项目情况
建筑领域是能源消耗和二氧化碳排放大户。中国建筑节能协会的报告显示，2020年全国建筑全过程能耗总量为 22.7亿tce，占全国能源消费总量比重为45.5%。因此，加快推动建筑领域节能降碳，对于实现“双碳目标”、推动绿色低碳高质量发展具有重要意义。
2023年3月，位于横琴粤澳深度合作区的中国南方电网有限责任公司（以下简称“南方电网”）珠海横琴供电局线路工区大楼（以下简称“珠海横琴供电局零碳大楼”）正式启动运行并通过了验收。这是南方电网首个全直流“绿色”零碳建筑，也是广东省首批碳中和试点示范区中唯一的零碳建筑。通过采用光储直柔直流系统全面实现电气化，珠海横琴供电局零碳大楼实现了供电系统高效、低能耗运行，既挖掘了建筑行业的减碳潜力，也探索了电力行业在建筑领域实现脱碳的机遇，对建筑零碳化与电力零碳化有着双重的重要意义。而为其中核心直流配电系统提供强大支持的，则是来自丹佛斯传动行业领先的直流配电设备与解决方案。
挑战
近年来，南方电网以服务粤港澳大湾区经济社会发展、助力“双碳”目标实现为总目标，持续推进电网工程建设和新型电力系统示范区建设。基于横琴粤澳深度合作区“智慧能源深度合作示范区”的定位，南方电网凭借高可靠供电、高品质服务、全绿色动力的“两高一全”电力供应体系，致力于将示范区打造为“零碳岛”。2022年8月，横琴粤澳深度合作区执行委员会发布贯彻落实国务院《扎实稳住经济的一揽子政策措施》实施方案，点名提出要推进横琴供电局线路工区大楼零碳示范楼宇项目，为未来新能源交易及场外零碳能源应用提供技术支撑，探索打造“零碳岛”的初步路径。
在零碳建筑的实践过程中，光伏发电作为绿色能源，能够显著降低建筑的碳足迹，成为零碳建筑电力供应的重要手段。传统的光伏发电采用交流方案，但随着大量分布式光伏并网，电能质量问题逐渐显现。而光储直柔直流系统采用“自发自用，余电上网”的设计运行方式，不仅实现了分布式光伏的有效利用，还极大地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，更符合未来绿色电网的发展方向，也更适合应用于绿色建筑领域。但分布式电源及负载均通过直流接入，在我国还处于研究推广阶段，可供参考的成熟方案与成功经验还不够充分。
解决方案
在船舶海工领域，直流配电系统具备提高能量传输效率、实现精确电机控制、增强系统稳定性和可靠性、减少转换损耗以及储能系统集成等优势，已在国内外大型船舶中广泛采用。其中，2009年世界第一艘柴电直流组网推进的内河邮轮“MV维京传奇号”，以及2022年全球首个直流电推化学品船“鼎衡19号”，采用的即是由丹佛斯传动的直流配电解决方案。
丹佛斯传动在船舶海工直流配电领域已有十余年成功经验。近年来随着全球低碳化趋势，风电、光电逐渐成为主力，丹佛斯传动正式启动了“登陆计划”，旨在扩大旗下全球领先的直流配电技术的应用领域，以船舶海工配电系统高可靠性、高安全性的标准，为数据中心、电动汽车、绿色建筑等更多领域开源节流保驾护航。
此前，南方电网曾采用过丹佛斯传动的技术设备。基于对丹佛斯传动产品的信任，以及在直流配电领域深厚的经验技术积累，南方电网决定继续携手丹佛斯传动，为珠海横琴供电局零碳大楼打造直流配电系统解决方案。
经过多方沟通与论证，丹佛斯为珠海横琴供电局零碳大楼打造的直流配电系统解决方案配置了近1320kW的AC-DC整流器、DC-DC换流器以及直流配电保护装置VACON® DCGuard™，构筑成750Vdc的直流电网；同时配备了一套近300kW的磁悬浮压缩机技术的制冷主机以及200kW的变频驱动器驱动水泵系统纳入直流配电网络中，形成完整的直流动力配电网络。
相较于其他方案，丹佛斯传动的直流配电方案在系统能效、电能质量、可靠性、系统保护策略以及经济性五个维度中遥遥领先，优于其他方案：
- 系统能效：能效可达67%；
- 电能质量：采用AFE(Active Front End) 主动前端整流系统，实现THDI<5%，网侧功率因素>0.99。用户无需另外配置有源滤波装置来处理谐波干扰，网侧功率因素接近1，远超传统方案；
- 可靠性：采用变换器n+1冗余，即电压跌落50%，200毫秒能保证整个系统稳定运行；
- 系统保护策略：采用750伏直流主干线，每个分支线路都配了微秒级开断的断路器，当两端母线中任意一个发生短路故障，开关能够保护断开，保证另一段正常运行，此外还配置了绝缘监测，保证单体接地故障时，避免另外一极发生单极接地后引发系统极间故障；
- 经济性：按照直流设备的造价+电缆的造价+运维成本，丹佛斯直流配电解决方案优势明显。
而作为关键设备的丹佛斯传动VACON® DCGuard™，为直流配电方案的安全性发挥了重要作用。VACON® DCGuard™是一种基于IGBT电力电子技术的快速直流电流分断装置，可通过快速检测并切断任何故障直流电流来维持直流电网的稳定性，在5微秒内隔离系统的故障部分，保护周边设备，确保运行不中断。
“ 丹佛斯传动在直流电网领域的专业性，以及产品的安全性和可靠性给我们留下了深刻印象。我们非常欢迎丹佛斯传动这样的合作伙伴加入我们的项目，分享相关经验，与我们一道推进中国绿色建筑的发展以及零碳电网的打造。我们相信在珠海横琴供电局零碳大楼的示范带动下，未来会有更多的用户与合作伙伴与我们一起，共同走上绿色转型的高质量发展之路。"
南方电网负责人表示
珠海横琴供电局零碳大楼自2023年正式运行以来，经第三方监测，实现了可再生能源电力替代率接近21%，能耗强度相对标准限值降低近34%，建筑负荷调节比例近62%。中国城市科学研究会已将其视为探索符合我国国情建筑“碳中和”发展路径的标杆性示范性项目，于2023年12月授予了全国首张金级“碳中和”建筑运行评价标识证书。2024年5月13日，在第二十届国际绿建大会上，住房和城乡建设部还授予珠海横琴供电局零碳大楼“碳中和建筑”项目证书。
“能够参与珠海横琴供电局零碳大楼这一示范性项目的建设，我们感到非常荣幸。基于数十年的经验积累和技术研发，丹佛斯传动能够提供丰富的直流配电解决方案和成功经验，也可基于客户需求，帮助客户评估总体影响，提供最专业的解决方案来更好的服务国内的客户与合作伙伴。随着国内绿色建筑的进一步发展，‘光储直柔’综合性实验项目和示范项目已经越来越多的涌现。我们将继续加大在直流配电领域的投入，大力拓展应用，为国内客户与合作伙伴的零碳发展之路提供丹佛斯传动最专业与可靠的支持。”
虞小平| 丹佛斯（中国）传动高级销售总监
Products
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VACON® NXP DCGuard™ 为直流电网提供可靠的短路保护，实现直流电网之间全面选择，并确保发生故障时快速断开。
Power conversion case studies
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2023年3月，位于横琴粤澳深度合作区的中国南方电网有限责任公司（以下简称“南方电网”）珠海横琴供电局线路工区大楼（以下简称“珠海横琴供电局零碳大楼”）正式启动运行并通过了验收。这是南方电网首个全直流“绿色”零碳建筑，也是广东省首批碳中和试点示范区中唯一的零碳建筑。为其中核心直流配电系统提供强大支持的，则是来自丹佛斯传动行业领先的直流配电设备与解决方案。通过采用光储直柔直流系统全面实现电气化，珠海横琴供电局零碳大楼实现了供电系统高效、低能耗运行，既挖掘了建筑行业的减碳潜力，也探索了电力行业在建筑领域实现脱碳的机遇，对建筑零碳化与电力零碳化有着双重的重要意义。
