能量

品

考虑供需侧的混合建筑配电系统：简要概述和案例研究

Yongming Zhang， Zhe Yan， Li Li 和 Jiawei Yao *

同济大学建筑与城市规划学院，中国上海200092;zhangyongming@tongji.edu.cn （Y.Z.）;yanzhe199554@tongji.edu.cn （Z.Y.）;lilicaup@tongji.edu.cn （L.L.） *联系方式：jiawei.yao@tongji.edu.cn; Tel.： +86-138-1651-5004

收稿日期：2018-10-08;接受日期：2018-11-06;发布时间：2018-11-8

摘要：随着建筑中直流负载和无线电传输 （WPT） 设备数量的不断增加，为了有效利用可再生能源（输出直流电力），特别是用于建筑一体化光伏 （BIPV） 和电梯的再生能源（也输出直流电），考虑到供电和需求方。拟议的架构是一个混合框架，集成了传统的交流 （AC） 配电系统、直流配电和 WPT 系统。所应用的交直流混合配电系统比单一交流配电系统具有更高的转换效率，这表明前者正在成为建筑配电的重要趋势。此外，案例研究的实验测试结果表明，所提出的建筑可以为 可再生能源和再生能源在建筑中的高效应用提供精细服务。所得成果也可作为推动建筑配电系统发展及其在建筑中相关实际应用的基础。

关键词：建筑配电;建设微电网;交流电 （AC）;直流电 （DC）;无线电力传输 （WPT）;可再生能源;光伏 （PV）;光伏建筑一体化 （BIPV）;电梯再生能源;需求方

介绍

自 1880 年代以来，特斯拉和爱迪生就直流 （DC） 或交流 （AC） 配电技术进行了激烈的辩论。此外，交流配电系统最终占主导地位。

如今，已经发生了巨大的变化。从需求侧来看，建筑中有很多负载需要直流电源，例如计算机和网络设备、发光二极管 （LED） 照明、电梯、变频空调和电动汽车电池，这些将在未来得到广泛使用。此外，无线电力传输 （WPT） 技术已应用于 家用电器和电动汽车领域。从供给侧的角度来看， 分布式能源领域 [1–7]的前景显著增加。这些来源包括电梯的可再生能源、光伏发电、微型涡轮机、风能和燃料电池，所有这些都可以为建筑物提供直流电。特别是对于电梯和光伏建筑一体化 （BIPV） [8\u201213]，它们直接产生直流电。但是，现有的建筑配电系统是基于交流系统，因此直流电应该从直流电转换为交流电，然后再将交流电转换为直流电。如果直流电源直接馈送到直流母线，可以大大提高电源转换效率。因此，迫切需要开发直流配电系统以适应直流可再生能源和直流负载的需求。

能源 2018， 11， 3082;doi：10.3390/en11113082www.mdpi.com/journal/energies

对于直流可再生能源分布式发电的应用，学者们提出了微电网的概念 [14–16]。 直流微电网是一般微电网的一个分支。直流微电网 [17–19] 是直流电源、直流负载和控制设备形式的电网的组合。它包括电梯可再生能源发电、微型涡轮机、风能、太阳能、燃料电池和其他一些分布式电力和储能装置[20–2,3]。在公共直流系统中，所有可单独控制的微功率设备都连接在一起。

各国的许多学者对微电网进行了大量研究，但对直流微电网或建筑配电系统的研究要少得多。美国对微电网的研究主要通过三个项目进行 [24]：（1） 由美国能源部 能源可靠性传输办公室和加利福尼亚能源委员会 （CEC） 资助的 Micr o-grid 研究计划基金;(2）美国能源部和 GE 公司合作，将控制、保护和能源管理整合到一个综合微电网中;（3） 由 CEC 资助的分布式公用事业综合测试 （DUIT） 项目 。欧盟的微电网研究[25]分为两个阶段：第一阶段是第五框架计划（FP5），取得了一些启发性的研究成果;第二阶段是第六框架计划（FP6），其研究范围涉及控制器、更好的控制策略、控制和集成、标准、微电网通信的影响以及一些测试。目前，欧洲的微电网示范项目有希腊岛Snow微电网、德国曼海姆住宅示范项目、西班牙LABEIN项目、葡萄牙Distribuição e parceiros Europeus（EDP）项目、意大利清洁能源解决方案公司（CESI）项目和丹麦ELTRA项目[25]。 日本的微电网研究 [26] 促进了能源供应的多样化，减少了污染，满足了用户的个人电力需求，强调微电网控制和电能存储。到目前为止，日本在建设微电网示范项目方面处于世界领先地位。

中国的直流微电网研究才刚刚起步。2012年9月14日，国家能源局发布《分布式光伏大型示范区公告》《关于分布式光伏发电项目（包括BIPV建设）实施固定机组电费补贴、自发自用和电网超额电费补贴的统一标准。

此外，WPT 技术可以追溯到一个世纪前，当时 Nicola Tesla 引入了基于磁共振的两个环形谐振器的近场耦合。由于能量传输效率会随着距离的增加而强烈衰减，因此无线电力传输技术仅适用于短距离（毫米级）的应用。在家用电器（如笔记本电脑、手机）中，需要远距离（米大小）的电能，以实现高效可靠的非接触式传输[27]。2007 年，麻省理工学院 （MIT） 助理教授 Marin Soljacic 和他的研究团队为无线电力传输领域的“科学”贡献了他们的成果 [28]。通过调整发射器和接收器线圈的谐振频率，他们实现了电磁谐振，并利用自制设备在超过数米的距离内点亮了 60 W 的电灯。传输效率约为 40%，实现了无线电力传输的突破。这项技术的实施引起了学术界和工业界的极大兴趣。

近年来，随着电子设备（智能手机、平板电脑）的发展、无线充电的实际需求以及智能家居和电动汽车充电的发展，人们越来越希望移除 电气设备的最终电缆。因此，电气设备的无线需求趋势 [29–31] 在未来将非常重要 。在传统的交流系统中，WPT 技术要求将低频交流电转换为直流电，然后再将直流电转换为高频交流电。如果 WPT 技术直接应用于直流系统，则可以减少整流器[32–34] （AC/DC），并大大提高功率转换效率。因此，直流系统适用于 WPT 技术。

考虑到供需双方的特点以及 WPT 的需求，本文提出了具有有线/无线系统的 AC-DC 混合建筑配电系统的架构。这种混合建筑配电系统可以提高效率，这是建筑配电系统的趋势。

本文的其余部分组织如下：第 2 节和第 3 节分别介绍了供给侧分布式能源和电梯再生能源以及需求侧直流负载的特性。根据电源侧和需求侧，直流配电系统在第 4 节中介绍。在第 5 节中，介绍了 WPT 在交流系统中的基本原理和应用架构。基于上述内容，第 6 节提出了 AC-DC 混合建筑配电系统的架构。设计的微电网通过在第 7 区的一栋高层建筑中进行实验验证。最后，第 8 节提供了结束语.

建筑供给侧的特点

This section presents the characteristics of distributed energy and elevator regeneration energy, for which DC system is suitable.
本节介绍了直流系统适用的分布式能源和电梯再生能源的特点。

Renewable Energy and Distributed Generation
可再生能源和分布式发电

At present, the renewable energy is mainly solar energy, wind energy, hydropower, biomass, geothermal energy, ocean energy, etc., and the distributed generation is mainly photovoltaic power generation, wind power generation, hydropower generation, gas power generation, fuel cell, etc.
目前，可再生能源主要有太阳能、风能、水电、生物质能、地热能、海洋能等，分布式发电主要有光伏发电、风力发电、水力发电、燃气发电、燃料电池等。

Photovoltaic (PV) power generation and fuel cell directly generate electricity in the form of DC. It is direct DC power supply. It needs a DC/AC inverter [35–37] to integrate into the traditional AC distribution network.
光伏 （PV） 发电和燃料电池直接以直流电的形式发电。它是直接直流电源。它需要一个 DC/AC 逆变器 [35\u201237] 才能集成到传统的交流配电网络中。

The wind power generation [38–42] and gas turbine [43–45] generate electricity in the form of AC. Due to the different rotation frequency of the impeller, the frequency of the AC power is not 50/60 Hz and not directly incorporated into the AC-grid. It is necessary that the distributed generation is incorporated into the AC-grid through AC/DC/AC. In a sense, it can be considered as an indirect DC power supply.
风力发电 [38\u201242] 和燃气轮机 [43\u201245] 以交流电的形式发电。由于叶轮的旋转频率不同，交流电的频率不是 50/60 Hz，也不直接并入交流电网。有必要通过 AC/DC/AC 将分布式发电并入交流电网。从某种意义上说，它可以被认为是间接直流电源。

How to use the renewable energy and distributed generation efficiently is critical to energy conservation [46,47]. Therefore, if the DC distribution system is used, the use of a DC/AC converter in the distribution link can be greatly reduced, which not only reduces the cost of the grid construction and improves the reliability of the grid, but also reduces the loss in the transformation of power and the transmission process.
如何有效利用可再生能源和分布式发电对于节能至关重要 [46， 47]。 因此，如果使用直流配电系统，可以大大减少配电链路中DC/AC变换器的使用，不仅可以降低电网建设成本，提高电网的可靠性，还可以减少电力转换和输电过程中的损耗。

随着可再生能源和分布式发电的快速全面应用，直流配电的优势凸显出来。迫切需要开发直流配电系统和直流微电网，以适应能源发展的需求。

Elevator Regeneration Energy
电梯再生能源

In the electric drive system, motor inevitably has the braking state, namely the power generation process. In this process, because of the motor rotor with external load or the its moment of inertia, the actual speed of the motor is more than the synchronous speed of the output of inverter. Similarly, the elevator as a potential load frequently could be in the energy generating state while the elevator is running. In the elevator with AC-DC-AC frequency conversion, the regenerative energy is stored in a filtercapacitor in the variable frequency DC bus, so that the voltage in the DC bus will gradually increase, and if DC power is not timely released from the capacitor, it will cause the lift to stop running due to overvoltage.
在电力驱动系统中，电机不可避免地具有制动状态，即发电过程。在此过程中，由于电机转子具有外部负载或其转动惯量，电机的实际转速大于变频器输出的同步转速。同样，当电梯运行时，作为潜在负载的电梯经常可能处于发电状态。在AC-DC-AC变频的电梯中，再生能量储存在变频直流母线中的滤波电容器中，使直流母线中的电压逐渐升高，如果直流电不及时从电容器中释放出来，将导致电梯因过电压而停止运行。

At present, there are three methods for dealing with regeneration electricity from an elevator [48]. First, the regeneration energy can be consumed in the brake unit or the brake resistor. Second, the regeneration electricity can be transformed to AC power into public grid. Third, the elevator regeneration energy can be stored for other electrical equipment.
目前，有三种方法可以处理电梯的再生电[48]。首先，再生能量可以在制动单元或制动电阻器中消耗。其次，再生电力可以转化为交流电，进入公共电网。第三，电梯的再生能量可以储存起来供其他电气设备使用。

To be consumed in the brake unit or the brake resistor
在制动单元或制动电阻器中消耗

At present, more than 98% of elevators consume DC energy stored in filtercapacitor, by heating the regenerative resistor. The regenerative resistor is pre-linked up to the DC bus. When the voltage of the DC bus exceeds the preset value, the regenerative resistor is linked up to the DC bus, and regeneration energy, which is stored in filtercapacitor, is consumed by heating the regenerative resistor, until the voltage of the DC bus is lower than the pre-set value. However, it will not only cause energy waste, but also increase the room temperature, so that the room needs to have a heat abstractor installed for cooling, which results in energy waste. Jun Guo and Jinwei Fan introduce an automatic diagnostic method of the coil wearing state through measuring the acceleration curve of the running coil, which is vital for the safety maintenance of the elevator [49].
目前，超过 98% 的电梯通过加热再生电阻器消耗存储在滤波电容器中的直流能量。再生电阻器预先连接到直流母线。当直流母线的电压超过预设值时，再生电阻器与直流母线连接，并通过加热再生电阻器消耗存储在滤波电容器中的再生能量，直到直流母线的电压低于预设值。但是，它不仅会造成能源浪费，还会提高室温，以至于房间需要安装抽热器进行冷却，从而导致能源浪费。Jun Guo 和 Jinwei Fan 介绍了一种通过测量运行线圈的加速度曲线来自动诊断线圈磨损状态的方法，这对电梯的安全维护至关重要 [49]。

To be transformed to AC power into public grid
将交流电转换为公共电网

DC power, which is stored in the capacitor, can be transformed to AC power into public grid, so that there is an obvious energy saving effect. Due to no resistor, the room temperature will not increase, which can save the energy consumption of air conditioning or cooling equipment. Marsong and Plangklang design an energy-regenerative unit for an elevator system, which can feed electricity back into a power grid [50]. However, the renewable energy of the elevator, as distributed energy, has the characteristics of randomness and intermittence, which will cause a certain degree of impact on the quality of electricity. In addition, the renewable energy of the elevator works with the building distribution network, so that it will change the characteristic of unidirectional power flowin a traditional building distribution system. Therefore, the technology has matured, but it is difficult to popularize this technology. Mesemanolis et al. introduce the energy management system, which is implemented through an adaptive neuro-fuzzy controller that adjusts the acceleration/deceleration and rotational speed of the motor according to a fuzzy rale set governed by the travel distance of the elevator and the load [51].
储存在电容器中的直流电能，可以转化为交流电进入公共电网，从而有明显的节能效果。由于没有电阻，室温不会升高，可以节省空调或制冷设备的能耗。Marsong 和 Plangklang 为电梯系统设计了一种能量回收装置，可以将电力反馈到电网中 [50]。但是，电梯的可再生能源作为分布式能源，具有随机性和间歇性的特点，会对电能质量造成一定程度的影响。此外，电梯的可再生能源与建筑配电网络配合使用，因此它将改变传统建筑配电系统中单向电力流动的特性 。因此，该技术已经成熟，但很难普及这项技术。Mesemanolis等人介绍了能量管理系统，该系统是通过自适应神经模糊控制器实现的，该控制器根据由电梯行驶距离和负载控制的模糊罗度集来调整电机的加速/减速和转速[51]。

To be stored for other electrical equipment
存放以备其他电气设备之用

When the elevator is in the state of power generation, the technology of energy feedback can transform mechanical energy of the elevator into electricity, and it can be stored in the energy storage device, then the stored power through the DC-to-AC inverter can be supplied to other electrical equipment. This technology can be in not only on-grid but also off-grid operation with relative flexibility. However, a set of energy storage devices needs to be installed for every elevator, and the cost of the energy storage device is relatively higher. Therefore, this technology has a poor economy, which restricts its popularization and application.
当电梯处于发电状态时，能量反馈技术可以将电梯的机械能转化为电能，并储存在储能装置中，然后通过DC-AC逆变器将储存的电力提供给其他电气设备。该技术不仅可以在并网运行，还可以在离网运行中，具有相对的灵活性。但是，每部电梯都需要安装一套储能装置，储能装置的成本相对较高。因此，这项技术经济性差，限制了它的推广和应用。

In summary, transforming renewable electricity to AC power into public grid has obvious effect of energy saving, but the regenerative energy has randomness and intermittence, which will cause a certain degree of impact on the quality of electricity. At present it cannot be widely applied. Storing renewable energy for other electrical equipment because of the energy storage device, has poor economy. Therefore, it is necessary to further search after the technology of utilization for elevator regeneration energy with better economics for solving the problem of elevator regeneration energy waste.
综上所述，将可再生电力转交流电转为公共电网具有明显的节能效果，但可再生能源具有随机性和间歇性，会对电能质量造成一定程度的影响。目前还不能得到广泛应用。由于储能装置的原因，为其他电气设备储存可再生能源，经济性较差。因此，对于解决电梯再生能源浪费问题，有必要进一步寻找具有更好经济性的电梯再生能源利用技术。

In this paper, we suggest the elevator regeneration energy feed to a DC system which is highly efficientand energy saving.
在本文中，我们建议将电梯再生能量馈送到高效且节能的直流系统。

The Change of Terminal Load on the Demand-Side
需求侧终端负荷的变化

This section presents the development of DC load and WPT demand, which is conductive to being plugged in DC system.
本节介绍了直流负载和WPT需求的发展，有利于直流系统的插入。

The Increase of the Proportion of DC Load on the Demand-Side
需求侧直流负载比例的增加

In recent years, with the development of electronic technology and network communication technology, the proportion of DC load on the demand-side has increased. The result of research showed that certain types of buildings and even the DC load proportion is more than 90% [52], and these changes are mainly in two aspects.
近年来，随着电子技术和网络通信技术的发展，直流负载在需求侧的比例越来越大。研究结果表明，某些类型的建筑物甚至直流负载比例超过 90% [52]，而这些变化主要体现在两个方面。

First, the quantity of the electrical appliances with DC increases. The most common and most representativeelectricalapplianceisthefrequencyconversiondevice. Inrecentyears, withthematurity of frequency conversion technology and the reduction of product cost, a large number of frequency conversion electrical appliances have been developed, produced, promoted and applied, such as elevators, air conditioners, refrigerators, washing machines and other frequency conversion devices.
首先，带直流电的电器数量增加。最常见和最具代表性的电器是频率转换装置。近年来，随着变频技术的成熟和产品成本的降低，大量变频电器被开发、生产、推广和应用，如电梯、空调、冰箱、洗衣机等变频装置。

其次，越来越多的电气设备本质上是直流驱动的电器，需要将传统的交流电转换为直流电，例如常见的电动汽车、电动自行车、液晶电视、LED照明、计算机、网络设备、手机等。

用户终端直流负载的增加是发展直流配电和直流微电网的内在驱动力。

The Development of WPT on the Demand-Side
WPT 在需求方的发展

In recent years, wireless power transmission (WPT) has rapidly developed. WPT technology is mainly based on the electromagnetic induction, electromagnetic radiation, electromagnetic resonance and so on. There are three technical schemes based on wireless power transmission in intelligent buildings [53].
近年来，无线电力传输 （WPT） 发展迅速。WPT 技术主要基于电磁感应、电磁辐射、电磁谐振等。智能建筑中基于无线电力传输的技术方案有三种 [53]。

Microwave radio energy transmission technology usually adopts S band and C band
微波无线电能量传输技术通常采用S波段和C波段

(wavelength is from hundreds of meters to thousands of meters), and is suitable for high-precision directional energy transmission and long-distance transmission, such as low orbit and synchronous orbit satellites, power supply for aerospace vehicles, etc.
（波长从数百米到数千米），适用于高精度定向能量传输和长距离传输，如低轨和同步轨道卫星、航天器供电等。

WPT technology based on the principle of electromagnetic induction is easily realized.
基于电磁感应原理的 WPT技术很容易实现。

The working frequency is from tens to hundreds of kHz, and the transmission distance from several millimeters to several meters. The transmission power is large, and transmission efficiencywith short distance is high, up to 99%, but energy transfer efficiencyhas the strong attenuation with the increase of distance [54]. It has a wide range of applications, such as electric vehicles and medical micro robots.
工作频率从几十到几百kHz，传输距离从几毫米到几米。传输功率大，短距离传输效率高，可达 99%，但能量传输效率随着距离的增加而衰减较强 [54]。 它具有广泛的应用范围，例如电动汽车和医疗微型机器人。

WPT based on the principle of the electromagnetic resonance is still in the experimental stage.
WPT 基于电磁谐振原理仍处于实验阶段。

The frequency is from several MHz to dozens of MHz, and the transmission distance is from several centimeters to several meters with less electromagnetic radiation and electromagnetic interference.
频率从几兆赫到几十兆赫，传输距离从几厘米到几米，电磁辐射和电磁干扰较少。

Therefore, the transmission distance of WPT based on electromagnetic resonance is longer than electromagnetic induction. If there is a breakthrough in the transmission efficiencyin future, it would be possible to apply WPT based on electromagnetic resonance in many fields. It is predictable, WPT technology will be derived from the wireless home appliances, wireless power supply equipment, especially mobile phones, portable computers and mobile power.
因此，基于电磁谐振的 WPT 传输距离比电磁感应长。如果将来在传输效率方面有突破 ，就有可能将基于电磁谐振的 WPT 应用于许多领域。可以预见，WPT 技术将衍生于无线家用电器、无线电源设备，尤其是手机、便携式电脑和移动电源。

DC Power Distribution System in Buildings
建筑物中的直流配电系统

According to Sections 2 and 3, the DC power distribution system is presented in this section.
根据第2 节和第 3 节，本节介绍了直流配电系统。

Architecture
建筑

DC power distribution system structure is configured as shown in Figure 1 [55]. It can be divided as AC/DC converter, the DC bus, the distributed power supply, DC loading, storage, switching and protective devices (not shown in the following figure).
直流配电系统结构配置如图1 所示[55]。 可分为AC/DC转换器、直流母线、分布式电源、直流负载、存储、投切和保护装置（下图中未示出）。

Grid Power 1 Power 2 Power n Accumulators BIPV
电网功率 1 功率 2 功率 n 蓄能器 BIPV

DC/DC DC/DC DC/DC DC/DC DC bus
DC/DCDC/DCDC/DC DC/DC 直流总线

交流/直流

DC/DC DC/DC DC/DC DC/DC
直流/直流DC/直流DC/DC 直流

Load 1 Load 2 Load 3
负载 1负载 2负载 3

Inverter Air DC House DC charge Load n Conditioner Appliance spots
逆变器 Air DC House DC 充电Load n Conditioner设备点

Figure 1. Architecture of building direct current (DC) distribution system.
图 1.建筑直流 （DC） 配电系统的架构。

Article [56] gave an overview of the key technology of DC power distribution systems. Japaneseresearchersconsidertaking380VDCbusvoltageismoreappropriateandhasbeenrecognized by the relative American organizations, and also a dual bus system including using a DC/DC converter to get a 45 V low voltage [56,57], that means a large high voltage to the power DC load to provide power, while low-voltage to low-power appliances. However, DC power distribution system should particularly pay attention. Protective devices, such as circuit breakers, can improve the reliability of the system. Additionally, there has already been some mature practical application [58].
文章[56] 概述了直流配电系统的关键技术。日本研究人员认为 380VDC总线电压更合适，并且已经得到了美国相关组织的认可，而且还是一种双总线系统，包括使用 DC/DC 转换器获得45V 的低电压[5657]，这意味着对电源为直流负载提供动力，同时为低电压的电器提供低功率的电器。但是，直流配电系统应特别注意。保护装置（如断路器）可以提高系统的可靠性。此外，已经有一些成熟的实际应用[58]。

The AC/DC converter with six insulated gate bipolar transistors (IGBT) can be constructed into a bidirectional converter. Its role is the rectifier to provide controlled power to the DC bus when the distributed power supply in the building cannot meet the current load of electricity. The IGBT rectifier overcomes the problem of low power factor and harmonics which exists in conventional diode bridge rectifier circuits, and electromagnetic compatibility (EMC) harmonics to a minimize point. When distributed power generation has an excess load, the AC/DC converter can transport DC side of the inverter to the grid electricity. However, if the distributed power capacity is small, which means that the power grid may not allow feedback, this time the AC/DC converter can be used as a simple inexpensive bridge rectifiercircuit, with only one-way transmission of AC power to the DC load. AC/DC converter output voltage should be lower than the normal DC bus voltage, and only work when the bus voltage is below the set threshold.
具有 6 个绝缘栅双极晶体管 （IGBT） 的 AC/DC 转换器可以构建成双向转换器。它的作用是整流器，当建筑物中的分布式电源无法满足当前的电力负载时，向直流母线提供受控电源。IGBT 整流器克服了传统二极管桥式整流器电路中存在的低功率因数和谐波以及电磁兼容 （EMC） 谐波的问题。最小化点。当分布式发电负载过重时，AC/DC 转换器可以将逆变器的直流侧输送到电网电力。但是，如果分布式电源容量较小，这意味着电网可能不允许反馈，此时 AC/DC 转换器可以用作简单廉价的桥式整流电路，只需将交流电单向传输到直流负载。AC/DC转换器输出电压应低于正常的直流母线电压，并且仅在母线电压低于设定阈值时工作。

Voltage Levels
电压电平

电压水平是直流配电系统的重要因素之一。不合适的电压等级可能 对电网建设和运行的经济性、安全性和发展产生重大影响。根据轨道交通、通信、造船等的直流电压等级（表1），考虑直流配电系统的相关因素，文章 [59]初步选择 240 V、336 V、380 V 作为低压配电的电压等级;然后，文章使用模糊综合评价方法对三个电压等级进行评估（表2）; 最后，文章得出结论，低压配电的最优方案是380V，电压等级和小容量直流负载不统一的问题可以通过换向技术来解决。

表 1.中低压 （V） 直流电源系统的电压等级。

表 2.三个低电压等级的定量模糊综合评价。

WPT 在建筑交流配电系统中的应用

本节介绍了 WPT 在 AC 系统中的基本原理和应用架构。

WPT 的基本原则

无线电力传输技术具有其独特的优势，由于电源与电气设备之间完全电气隔离，因此在传统的有线电源中是不存在的。因此，对无线电力传输的机理和实现进行了大量分析和研究，可以概括为以下三种方式：微波辐射、感应耦合和磁耦合谐振。

微波辐射（图2）：WPT通过无线电波可以更有方向性，而且

可能具有较长距离波束和较短电磁辐射波长的特性，通常在微波范围内[60\u201262]。整流天线可以将微波能转化为电能，现在已经实现了95%以上的转换效率。

图 2.通过微波辐射进行无线电传输 （WPT） 的基本结构示意图。

对于大多数空间应用，由于衍射天线的方向有限，微波功率波束需要巨大的孔径尺寸。例如，1978年，美国国家航空航天局（NASA）通过直径为1 km的发射天线和直径为10 km的接收天线接收到一个2.45GHz的微波[63]。

第二次世界大战后，随着腔磁控管的发展，研究人员开始通过微波研究 WPT。1964 年，直升机首次由微波动力驱动[64]。1975 年在加利福尼亚进行了数十千瓦的实验[65， 66]。这些方法的距离可达一公里。

2013 年，HatemZeine介绍了如何利用与Wi-Fi 相同的射频，通过相控阵天线在 9m 的距离内传输无线电力。2015 年，研究人员推出了 Wi-Fi 电源，它可以从 Wi-Fi 路由器为电池充电，并为 6 米范围内的摄像头和温度传感器供电。

电感耦合（图3）：功率以磁性方式在线圈之间传输

田。发射线圈与接收线圈形成变压器[67， 68]。在发射线圈 （L1） 中用交流电源产生振荡磁场 （B）。根据法拉第定律，感应交流电由接收器线圈 （L2） 接收。感应交流不仅可以直接驱动负载，还可以通过整流转换为直流。在大多数系统中，传输效率随着频率的增加而增加[68]。

图 3.通过电感耦合的 WPT 的基本结构示意图。

电感耦合是WPT 最广泛的方法，几乎是唯一商业化使用的技术。它不仅适用于潮湿环境中的电器，还适用于生物医学假肢设备[69–71]。

磁耦合谐振（图4）：磁耦合谐振[72] 是一种类型

感应耦合，它在磁场中的两个谐振电路之间传输，一个在发射器中，另一个在接收器中。每个谐振电路由一个带有电容器的线圈、一个自谐振线圈或一个带有内部电容器的谐振器组成。这两个电路以相同的谐振频率谐振。

图 4.通过磁耦合谐振的 WPT 的基本结构示意图。

通过使用谐振，可以在较弱的磁场中以更远的距离传输相同水平的功率[72]。磁耦合谐振可以在线圈直径的 4 到 10 倍范围内实现高WPT效率 [73]。 此外，谐振电路之间的相互作用比它们与其他非谐振物体之间的相互作用更强，因此可以忽略由于吸收其他物体而造成的功率损失。

然而，磁耦合谐振的一个缺点是，当两个谐振电路紧密耦合时，谐振频率不是恒定的，而是会分裂成两个谐振峰值 [7475]，从而实现最大的WPT效率不会在 PrimitiveResonant 频率处发生。振荡器的频率需要调整到一个新的谐振峰值。

Resonant 技术现在已广泛应用于现代 WPT 系统。未来，该技术将应用于区域 WPT 覆盖。房间内的线圈可以为家用电器供电，从而大大减少过时的电池。

交流配电系统中 WPT 的架构

对于 WPT 技术的应用，有必要将工业频率转变为高频。在现有的技术条件下，需要将工频交流电改造成直流电，然后再改造成需要的高频交流电。因此，对于WPT技术在传统建筑交流配电系统中的应用，其架构不可避免地增加了整流链路（AC/DC），如图5[7677]。

图 5.WPT 在构建交流 （AC） 配电系统中的架构。

拟议的建筑配电系统和建筑微电网的架构

本节考虑到分布式能源和电梯再生能源的应用以及直流负载和 WPT 需求的发展，针对建筑配电系统进行了优化以适应这一趋势，然后提出了交直流混合配电系统的架构。

构建配电系统架构的研究方法

如前所述，要将直流电转换为交流电，传统的交流系统需要使用DC/AC逆变器，这带来了效率的损失。此外，在 WPT 的应用中，不可避免地需要从直流系统或直流总线获得支持。可以看出，传统的交流系统在接入直流负载和 WPT 技术方面的能源效率较低。

因此，为了使建筑配电系统适应直流负载和WPT技术的发展和变化，需要构建混合系统，这样可以提高整体效率，增强AC、DC和WPT之间的兼容性和互补性。图6显示了传统交流系统与混合系统拟议架构之间的比较。

直流

分布式 AC/DCDC负载WPT 需求

权力

直流/交流

交流总线

交流/直流

f = 50/60赫兹

AC Traditional
AC 传统

AC Grid AC/DC DC DC/AC high- AC system
交流电网AC/DCDCDC/AC高交流系统

频率

AC load
交流负载

DC
直流

distributed DC load WPT demand
分布式直流负载WPT 需求

权力

DC bus AC/DC
直流总线AC/DC

交流/直流

Proposed AC Architecture of AC Grid DC/AC high- hybrid system frequency
拟议的交流电网DC/AC高混合系统频率的交流架构

AC bus
交流总线

f = 50/60 Hz
f = 50/60赫兹

AC load
交流负载

Figure 6. The comparison between traditional AC system and proposed architecture of the hybrid system.
图 6.传统交流系统与拟议的混合动力系统架构之间的比较。

The Architecture of the Power Distribution System
配电系统的架构

According to the analysis of the distributed generation (especially photovoltaic) characteristic, DC electric appliances (especially electric vehicle charging) and the development of WPT technology, it is predictable that there will be a series of significantchanges in power distribution system in intelligent buildings in future.
根据对分布式发电（尤其是光伏）特性、直流电器（尤其是电动汽车充电）和WPT技术发展的分析，可以预见 ，未来智能建筑的配电系统将出现一系列重大变化。

The relationship among energy supply, load, distribution system and storage: The terminal
供荷、配电系统与储能的关系：终端

users become more complex, because they increase not only the distributed generation, but also the energy storage device. It could form the buildings electric micro-grid and the energy micro-grid of the combined cooling heating and power system.
用户变得更加复杂，因为他们不仅增加了分布式发电，还增加了储能设备。它可以形成建筑物的电力微电网和供热电联供系统的能源微电网。

Power distribution system: It is transformed from the traditional single AC system to the AC
配电系统：由传统的单交流系统转变为交流系统

and DC hybrid power distribution system. In some applications it could build principally DC system or pure DC system, such as a data center.
和直流混合配电系统。在某些应用中，它可以主要构建直流系统或纯直流系统，例如数据中心。

Power transmission mode: It is transformed from the traditional single wired power
输电方式：由传统的单线供电改造而来

distribution mode to the wired and wireless hybrid power distribution system. The mobile and portable devices will adopt wireless mode.
配电方式向有线和无线混合配电系统供电。移动和便携式设备将采用无线模式。

Therefore, in order to meet the needs of users and consider the change of distributed generation, the architecture of power supply and distribution needs to be developed and perfected. In this paper, the architecture of the building power distribution system based on the demand-side is presented, as shown in Figure 7. It is a hybrid structure including an AC and DC power distribution sub-system, wired and wireless power distribution sub-system. In this hybrid structure system, the DC bus is the basic sub-system, and the wireless power distribution sub-system is based on the DC bus at the terminal with the wireless charging device.
因此，为了满足用户的需求，考虑分布式发电的变化，需要开发和完善供配电的架构。本文介绍了基于需求侧的建筑配电系统的架构，如图7 所示，它是一个混合结构，包括交直流配电子系统、有线和无线配电子系统。在这个混合结构系统中，直流母线是基本子系统，而无线电能分配子系统则基于终端处带有无线充电装置的直流母线。

交流巴士

Distribut- AC load
配电交流负载

ion Grid such as fan Relsoiastdive AC Load and pump
离子网，如风扇 Relsoiastdive AC 负载和泵

Bidirectional Elevator. Electric AC/DC BDIPGV DG/Load storage
双向电梯。电力 AC/DC BDIPGV DG/负载存储

装置

DC/DC Bidirectio- Bidirectio- nal DC/DC nal DC/DC
DC/DC双向 DC/DCnal DC/DC

直流总线 1

DC/DC DC/DC DC/DC
直流/直流DC/DCDC/DC

直流/直流

EV Variable LED lighting
EV 可变 LED 照明

频率

DC load load DC load
直流负载负载直流负载

直流总线 2

DC/AC DC/AC DC/AC DC/AC high- high- high- high- frequency frequency frequency frequency
DC/ACDC/ACDC/AC DC/AC高高频高频频率

WPT

AC/DC AC/DC AC/DC AC/DC DC/DC DC/DC DC/DC DC/AC
交流/直流交流/直流交流/直流 交流/直流 交流/直流 直流/直流直流/直流直流/ 交流

EV
电动汽车

DsmCa llloa housd suceholh ad s DC lporoad tasbluceh as AC load DC load appliances equipment
DsmCa llloa housd suceholh ad s DC lporoad tasbluceh as AC Load DC LoadAppliances设备

Figure 7. The architecture of the building power distribution system based on the demand-side.
图 7.基于需求侧的建筑配电系统的架构。

In addition, based on this hybrid structure, a building micro-grid can be obtained which is an AC and DC hybrid micro-grid. In this building micro-grid, there are power sources such as PV, BIPV or/and wind power and energy storage devices such as a battery or supercapacitor, so the building micro-grid is an independent energy system which can run under grid-connected and grid-unconnected models. This building will benefitfrom power reliability, energy saving and high efficiencyfrom the building micro-grid.
此外，基于这种混合结构，可以得到一种建筑微电网，即交直流混合微电网。在这个建筑微电网中，有光伏、BIPV或/和风能等电源以及电池或超级电容器等储能装置，因此，建筑微电网是一个独立的能源系统，可以在并网和未并网模式下运行。该建筑将受益于建筑微电网的电力可靠性、节能性和高效率。

效率与交流系统相比，直流系统的提升

根据文章[78]，交流系统将具有效率约为 85% 的不间断电源 （UPS） 和效率为 73% 的电源。 与交流系统相比，直流系统的效率如表3所示，因此，可以实现超过 28% 的效率提升。

表 3. 交流和直流配电系统的系统效率。

与交流系统相比，WPT 在直流系统中应用的优势

如上文 5.2节所述，对于无线充电桩的应用，传统交流系统中不可避免地增加了整流链路（AC/DC）。如果建筑物内有直流母线，可以节省整流链路的硬件，提高电能的利用效率。

建筑物中直流微电网的应用案例研究

建筑物中的 q DC 微电网案例

我们提案方法中的系统在位于独墅湖科学和中恒设计中心大楼（图8）的高层建筑中通过实验验证了苏州市苏州工业园区教育创新区（靠近上海市）。该建筑是一栋高层办公楼，地上23层，地下3层，总建筑面积77000m2 ，是国家三星级绿色建筑设计项目。

图 8.中恒设计中心大楼。

供需双方的特性相互匹配，因此构建了具有 0.6 kW 小型风力发电、2 kW 光伏、燃气轮机等的直流微电网系统，该系统可以高能效地容纳配电能源和负载供应能源。根据苏州的天气数据，风能和太阳能的年发电量分别为 1971 kWh 和 2336 kWh，完全相当于减少了 6.16 吨 CO2在本实验中，我们重点关注再生能源。并非所有设备（光伏、风力涡轮机等）插入直流微电网。此外，在下面的实验中，我们将通过使用直流微电网将电梯与分布式能源连接起来。电梯因其运行特性而可以看作是电源和负载。此外，电梯的实验系统易于在工程中构建和实现。因此，以电梯为例，它被用于验证用于可再生能源和再生能源应用的建筑配电系统。

电梯再生能源的应用

实验在位于23 楼的电梯机房进行，机房内安装了四台变压变频 （VVVF） 电梯。每台电梯的永磁同步曳引机功率为 28 kW，变频驱动 （VFD） 功率为 37 kW，电梯额定速度为 3 m/s，电梯负载为 1350 kg。

电梯直流微电网的设计（图9）isbasedon 超级电容器。当产生再生能量时，它可以通过使用直流母线馈送到其他电梯，然后将剩余的再生能量储存在超级电容器中。当直流母线的电压下降时，超级电容器可以快速向电梯输送能量。超级电容器的使用减少了再生能源的浪费以及电梯机房空调的能耗。图例1~4为 VFD，电表 V1 为多功能电表，可记录电压、电流、功率、能耗等参数。超级电容器的容量应不小于电梯在满负荷循环周期内的放电电功。经过计算，超级电容器的总电功应大于 0.358 kWh，并且

超级电容器 （C3） 的容量应大于 10.46 F。

图 9.电梯设计采用直流微电网系统。

确定承载能力变化与能源效率之间的关系

在电梯运行中，制定了以下实验来模拟有和没有电梯节能装置的电梯的实际运行。一个人（75公斤）没有任何重量模拟为空负载，一个人（75公斤）体重 500公斤模拟为半负载，一个人（75 公斤）体重 1000 公斤模拟为满负载。我们分别操作电梯 10 次，具有 3 种负载状态。有节能装置的电梯能耗表示为 E1，无节能装置的电梯能耗表示为 E2为了模拟电梯运行的随机性，电梯每次从从 1 楼到 10 楼，然后到 12 楼，最后到 20 楼，然后从 20 楼下降到 12 楼，然后到 10 楼，最后到 1 楼。图10 显示了处于上升状态的节能设备的输入/输出电功率之一。

10

5第 1 名 第 10 名 第 12 名 第 20名

地板地板FlooR 0

-5

-10

-15

-20

-25

-30 -35

1 11 21 31 41 51 61 71 81

时间 （s）

图 10.处于上升状态的节能装置的输入/输出电力之一。

实验结果

节能率形式为：

h=2 E1100%（1）

E

E2 型

其中E1是有节能装置的电梯能耗，E2是没有节能装置的电梯能耗。如图11 所示，能源效率

三种测试情况下的比率分别为 15.87%、18.74% 和 23.1%，平均为 19.24%。

3.50 40.00%

3,026 3,030

3,0035,00%

2.50 2.327 2.532 2.462 30.00% 2.130

25.00% 2.00

1.50 23.10% 20.00% 18.74% 15.00%

1.00 15.87% 10.00%

0.50 5.00%

/kWh0.00% 空载 （75 kg）半载 （575 kg）满载 （1075 kg）

带节能装置无节能装置 节能率

图 11. 实验中的能耗和能效。

讨论

与在电梯运行中使用加热电阻器相比，这种基于超级电容器的电梯直流微电网系统设计降低了约 19.24% 的能耗，这意味着电梯 再生能源的高效利用。

从直流和交流系统的比较来看，直流系统比交流系统效率更高。当电梯采用交流系统时，需要利用逆变器将再生能量转化为交流电，这大约会带来 2% 的效率损失。此外，当再生能量馈送到电梯时，需要通过使用整流器将其转化为直流电，其效率约为 98% [78]。一般来说，交流系统的总效率比直流系统低 4% 左右。

电梯的直流微电网具有可扩展性，可以连接到建筑中的其他直流微电网，如BIPV和风力发电系统。在下面的实验中，我们将通过使用直流微电网将电梯与分布式能源连接起来。

此外，超级电容器具有高功率的特点，可在快速充放电的条件下（如电梯、汽车和火车）而不是长期储能时使用。相反，传统电池适应于分布式能源的存储。基于超级电容器和传统电池的混合储能系统可以处理分布式能源与电梯再生能源之间的不兼容问题，这将有助于混合建筑配电系统的广泛应用。在接下来的研究中，我们将重点介绍混合储能系统。

结论和期望

本文基于需求侧分析了建筑配电系统的三大变化：（1）分布式能源的特点;（2） 直流负载的增加;（3） WPT 需求趋势。本文提出了基于供需侧的建筑配电系统架构，是未来建筑配电系统发展的趋势。

该建筑配电系统是 AC-DC 混合配电系统/混合微电网系统和有线/无线混合输电系统。系统的多样性不仅保证了效率，而且满足了不同需求的需求。在所提出的建筑配电架构中，直流微电网是系统的核心和纽带，它与交流配电网和分布式发电相连，并与WPT系统相连。混合配电系统比传统交流配电系统效率提高约 4%，适用于分布式能源和再生能源的接入，有利于直流负载和 WPT 需求的插件，这意味着节省了整流硬件。 在本实验中，电梯的直流微电网系统可降低约 19.24% 的能耗。

然而，拟议的建筑物直流微电网系统框架仍处于探索阶段。本文验证了电梯直流微电网系统。在下一个实验中，我们将进一步验证电梯微电网和分布式能源微电网之间的互连。此外，由于电梯再生能源和分布式能源的功率水平和工作水平不同，基于超级电容器和传统电池的混合储能系统需要进一步研究。此外，需要注意的是，无线电传输的施工需要注意设备的电磁兼容性和建筑物的安全性

电磁环境。

作者贡献：Methodology、Y.Z.、L.L. 和 J.Y.;写作-原始草稿准备，Y.Z.;调查，YZ;资金收购，Y.Z. 和 J.Y.;写作审查与编辑，Z.Y.;可视化，Z.Y.;数据管理，Z.Y.

基金资助： 科技部国家十三五重点项目，批准号2017YFB0903404，基本科研业务费专项资金中央高校，102472015118，江苏省科技支撑计划项目，BE2014830，中国博士后科学基金资助项目，批准号2018M632162，上海市城市更新与空间优化技术重点实验室开放项目基金，201810101号。

致谢：本实验研究得到了ARTSGroupCo.，Ltd. 的支持。不仅提供了实验场地和设备，还为实验的进行提供了便利。

利益冲突：作者声明没有利益冲突。

引用

马，W.;方 S.;刘 G.;Hou， R. 分布式能源系统的区域负荷预测建模。应用能源 2017， 204， 181–205. [交叉引用]

马夫罗马蒂迪斯，G.;奥雷霍尼格，K.;卡梅利特，J.分布式能源系统最佳设计的不确定性表征方法综述。更新。维持。能源修订版 2018， 88， 258–277。 [交叉引用]

明，Z.;欧阳， S.;许，S.;葛 Y.;中国分布式能源发展总体回顾：现状、障碍和解决方案.更新。维持。能源修订版 2015， 50， 1226–1238。 [交叉引用]

特瓦哈，S.;拉姆利，M.A.M.混合分布式能源发电系统的优化方法综述：离网和并网系统。维持。城市社会 2018， 41， 320–331. [交叉引用]

阿卜杜穆勒;加斯特利;本-布拉欣 L.;豪阿里，M.;Al-Emadi，N.A.A.应用于可再生能源分布式发电集成的优化技术。更新。能源 2017， 113， 266–280。 [交叉引用]

张 Y.;邓，S.;倪，J.;赵 L.;杨 X.;李明混合工作流体在柔性分布式能源系统中可行应用的文献研究.能源 2017， 137， 377–390。 [交叉引用]

梅希根，L.;迪恩，JP;加拉乔尔，B.P.Ó.;Bertsch， V.分布式发电 （DG） 在未来电力系统中的作用回顾。能源 2018， 163， 822–836。 [交叉引用]

马尼，M.;雷迪，BVV;斯里纳特，M.;Lokabhiraman， S.;Anandrao， A. 班加罗尔气候响应型 BIPV 研究设施的设计。在 2007 年 ISES 世界大会论文集（第 I 卷至第 V 卷）中;施普林格：柏林/海德堡，德国，2008 年;第 356-360 页。[CrossRef]

Jelle， BP 建筑集成光伏：对当前技术现状和可能的研究途径的简要描述。能源 2016， 9， 21. [交叉引用]

舒克拉，AK;苏达卡，K.;巴雷达尔，P.BIPV 产品技术的最新进展：综述。能量构建。 2017， 140， 188–195. [交叉引用]

Rauf， S.;瓦哈卜，A.;里兹万，M.;拉苏尔，S.;Khan， N. 直流电网在智能电网中有效使用太阳能光伏系统的应用。Procedia Comput.科学。 2016， 83， 902–906. [交叉引用]

美国能源信息署。对建筑物领域的分布式发电进行建模。在线查阅：https://www.eia.gov/outlooks/aeo/nems/2013/buildings/（2013 年 8 月 29 日访问）。

萨雷塔，E.;卡普托，P.;弗龙蒂尼，F.城市环境中 BIPV 建筑幕墙能源改造的综述研究.维持。城市社会 2019， 44， 343–355. [交叉引用]

拉塞特，RH;Paigi， P. 微电网：概念解决方案。2004 年 6 月 20 日至 25 日在德国亚琛举行的 2004 年 IEEE 第 35 届电力电子专家年会论文集;第 6 卷，第 4285-4290 页。[交叉引用]

Lasseter, R.H. MicroGrids. In Proceedings of the IEEE Power Engineering Society Winter Meeting, New York, NY, USA, 27–31 January 2002; Volume 1, pp. 305–308. [CrossRef]
拉塞特，RH 微网格。IEEE 电力工程学会冬季会议论文集，美国纽约州纽约市，2002 年 1 月 27 日至 31 日;第 1 卷，第 305-308 页。[CrossRef]

Shi, J.; Ai, Q. Application of DC micro-grid in modern building. Modern Archit. Electr. 2010, 1, 47–51. (In Chinese)
石 J.;Ai， Q. 直流微电网在现代建筑中的应用.现代建筑。电气。 2010， 1， 47-51. .

Zhang, R.; Lee, F.C.; Boroyevich, D.; Liu, C.; Chen, L. AC load conditioner and DC bus conditioner for a DC distribution power system. In Proceedings of the 2000 IEEE 31st Annual Power Electronics Specialists Conference, Galway, Ireland, 23 June 2000; Volume 1, pp. 107–112. [CrossRef]
张 R.;李，FC;博罗耶维奇，D.;刘 C.;Chen， L. 用于直流配电电源系统的交流负载调节器和直流母线调节器。2000 年 6 月 23 日在爱尔兰戈尔韦举行的 2000 年 IEEE 第 31 届电力电子专家年会论文集;第 1 卷，第 107-112 页。[CrossRef]

Neam, M.M.; El-Sousy, F.F.M.; Ghazy, M.A.; Abo-Adma, M.A. DC-bus voltage control of three-phase AC/DC PWM converters for renewable energy applications. In Proceedings of the IEEE International Electric Machines and Drives Conference, Miami, FL, USA, 3–6 May 2009; pp. 1682–1691. [CrossRef]
内姆，MM;El-Sousy，F.F.M.;马萨诸塞州 Ghazy;Abo-Adma， M.A. 用于可再生能源应用的三相 AC/DC PWM 转换器的直流母线电压控制。IEEE 国际电机和传动会议论文集，美国佛罗里达州迈阿密，2009 年 5 月 3 日至 6 日;第 1682-1691 页。[CrossRef]

Candelaria,J.M.FaultDetectionandIsoloationinLow-VoltageDC-BusMicrogridSystems. Bachelor’sThesis, University of Colorado at Denver, Denver, CO, USA, 2012. Order No. 1509167.
Candelaria，JM 故障检测和IsoloationinLow-VoltageDC-BusMicrogridSystems.学士学位论文，科罗拉多大学丹佛分校，丹佛，科罗拉多州，美国，2012 年。1509167 号命令。

Tronchin, L.; Manfren, M.; Nastasi, B. Energy efficiency, demand side management and energy storage technologies—A critical analysis of possible paths of integration in the built environment. Renew. Sustain. Energy Rev. 2018, 95, 341–353. [CrossRef]
特隆钦，L.;曼弗伦，M.;Nastasi， B. 能源效率、需求侧管理和储能技术——对建筑环境中可能的集成路径的批判性分析。更新。维持。能源修订版 2018， 95， 341–353。 [交叉引用]

Aneke, M.; Wang, M. Energy storage technologies and real life applications—A state of the art review. Appl. Energy 2016, 179, 350–377. [CrossRef]
阿内克，M.;Wang， M. 储能技术和现实生活应用——最新综述。应用能源 2016， 179， 350–377。 [交叉引用]

Pandžic,´ H.; Dvorkin, Y.; Carrion, M. Investments in merchant energy storage: Trading-off between energy and reserve markets. Appl. Energy 2018, 230, 277–286. [CrossRef]
潘季奇，' H.;德沃尔金，Y.;Carrion， M. 商业储能投资：能源和储备市场之间的权衡。应用能源 2018， 230， 277–286. [交叉引用]

Tummuru, N.R.; Mishra, M.K.; Srinivas, S. Dynamic energy management of hybrid energy storage system with high-gain PV converter. IEEE Trans. Energy Convers. 2015, 30, 150–160. [CrossRef]
Tummuru， N.R.;M.K. 米什拉;Srinivas， S. 具有高增益 PV 转换器的混合储能系统的动态能源管理。IEEE Trans. Energy Convers. 2015， 30， 150–160. [交叉引用]

Marnay, C.; Robio, F.J.; Siddiqui, A.S. Shape of the microgrid. In Proceedings of the IEEE Power Engineering SocietyWinterMeeting, Columbus, OH,USA,28January–1February2001; Volume1, pp.150–153. [CrossRef]
Marnay， C.;罗比奥，FJ;Siddiqui， A.S. 微电网的形状。IEEE 电力工程学会论文集冬季会议，美国俄亥俄州哥伦布市，2001 年 1 月 28 日至 2 月 1 日;第 1 卷，第 150-153 页。 [CrossRef]

Wang, X.; Ai, Q. DC micro grid research status and prospects of the distribution system. Low Volt. Appar. 2012, 5, 1–7. (In Chinese)
王 X.;Ai， Q. 直流微电网研究现状和配电系统前景.低电压。Appar. 2012， 5， 1-7..

Morozumi,S.Micro-gridDemonstrationProjectsinJapan. InProceedingsofthe2007IEEEPowerConversion Conference—Nagoya, Nagoya, Japan, 2–5 April 2007; pp. 635–642. [CrossRef]
Morozumi，S.Micro-gridDemonstrationProjects在日本。InProceedingsofthe2007IEEEPowerConversion Conference—日本名古屋市名古屋市，2007 年 4 月 2 日至 5 日;第 635-642 页。[CrossRef]

Shen, N.; Li, C.; Zhang, C. Modeling and analysis of wireless power transmission system based on magnetic coupling resonance. Chin. J. Sci. Instrum. 2012, 33, 2735–2741. (In Chinese)
沈 N.;李 C.;Zhang， C. 基于磁耦合谐振的无线电力传输系统建模与分析.下巴。J. Sci. Instrum. 2012， 33， 2735–2741..

Kurs, A.; Karalis, A.; Moffatt, R.; Joannopoulos, J.D.; Fisher, P.; Soljaciˇ c,´ M. Wireless power transfer via strongly coupled magnetic resonances. Science2007, 317, 83–86. [CrossRef] [PubMed]
库尔斯，A.;卡拉利斯，A.;莫法特，R.;Joannopoulos，法学博士;费舍尔，P.;Soljaciˇ c，' M. 通过强耦合磁共振进行无线电力传输。科学2007， 317， 83-86。 [交叉参考] [PubMed]

Hamam, R.E.; Karalis, A.; Joannopoulos, J.D.; Soljaciˇ c,´ M. Efficient weakly-radiative wireless energy transfer: An EIT-like approach. Ann. Phys. 2009, 324, 1783–1795. [CrossRef]
哈马姆，RE;卡拉利斯，A.;Joannopoulos，法学博士;高效的弱辐射无线能量传输：一种类似 EIT 的方法。Ann. Phys. 2009， 324， 1783–1795. [交叉引用]

Zhang, F.; Liu, X.; Hackworth, S.A.; Sclabassi, R.J.; Sun, M. In vitro and in vivo studies on wireless powering
张 F.;刘晓波;哈克沃斯，SA;Sclabassi， RJ;孙 M.无线供电的体外和体内研究

of medical sensors and implantable devices. In Proceedings of the 2009 IEEE/NIH Life Science Systems and Applications Workshop, Bethesda, MD, USA, 9–10 April 2009; pp. 84–87. [CrossRef]
的医疗传感器和植入式设备。2009 年 IEEE/NIH 生命科学系统和应用研讨会论文集，美国马里兰州贝塞斯达，2009 年 4 月 9 日至 10 日;第 84-87 页。[CrossRef]

Imura, T.; Okabe, H.; Hori, Y. Basic experimental study on helical antennas of wireless power transfer for Electric Vehicles by using magnetic resonant couplings. In Proceedings of the 2009 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, Dearborn, MI, USA, 7–10 September 2009; pp. 936–940. [CrossRef]
井村，T.;冈部，H.;Hori， Y. 使用磁谐振耦合对电动汽车无线电力传输螺旋天线的基础实验研究。2009 年 IEEE 车辆动力和推进会议论文集，美国密歇根州迪尔伯恩，2009 年 9 月 7 日至 10 日;第 936-940 页。[CrossRef]

Villablanca, M.E. Harmonic-free line-commutated AC/DC rectifiers. Electr. Power Syst. Res. 2009, 79, 1531–1537. [CrossRef]
Villablanca， M.E. 无谐波线路换向 AC/DC 整流器。电人。电力系统研究 2009， 79， 1531–1537. [交叉引用]

Ceperic, V.; Bako, N.; Baric, A. A symbolic regression-based modelling strategy of AC/DC rectifiersfor RFID applications. Expert Syst. Appl. 2014, 41, 7061–7067. [CrossRef]
塞佩里克，V.;巴科，N.;巴里克，A.用于 RFID 应用的 AC/DC 整流器的基于符号回归的建模策略 。专家系统应用。 2014， 41， 7061–7067. [交叉引用]

Samsudin, N.A.; Ishak, D.; Ahmad, A.B. Design and experimental evaluation of a single-stage AC/DC converter with PFC and hybrid full-bridge rectifier. Expert Syst. Appl. 2018, 21, 189–200. [CrossRef]
萨姆苏丁，N.A.;伊沙克，D.;Ahmad， A.B. 带 PFC 和混合全桥整流器的单级 AC/DC 转换器的设计和实验评估。专家系统应用。 2018， 21， 189–200. [交叉引用]

Batunlu, C.; Albarbar, A. Strategy for enhancing reliability and lifetime of DC-AC inverters used for wind turbines. Microelectron. Reliab.2018, 85, 25–37. [CrossRef]
巴通鲁，C.;Albarbar， A. 提高风力涡轮机用 DC-AC 逆变器可靠性和使用寿命的策略。微电子。雷利亚布。2018 85， 25-37. [交叉引用]

Rodrigo, P.M.; Velázquez, R.; Fernández, E.F. DC/AC conversion efficiencyof grid-connected photovoltaic inverters in central Mexico. Sol. Energy 2016, 139, 650–665. [CrossRef]
罗德里戈，PM;委拉斯开兹，R.;Fernández， E.F. 墨西哥中部并网光伏逆变器的 DC/AC 转换效率。Sol. Energy 2016， 139， 650–665. [交叉引用]

Tsang, K.M.; Chan, W.L. 27-level DC–AC inverter with single energy source. Energy Convers. Manag. 2012, 53, 99–107. [CrossRef]
曾 K.M.;Chan， WL 27 电平 DC-AC 逆变器，带单一能源。能源对话。管理。 2012， 53， 99–107. [交叉引用]

Feng, Y.; Lin, H.; Ho, S.L.; Yan, J.; Dong, J.; Fang, S.; Huang, Y. Overview of wind power generation in china: Status and development. Renew. Sustain. Energy Rev. 2015, 50, 847–858. [CrossRef]
冯 Y.;林 H.;Ho， S.L.;严，J.;董， J.;方 S.;中国风力发电概述：现状与发展.更新。维持。能源修订版 2015， 50， 847–858。 [交叉引用]

Aliari, Y.; Haghani, A. Planning for integration of wind power capacity in power generation using stochastic optimization. Renew. Sustain. Energy Rev. 2016, 59, 907–919. [CrossRef]
阿利亚里，Y.;Haghani， A. 使用随机优化规划风电容量在发电中的整合。更新。维持。能源修订版 2016， 59， 907–919。 [交叉引用]

Zerrahn, A. Wind power and externalities. Ecol. Econ.2017, 141, 245–260. [CrossRef]
Zerrahn， A. 风能和外部性。生态学。 经济.2017， 141， 245–260。 [交叉引用]

Zhou, W.; Lou, C.; Li, Z.; Lu, L.; Yang, H. Current status of research on optimum sizing of stand-alone hybrid solar–wind power generation systems. Appl. Energy 2010, 87, 380–389. [CrossRef]
周， W.;卢，C.;李 Z.;卢，L.;Yang， H. 独立太阳能-风能混合发电系统最佳尺寸的研究现状。应用能源 2010， 87， 380–389。 [交叉引用]

Purvins, A.; Zubaryeva, A.; Llorente, M.; Tzimas, E.; Mercier, A. Challenges and options for a large wind power uptake by the European electricity system. Appl. Energy 2011, 88, 1461–1469. [CrossRef]
珀文斯，A.;祖巴耶娃，A.;略伦特，M.;齐马斯，E.;Mercier， A. 欧洲电力系统大量利用风电的挑战和选择。应用能源 2011， 88， 1461–1469。 [交叉引用]

Xiao, G.; Yang, T.; Liu, H.; Ni, D.; Ferrari, M.L.; Li, M.; Luo, Z.; Cen, K.; Ni, M. Recuperators for micro gas turbines: A review. Appl. Energy 2017, 197, 83–99. [CrossRef]
肖 G.;杨 T.;刘 H.;倪，D.;法拉利，ML;李 M.;罗 Z.;Cen， K.;Ni， M. 微型燃气轮机的换热器：综述。应用能源 2017， 197， 83–99. [交叉引用]

Tahan, M.; Tsoutsanis, E.; Muhammad, M.; Abdul Karim, Z.A. Performance-based health monitoring, diagnostics and prognostics for condition-based maintenance of gas turbines: A review. Appl. Energy 2017, 198, 122–144. [CrossRef]
塔汉，M.;Tsoutsanis， E.;穆罕默德，M.;Abdul Karim， Z.A. 基于性能的燃气轮机状态维护的健康监测、诊断和预测：综述。应用能源 2017， 198， 122–144。 [交叉引用]

Ali, M. Progress in solid oxide fuel cell-gas turbine hybrid power systems: System design and analysis, transient operation, controls and optimization. Appl. Energy 2018, 215, 237–289.
固体氧化物燃料电池-燃气轮机混合动力系统的进展：系统设计和分析、瞬态运行、控制和优化。应用能源 2018， 215， 237–289。

Ghiani, E.; Serpi, A.; Pilloni, V.; Sias, G.; Simone, M.; Marcialis, G.; Armano, G.; Pegoraro, P.A.
吉亚尼，E.;塞尔皮，A.;皮洛尼，V.;西亚斯，G.;西蒙娜，M.;马西亚利斯，G.;阿玛诺，G.;宾夕法尼亚州佩戈拉罗

A Multidisciplinary Approach for the Development of Smart Distribution Networks. Energies 2018, 11, 2530. [CrossRef]
智能配电网络开发的多学科方法。能源 2018， 11， 2530。 [交叉引用]

Takahashi, R.; Kitamori, Y.; Hikihara, T. AC Power Local Network with Multiple Power Routers. Energies 2013, 6, 6293–6303. [CrossRef]
高桥 R.;北森 Y.;Hikihara，T.AC Power本地网络，具有多个电源路由器。能源 2013， 6， 6293–6303。[交叉引用]

Rufer, A.; Barrade, P. A super capacitor-based energy storage system for elevators with soft commutated interface. In Proceedings of the 36 IEEE Industry Applications Conference, Chicago, IL, USA, 30 September–4 October 2001; pp. 1413–1418. [CrossRef]
鲁弗，A.;巴拉德，P.一种基于超级电容器的储能系统，适用于具有软换向接口的电梯。第36 届 IEEE行业应用会议论文集，美国伊利诺伊州芝加哥，2001 年 9 月 30 日至 10 月 4 日;第 1413-1418 页。[CrossRef]

Guo, J.; Fan, J. Study on Automatic Diagnostic of Elevator Brake Coil Wearing. In Proceedings of the 26th Chinese Control and Decision Conference (2014 CCDC), Changsha, China, 31 May–2 June 2014; pp. 1386–1389. [CrossRef]
郭杰;Fan，J.电梯制动线圈磨损自动诊断研究.第26 届中国控制与决策会议 （2014CCDC） 论文集，中国长沙，2014 年 5 月 31 日至 6 月 2 日;第 1386-1389 页。[交叉引用]

Marsong, S.; Plangklang, B. Implementation analysis of an elevator energy regenerative unit (EERU) for energy saving in a building. In Proceedings of the 2016 13th International Conference on Electrical Engineering/electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology, Chiang Mai, Thailand, 28 June–1 July 2016; pp. 1–5. [CrossRef]
马松 S.;Plangklang，B.用于建筑物节能的电梯能源再生装置 （EERU） 的实施分析。2016年第 13 届电气工程/电子国际会议论文集，计算机、电信和信息技术，泰国清迈，2016 年 6 月 28 日至 7 月 1 日;第 1-5 页。[交叉引用]

Mesemanolis, A.; Mademlis, C.; Kioskeridis, I. Neuro-fuzzy energy management system in elevator drive applications for maximum braking energy regenerative capability. In Proceedings of the 7th IET International Conference on Power Electronics, Machines and Drives, Manchester, UK, 8–10 April 2014; pp. 1–6. [CrossRef]
梅斯马诺利斯，A.;马德姆利斯，C.;Kioskeridis， I. 电梯驱动应用中的神经模糊能量管理系统，可实现最大的制动能量再生能力。第 7 届 IET 电力电子、机器和驱动器国际会议论文集，英国曼彻斯特，2014 年 4 月 8 日至 10 日;第 1-6 页。[CrossRef]

Sechilariu, M.; Wang, B.; Locment, F. Building-integrated microgrid: Advanced local energy management for forthcoming smart power grid communication. Energy Build. 2013, 59, 236–243. [CrossRef]
Sechilariu， M.;王 B.;Locment， F. 建筑集成微电网：用于即将到来的智能电网通信的高级本地能源管理。能量构建。2013， 59， 236–243.[交叉引用]

Gong, L.; Lan, Y. Analysis of wireless power transfer technology. Trans. China Electrotech. Soc. 2015, 30, 215–220.
龚 L.;Lan，Y.无线电力传输技术分析.Trans.China Electrotech.Soc.2015， 30， 215–220.

Fan, X.; Mo, X.Y.; Xin, Z. Research status and application of wireless power transmission technology. Proc. CSEE 2015, 35, 2584–2600.
范 X.;莫，XY;无线电力传输技术的研究现状与应用.CSEE2015， 35， 2584–2600.

Zhang, Y.M.; Ding, B.; Fu, W.; Liu, Q. Electrical Energy Conservation Based on DC Distribution and DC Microgrid. Trans. China Electrotech. Soc. 2015, 30, 389–397. [CrossRef]
张咏仪;丁 B.;傅伟;基于直流配电和直流微电网的电能守恒.Trans.China Electrotech.社会学杂志2015， 30， 389–397。[交叉引用]

吴，W.;他，Y.;耿， P.;钱 Z.;Wang， Y. 直流微电网的关键技术.Trans.China Electrotech. Soc. 2012， 27， 98–106.

柿野，H.;三浦，Y.;伊势，T.;Uchida， R. 直流微电网的直流电压控制，实现超高质量配电。 2007年 IEEE电源转换会议论文集—日本名古屋，2007 年 4 月 2 日至 5 日;第 518-525 页。[交叉引用]

唐 L.;Ooi， B.T. 定位和隔离多端直流系统中的直流故障。IEEE 翻译电力开发。 2007， 22， 1877–1884.[交叉引用]

刘丽玲;江 Z;公共直流配电网电压等级研究.Distrib.Util.2014， 7， 20-23..

马萨 （Massa， A.）;奥利韦里 G.;维亚尼 （Viani， F.）;Rocca，P.用于长距离无线电力传输的阵列设计：最先进的创新解决方案。IEEE 2013， 101， 1464–1481 论文集。[交叉引用]

Landis， G. 激光传输在空间电力中的应用。Proc.SPIE1994， 2121， 252–255.

兰迪斯 （Landis， G.）;斯塔夫内斯 （Stavnes， M.）;奥勒森 （Oleson， S.）;Bozek，J.使用地面激光/电力推进进行空间转移。第 28 届联合推进会议和展览论文集，美国田纳西州纳什维尔，1992 年 7 月 6 日至 8 日。

Landis，G.RE-评估地球的卫星太阳能发电系统。2006 年 IEEE 第 4 届世界光伏能源会议论文集，美国夏威夷州怀可洛亚，2006 年 5 月 7 日至 12 日;第 1939-1942 页。 [交叉引用]

布朗，W.C.实验机载微波支撑平台;格里菲斯空军基地罗马航空发展中心研究与技术司空军系统司令部技术处：美国纽约州纽约市，1965 年。

太空太阳能倡议。在线获取：http://www.spaceislandgroup.com/solarspace.html（2009 年 6 月 4 日访问）。

布朗 W.C.无线电波传输电力的历史。IEEETrans.Microw 的。理论技术.1984， 32， 1230–1242。[交叉引用]

瓦尔切夫 （Valtchev）Baikova，E.;Jorge，L.电磁场作为能量的无线传输器。 事实大学2012， 25， 171-181。[交叉引用]

萨佐诺夫，E.;诺伊曼 M.R.可穿戴传感器：基本原理、实现和应用;学术出版社：美国马萨诸塞州剑桥，2014 年;第 253-255 页。书号：978-0124186668。

无线电源的工作原理。可在线查阅：https：//electronics.howstuffworks.com/everyday-tech/ wireless-power.htm（于2014年12月15日浏览）。

莱纳茨，B.;普尔斯，R.用于生物医学植入物的全向感应供电;施普林格科学与商业媒体：德国柏林，2009年;第4-5页。国际标准书号 978-1-4020-9075-2。

孙， T.;谢 X.;王 Z.用于医疗微系统的无线电力传输;Springer Science & Business Media：德国柏林，2013年;国际标准书号 978-1-4614-7702-0。

卡拉利斯 Karalis， A.;Joannopoulos，法学博士;Soljaciˇc，'M.高效无线非辐射中程，能量传输. Ann. Phys.2006， 323， 34-48.[交叉引用]

Agbinya， J.I.无线电力传输;River Publishers：荷兰代尔夫特，2012 年;第 40 页，ISBN 9788792329233。

马修，S.;维吉利奥，V.;Andreas， D. 植入式生物传感器感应无线供电的分频分析和补偿方法。传感器 2016， 16， 1229。

罗兹曼 M.;费尔南多 M.;阿德比西 （Adebisi），B.;拉比，K.M.;哈雷尔 R.;伊克佩海;Gacanin，H.用于高效无线电力传输的组合共形强耦合磁共振。能源 2017， 10， 498.[交叉引用]

张 Y.M.;严，Z.;李，L.;Yao， J.W. 为可再生和再生能源应用构建配电系统。第 9 届国际 SOLARIS 会议论文集，中国成都，2018 年 8 月 29 日至 31 日。

李振军;张咏敏 需求侧视角下建筑供配电系统架构研究.电人。技术.Intell.建。2016， 10， 36-40.[交叉引用]

顿，M.;福滕伯里 （Fortenbury， B.）;Tschudi，W.DC Power提高数据中心效率;劳伦斯伯克利国家实验室：美国加利福尼亚州伯克利，2017 年 1 月。

© 2018 年由作者提供。被许可人 MDPI，瑞士巴塞尔。本文是开放获取的