根据《中国建筑节能年度发展研究报告2019》数据统计，建筑电耗已占到社会总电耗28.3%，暖通空调等环境设备电耗占到建筑电耗的60%以上。随着煤改电等建筑再电气化、车电动化和新能源光伏建筑一体化等进程的推进，日渐增加的随机性冲击负荷用电需求、间歇性光伏风电消纳需求与电力供给矛盾将进一步加剧，对电力系统带来巨大挑战。
国家提出“碳达峰”、“碳中和”重大战略目标和“构建以新能源为主体的新型电力系统”任务，“双碳”目标驱动绿色经济加快转型，深刻影响近用户侧的能源消费与产业形态。终端用电设备需要进一步适应未来能源消费形式，从功能设备电器升级为对环境更加友好的能源信息化设备，更好地实现与新能源和电网响应联动；基于直流充电、空调变频等典型近用户侧终端用电转型和电力电子技术广泛应用的基础，推进电器设备走向更智慧的直流化，将更便捷地消纳光伏、快速地发展储能，实现高效、极简、安全的直流新生态。
本报告梳理了电器直流化的演变历程，阐述了电器直流化的内生诉求和外部动力，提出了未来家居分区供用电的本质安全用电构想和直流电器产品设计方向，探索了基于LVDC架构的未来家居能源系统不同场景下的智慧管理，并探讨了LVDC技术的发展未来。
本报告旨在抛砖引玉，期望更广泛地协同行业伙伴，共建清洁、安全、可靠、智慧、高效的人居工作环境和美好新生活，实现近用户侧零碳生态愿景，做未来崛起的力量。
01清洁低碳与电器新能源直流化
绿色能源光伏
根据国家能源局2013-2020年统计数据，近8年我国光伏装机容量增长了13倍。
（图1 2013-2020年我国光伏装机容量）
太阳能光伏技术快速发展和迭代，促使全球光伏组件的成本十年降幅超过90%，光伏发电成本降82%，光伏发电进入“平价上网”时代。
（图2 2007-2020年光伏组件及系统价格走势）
2020年在光伏行业协会年度大会上，国家能源局新能源司副司长任育之表示：将出台强制标准要求在建筑物上安装光伏，未来太阳能将成为建筑的主要能源来源之一。能源供给的变革必然深刻影响人类生产生活。
电器直流化
电力电子技术的发展直接推动了电器直流化的进程，经历了“功能化——精细化——适配化——直流化”的演变。
（图3 电器直流化演变）
电器的发明最初是为了解决人们日常生活需求，之后为了提高舒适性、高效性、智能化等各方面的性能，便开始走上了“精细化”、“适配化”的演绎之路。
移动+储能电器
储能技术的发展，带来移动消费电子快速的发展和广泛应用，从智能手机、平板电脑、智能穿戴设备，渗透到智能家居单品及生活电器，逐步到户用级储能应用。2019年疫情导致车载电器产品需求激增，市场上也出现各种各样的车载直流电器。储能本身呈现直流特性，智能电器本质上也是低压直流供电，直流以成为移动类电器更友好性对接分布式能源的桥梁，正悄然的改变着消费者的用电习惯，让消费者更深刻地体会到直流供电带来的便捷。
直流电器的萌芽，光伏直流直驱电器
光伏发电应用的普及解决了边远山区/牧区缺电问题，同时也催生了直流照明、灌溉、取暖等各种直流供电电器。2013年格力发布“光伏直驱变频离心机系统”，实现太阳能光伏发直流电直接驱动空调运行，同年12月21日，该技术通过专家评审团联合鉴定，被认定为“全球首创”，达到“国际领先”水平，在光伏发电与大型空调系统直流直驱应用取得重大突破。
光伏+储能的兴起，电器直流化加速发展
光伏发电和储能本体直流化的特性，为直流电器提供了应用场景。低压直流技术能更便捷地实现可再生能源的就地吸收、存储和消纳，其在能源应用中占比大幅提高，极大地促进了直流技术的发展与应用。
02 LVDC本质安全的人居工作环境
低压直流安全
用电安全一直是国计民生最关注的问题之一，低压直流技术的发展有望实现人居生活工作环境本质安全用电。根据家用电器功率等级及使用区域分布，直流家居环境分可为两个区域：安全敏感区和功能区，安全敏感区为人频繁活动的卧室、客厅、书房和餐厅等区域；功能区为室外区域、卫浴区和厨房等区域。
（图4 家居电器功率等级与区域分布）
根据电器直流化发展趋势对直流电器进行全新设计，优化电器功率和电压匹配，并提出一种分区的家居安全用电设计理念，提高家居用电安全性、高效性。
（图5 高低压分区直流家居应用）
基于人居生活工作需求和用电行为特性的分析，近用户侧局域能源互联网系统提出一种直流安全分区用电的架构方案，低压区使用DC48V供电，保证人居环境安全，高压区使用DC400V供电，保证大功率电器用电。打造清洁、安全、可靠、智慧、高效的人居工作环境。
（图6 基于高低压分区的直流供用电系统架构）
03 LVDC丰富可靠的能源供给方式
LVDC源网荷储的最小家居能源互联网系统
分布式光伏、储能、电动汽车和家用电器构建最小家居能源互联网系统，以安全为首要原则，建立简洁的高低压直流双母线架构。高压母线为以制冷设备/家用电器等消费终端为能源中心的发电单元、储电单元、用电单元等高压大功率部件提供接口，保证能源互联网系统整体能源利用效率；低压母线为低压直流负载、分散式储能（电器集成）等提供接口，保证系统整体用电的低压安全化。最小能源互联网系统主要面向家居、独立办公等场景应用。
（图7 家居能源互联网系统）
LVDC三维度交直流双环网社区能源互联网系统
基于源网荷储的最小局域能源互联网细胞架构，自下而上搭建以储能为中心的三维度交直流双环网局域能源互联网系统。三维度交直流双环网局域能源互联网系统主要面向需要三个最小能源互联网系统共同构建的家居级、小型楼宇等场景应用。
（图8 社区能源互联网系统）
LVDC多维度交直流双环网园区能源互联网系统
多维系统基于源网荷储的最小局域能源互联网架构及三维度交直流双环网局域能源互联网系统架构验证基础，自下而上搭建以集中储能、集散储能为中心的多维度交直流双环网局域能源互联网系统。多维度交直流双环网局域能源互联网系统主要面向楼宇、社区、厂房、园区、轨道交通等场景应用。
（图9 园区能源互联网系统）
04 LVDC智慧高效的IEMS系统
LVDC动态自愈自平衡技术
局域能源互联网是一种新型的电力供需网络，借助先进的信息和通信技术实时优化电力系统管理，允许双向电力流和信息流相互作用，提高整体系统的高效性和安全性。通过建立系统源储网荷并网规则，设计系统动态平衡的加减载运行策略，并通过对局域能源互联网能量转换模块的并联控制技术、交直流母线环流抑制技术、系统母线电压平衡稳定控制技术等技术的攻关研究，形成整体动态自愈自平衡控制技术，实现局域能源互联网系统的稳定运行、动态自愈。
（图10 能源信息高效耦合）
LVDC供需联动控制技术
局域能源互联网在面向应用时除了保障系统的稳定运行、动态自愈外，更需要实现系统在商业应用层面的智慧调度管理、能源信息共享。供需联动技术的实现需要局域能源互联网系统能源层及信息层的协同控制，能源层主要通过动态自愈自平衡技术实现对能源调度、需求、共享等的响应，信息层则需要对信息组网等技术的研究来支撑。
（图11 供需联动协同控制）
LVDC坚强系统基础共性技术
与传统电力系统相比，局域能源互联网系统不再是以交流为能量载体的电力供需系统，而是以直流为能量载体的电力供需系统。电力供需系统能量载体的变化意味着当前成熟的电力系统保护技术、通讯技术、计量技术等将不再适用。针对以直流为电力供需网络载体的局域能源互联网需开展相关基础共性技术的研究。
（图12 新型的电力供需网络）
05 全直流供用电
交流电技术在1893年著名“交直流之争”中取得胜利，低压直流应用逐渐退出了历史舞台。一百多年以后，随着新型可再生能源的兴起和技术的进步，低压直流技术又重新踏上历史舞台，开始了一轮新的崛起。
自2015年低压直流技术进入示范实用化以来，全球各地的相关研究及示范项目不断落地，推动了低压直流技术标准和核心装备完善。
*本报告由IEEE PES直流电力系统技术委员会（中国）低压直流技术分委会组织编写，由广东省能源互联网创新中心和珠海格力电器股份有限公司提供。
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