 用电负荷“直流化”、光伏等分布式能源、储能技术的发展等唤起行业对直流供配电系统的重新认识。
b. 现阶段，民用建筑中直流供配电系统只能作为交流供配电系统的补充，在某些局部系统、局部区域、特定条件下应用直流供配电系统。
c. 优先采用标准的直流电压，建议民用建筑中压直流供配电系统的电压等级不多于两级，低压直流配电系统不多于三级。
d. 民用建筑中直流系统结构应根据负荷特性、分布式能源情况合理地采用直流系统，交直流混合系统是当前的现实应用。
本文有删减，全文载于《建筑电气》2019年第7期，详文请见杂志。
版权归《建筑电气》所有。
作者：
李炳华，CCDI集团，教授级高级工程师，总工程师。
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