项目背景
高层建筑光伏柔性直流用电系统具有直流控制简单、电能质量高、系统损耗低、线路成本低、输电损耗小、供电可靠性高等特点。上海中心城区功耗密度高，高层光伏屋顶普及低，实现“双碳”目标压力大，能源供给紧张，发展具有光储直柔特征的高层建筑直流用电生态系统具有现实紧迫性和实用价值。直流供配电系统线路的有功功率损耗较交流系统减少约4.11%，采用可再生能源一体化建筑，电源处可节省约7.2%的电能。在相同额定功率下，每多加一次AC/DC转换，能量损失约2%。
任务及目标
研究内容包括：
- 基于光伏建筑柔性直流供电模式研究：研究电压等级序列选择的影响因素、典型拓扑结构、主接线方案、接地方案、换流器拓扑和直流断路器选型方案。
- 高层建筑光伏柔性直流用电系统的投资-收益评价方法：开展低压直流配电系统经济性评估，考虑初始设备投资、能效收益、可靠性收益和电气安全性收益。
- 多级能量管理装置研发：研发五端口能量路由器，实现功率的双向控制、离网和并网运行模式的无缝切换；开发能量管理系统平台，实现系统各运行设备节点参数可视化、状态量可视化、电能质量数据采集、分布式电源运行状态数据可视化等。
关键技术
- 提升高层建筑多源和柔性负荷的能源利用及转化效率。
- 建立直流电压等级约束关系，设计合适的供电模式及柔性切换控制策略。
- 构建多端口变换器的能量路由器，实现高层建筑各类微源的互联供电和系统的能量管理与协调控制。
技术途径
关键技术包括单端架构、单极性直流母线、直流母线375V、低压直流母线48V、接地系统IT、保护系统绝缘检测。
投资-收益模型及优化算法
通过对比低压直流和低压交流系统的初始设备投资、能效收益、安全性收益和可靠性收益，评估低压直流配/用电系统的经济性。经济性评估指标包括净现值（NPV）和投资回收期。
经济性评估结论
当前民用建筑场景算例中，采用优选供电模式方案的低压直流配/用电系统在电气安全性、能效、经济性上都有明显优势，体现了低压直流配/用电系统在特定场景中的应用潜力。虽然目前低压直流配/用电系统在民用建筑场景下的综合经济性优势不明显，但考虑到其多方面优势以及后续技术的成熟化和产业化，民用低压直流配/用电系统在推广应用上具备较大的潜力。
示范工程
示范工程实现了光伏消纳率100%，相比交流系统能效提升5%，并研发了能量路由器装置，满足并网电流谐波（额定功率）<5%，最大转换效率>94%。
下一步工作
下一步工作包括收集直流系统能效数据、光伏消纳率、直流系统电压降及线损数据、接地及防护等数据、回收期等经济性指标数据。
