丁荣军院士：电力电子在分布式能源中的应用需要解决电网稳定性和电能质量问题
2018年9月3日-5日，中车株洲电力机车研究所有限公司和北京鉴衡认证中心联合主办的“2018国际能源物联网技术大会”于湖南株洲盛大召开，大会以“先进电力电子技术与分布式能源”为年度议题，主题演讲与高端对话为主要形式，汇聚国内外精英力量，为电力电子与分布式能源发掘新的发展路径。能见App全程直播本次大会。
中国工程院院士、中车株洲所首席科学家丁荣军出席大会并发表了题为“电力电子与分布式能源”的主旨演讲。
以下为演讲实录：
丁荣军：尊敬的各位来宾、各位同仁，大家上午好！非常高兴今天有这个机会跟大家一起交流电力电子与分布式能源，电子电子方面所开展的工作。
首先想说一下大电网到分布式能源。大家知道现在我们国家用的从一次能源的角度，过去可能都集中在火力，水电，现在慢慢慢慢包括太阳能，风电和核电，包括最近也在开发地热，慢慢的都在做一些变换，实际上这里面我个人的观点，因为环境的影响，同时也因为我们国家能源，特别是煤越来越少，越来越少之后可能这也是必然的。
由于我们国家处在的地理环境的条件，大家知道我们现在很多的发电可能在西边，但是我们绝大部分的用电都在，由于经济原因都在东边或者东南边，这样就造成我们国家，我们国家电网，所以我们技术因为市场的需求和拉动，技术也越来越达到国际领先水平，确实经过我们高铁，我们每年过年大家要回家买不到票，这也强迫我们铁路在快速的发展，其实我觉得很多东西都是因为市场需求，市场拉动。从目前整个传动系统，从电力系统大概分为三种。
第一是统一的电力系统。这个大家知道过去以俄罗斯为代表。
第二是联合电力系统。这可能以南美，包括美国比较多。
第三是互联电网。特别是在欧洲、西欧这些国家，相对来说它的国家比较小，它们联合的比较好。
由于大电网，大家可能也知道国内外最近几年，特别是巴西圣保罗大的停电，应该是包括美国、加州等等，这种大电网最近也发生了，几十年发生了140多起，大的电网的停电实际上对经济影响或者对民生影响很大，当然最近这几年来应该说由于迅速的发展，这一块也确实故障的概率越来越小，可能接下来往分布式发展，这也是一种必然的趋势，把大电网怎么去用智能的小电网来代替，这样可能也使得当出现故障的时候影响会更加小一些，这也是一种需求。
分布式发电技术。简单来说由几千瓦到50兆瓦，这种小型系统，它整个与环境相对接融，这种独立电源，同时也满足一些特定用户需求，另外分布式发电包括有太阳能，特别是太阳能和风电等等它的介入应该是相对比较方便一些，同时也会提高这个性能和效率，这个细节我想大家都知道，我不说太多。
第二步我想重点汇报一下电力电子在分布式能源中的应用。
应该说电力电子技术，应用电力电子技术实际上我个人的观点，本身就这个企业来说，它跟分布式能源，我认为它是一种基础型的器件，就像我们CPU作为计算机系统，或者现在作为互联网系统它是个最基本的，它本身实际上电力电子本身要变成变流器，或者我们讲的，才会跟能源互联网应用，才会更加激进。当然分布式电源也对电网有一些影响，我们想做这个事情，我也收拾资料、考虑这些问题。
第一是孤岛问题。无论是电网应用的，大电网发生影响之后，故障的时候，当然这种情况下，实际上我认为孤岛问题不是问题，而是它的优点，因为当大电网出现问题我继续可以供电，是好的。大家可能知道彩钢板在河北那边，刮到电网以后使得湖北那边的高铁停运，旅客在高速列车里面，老觉得是很大的问题，如果把车门打开的话，这也不符合安全，因为可能人热想下车，但是闷在里面实事求是讲，我们现在电源应急通风，只能通风不能快空调，按照设计标准只能维持45分钟，由于彩钢板把电网刮了以后停了两个多小时，导致很多旅客为什么砸窗户，这个对旅客处理来说是挺复杂的事情，从人性化的角度应该把车门都打开，让旅客下车乘凉是最好的，但是按铁路运规安全又不行，在这种情况下实际上如果要真的有临时的、应急的电源，通风不是你能开空调，维持旅客生活基本的，因为不通风很多心脏病特别是年纪大的容易犯心脏病，我们也在考虑类似于在故障的时候，实际上想了很久了，确切来讲是搞两三年了，想不出好的办法在应急情况下，而且又是隔几年或者隔好久出现一次事故，不能说摆好多应急电源，维护成本划不来，类似这样的问题确实值得研究。
第二是三相不平衡的问题加剧。微电网相对大电网来说，整个的容量比较小，特别容易不平衡，包括如果采用分布式电网的话可能是太高负荷，因为网比较软，就像我们最早，我觉得我刚刚大学毕业的时候到现场去做电力机车实验，我们规定是25000伏是额定电压，最高允许31000，我们看到有的调到差不多33000，为什么？拉煤的时候，到末端的时候我们规定不能低于19000，如果到19000伏以下就相当于机车就不行，但是没办法，我们看了最低到16000，我们讲我们国家的电网一直比较软，这也是最早实事求是，高速列车，欧洲德国的也好、法国的也好，到中国一开始特别不适应的就是这个原因，当我们到远端30几公里40公里，到远端的时候我们的容量不够，这是普遍存在的问题，这也容易造成现在我们所谓的会抬高输入电，当然还包括由于单项以后会影响质量，三项平衡，单项可能斜坡等等。
针对这些问题，实际上我认为可能我们接下来重点要研究的就是关于电网稳定性和电能质量问题。因为稳定性对于用户来说是最关键的，不能是一会儿电压低，这个不行，当然质量同时也很关键，因为质量我个人认为涉及到两方面，第一方面是供电的品质，我们讲斜坡等等类似，第二个就是稳定性质量，不是说有了就可以，现在特别是大家家庭一些电器设备越来越多之后，这种智能的微电网质量未来确实值得我们研究。
第二就是关于变频和储能技术。昨天周教授也介绍了，我们国家电池技术的进步真的非常快，因为每年年底我们有个电动汽车百人会，每次在介绍的时候我个人感觉进步最快的就是电池，现在好像到了一块五毛钱，当然我一直认为，现在的电池我个人的观点，应该不是最终的，现在这些电池，比如说像磷酸铁铝也好，更多的是物理性能的，充电相对比较慢，放电是通过化学反应的，如果到哪一天当物理电池，我们所谓讲的类似像超级电容一样的，充电很快，它再具有一定的化学性能，就是放电很慢，我讲化学性能不是通过化学反应来放电，而是它具备化学反应这种很慢的这种放电，这种能力的话，那我认为未来对这种能源物联网也好，对电动汽车也好，对我们人类的贡献可能是巨大的，而且我认为这种技术肯定随着新材料的发明会产生。前不久我去了趟英国，跟英国发明找到石墨烯材料的教授做了交流，我问他“你是否认为石墨烯可能就是未来在这块最好的”，他给我的回答说“不一定”，因为材料这个东西很难说，大家因为大家在研究的很多，也许一夜之间找到了新的材料，它可以具备这个性能，我觉得对我们这种能源的革命会起到非常大的决定性的作用。
第三个是分布式能源规划设计。这也是需要值得研究的。
目前株洲所已开展的工作。
第一主要是对一些理论的研究，包括大容量电力电子混合系统，多时间尺度动力学表征与运行机制研究，通过验证实际上我觉得未来微电网也好，我们叫物联网也好，这里面可能确实有很多更多的理论问题，或者说一些细节的问题，必须做到极致，才有可能把这个技术用得更好。
第二我们在做的是关于电力电子器件应用的事情。刚刚前面主持人也介绍了，株洲所实际上面搞办到其器件特别是大功率电力电子的，到现在为止从64年我们开始搞，已经有50多年，最早原来做的可能是这种大的这种晶闸管，我们在06年开发了世界上面第一个晶闸管，包括现在我们开发了IGBT，到08年我们收购英国公司之后，搞了8英寸的IGBT，各位专家们如果有兴趣，到时候会安排你们去看一看，从这几年应该说我们通过10年的努力，现在本身器件这个性能水平来说，我自己给自己的评价，不能说是世界领先，至少是走进了世界的第一方阵，在大功率的IGBT这一块。
同时通过器件现在主要是做这些包括无功补偿器，为什么我们无功补偿这块我们一直在做？源于我们铁路这种供电方式，因为我们铁路是供电壁，一边供电的时候另外一边是不平衡的，我一致认为未来包括我们微电网，智能，所谓的物联网运用的时候，这种不平衡是不可避免的，你不能要求用户说你这个供电壁和那个供电壁，我们都同时用，这是别人需求的，有人喜欢开空调，有人觉得要开大点，有人觉得要开小一点，这种情况下我个人觉得，这种无功补偿或者这一块怎么去调节，把三项不平衡调成三项平衡，这个技术在未来的分布式物联网里面，我认为一定会得到很好的应用。在这一块确实我们这几年，也包括我们做了风力发电，在风力发电这一块我们其实在这一块更多的是对有些技术的研究，做的还是比较深的，细的我不说了，由于时间关系，有兴趣我们可以接下来再做一些交流。
第二块我们做的就是关于光伏发电这一块。我们也尝试，实际上我们主要是做变流器的，尝试做了EPC电站，做这个电站的目的，实际上不是我们的目的，我们更多的是想在这块智能的微电网，这里面的一些技术想做一些探讨，提供一些解决方案，也是对未来整个物联网打下一些基础。
第三个是包括我们储能器件，我就不说了，包括电池等等，这一块我们只是做一些组装而已。
另外，我们也做了小工业区的微电网应用，大家有兴趣我们可以接下来再聊。包括我们在高铁这块，我个人认为高铁这一块应该说未来怎么去做互联，把互联网或者物联网用得最好，还是值得研究，特别是我们现在城市轨道交通，像地铁这一块，因为我们地铁这一块其实地铁在里面跑，它是动的，其实它所有的车的这些设备的利用的实际上面，都是静止的，这一块我最近跟很多地铁公司的老总们都在交流，因为现在基本上由于地铁，我们大家都知道，快加速，快制动，它很多制动的能量是没有吸收的，都是被浪费掉了，所以我一直跟他们讲，实际上地铁最有可能做成一个小的物联网，比如说下面电梯，电梯要通风，电梯要照明等等，怎么有机的构成一体，这可能会做到很好的节能，这块确实值得我们去做更多的研究。
最后，谈一下展望。
应该说分布式电网，包括外来物联网，我更多的觉得人工智能，大家知道，肯定是分布式能源大势所趋。因为物联网必须要跟大数据、云计算、职工智能相互结合到一起之后，才能使这个系统变得更完美。
我们前不久在交流，关于张家口要搞冬奥会，我们想搞一个智能列车，我后来想能不能把智能列车或者智能高铁搞个定义，我想来想去，跟他们交流，我觉得“智能”两个字可能随意定义不出来，因为变化太快了，今天像我50好几岁的人去想，5年、未来几年，新技术到底怎么发展，可能让10岁20岁的人想的更快一些，思维更敏捷一些，很多东西到我们这个年纪的可能想不出来，早几年我还跟他们说，我说我觉得现在最大的就是小孩子用的支付宝，我因为不用微信，不用微信的原因我跟他们说，要有微信每天至少花一小时或者两小时时间，去看看别人给我的微信，他有什么事情，但是每天去看我觉得也没那么多时间看，后来有一次我突然发现，公司门口卖包子的说1块钱，我看小孩用手机支付，我停下来看一下，卖包子都是用支付宝，所以我说我们真的是赶不上时代了。所以我认为未来技术发展，现在太快，未来到底啥样？我真的不知道。
下面介绍几点研究方向。
第一智能传感。这一块大家都有共识，怎么通过传感技术把信息引回，这是肯定的。
第二对能源的预测和电力系统的可用性评估。我一直认为要搞都必须要形成一个很好的法规，我们中国人做事很多不太好的习惯就是反正想到哪儿做到哪儿，跟70、80年代香港人拍电视剧一样的，可以拍很长，因为也没人写剧本，想到哪写到哪就拍到哪，但是我觉得我们搞技术可能未来确实我们需要我们把它规划好，包括怎么去做好互联网，包括电网的CPS等等，我觉得确实这块需要我们做一些研究，我的汇报就到这儿，谢谢大家！
（能见App根据速记整理，未经发言嘉宾审核）
