直流配电网的关键技术
柔性直流配电网的若干问题研究
柔性直流配电网的若干问题研究一、本文概述随着能源结构的转型和电力电子技术的快速发展，柔性直流配电网作为一种新兴的配电方式，受到了广泛关注。
其独特的优势，如能够灵活控制潮流、实现多源协调互补、适应分布式新能源接入等，使得柔性直流配电网在解决传统配电网面临的一系列问题上展现出巨大潜力。
柔性直流配电网在实际应用中仍面临诸多问题和挑战，如系统稳定性、经济性、控制策略、保护技术等方面的问题，亟待解决。
本文旨在深入研究柔性直流配电网的若干关键问题，通过对现有文献的梳理和分析，结合国内外相关研究成果，探讨柔性直流配电网的理论基础、技术难点和发展趋势。
文章首先对柔性直流配电网的基本原理和主要特点进行概述，然后重点分析其在运行控制、保护技术、经济性评估等方面的关键问题，并提出相应的解决方案和策略。
文章还对柔性直流配电网的未来发展方向进行展望，以期为我国配电网的升级改造和新能源消纳提供理论支持和实践指导。
二、柔性直流配电网的基本原理与关键技术柔性直流配电网采用基于电压源型换流器（VSC）的直流配电系统，通过PWM（脉宽调制）技术实现直流电压的灵活控制。
VSC换流器通过调整其输出电压的幅值和相位，能够独立地控制有功功率和无功功率，从而实现对配电网的灵活控制。
VSC换流器还具有快速响应、易于扩展和模块化等优点，使其成为构建柔性直流配电网的理想选择。
（1）VSC换流器技术：VSC换流器是柔性直流配电网的核心设备，其性能直接影响整个配电网的运行效率和稳定性。
研究高效、可靠的VSC换流器技术是柔性直流配电网发展的关键。
（2）直流保护技术：由于直流配电网的故障特性与交流配电网存在显著差异，传统的交流保护方法无法直接应用于直流配电网。
需要研究适用于直流配电网的故障检测、隔离和恢复技术，以确保配电网的安全稳定运行。
（3）直流配电网的规划与优化技术：随着分布式电源和电动汽车等直流负荷的快速发展，直流配电网的规划与优化问题日益突出。
需要研究考虑多种因素的直流配电网规划方法，以及基于多目标优化的配电网运行控制技术，以实现配电网的经济性、可靠性和环保性的协调优化。
能源互联网环境下交直流混合配电系统关键技术
能源互联网环境下交直流混合配电系统关键技术李敬如;韩丰;姜世公;李红军【摘要】交直流混合配电系统具备供电可靠性高、电能质量优质、运行控制高效、分布式电源及多元负荷灵活接入等特性,成为以电为核心的能源互联网的物理基础.在介绍交直流混合配电网在能源互联网中的主要应用特点基础上,分析了直流配电技术典型应用场景及其主要技术特点.结合目前交直流混合配电网的研究现状及能源互联网发展要求,从规划设计、关键设备、保护策略和运行控制等方面提出交直流混合配电网系统的技术需求及重点研究方向.相关研究成果对于构建交直流混合配电网发展技术框架具有重要意义.【期刊名称】《中国电力》【年(卷),期】2018(051)008【总页数】8页(P56-63)【关键词】能源互联网;交直流混合配电网;规划设计;典型供电模式【作者】李敬如;韩丰;姜世公;李红军【作者单位】国网经济技术研究院有限公司,北京 102209;国网经济技术研究院有限公司,北京 102209;国网经济技术研究院有限公司,北京 102209;国网经济技术研究院有限公司,北京 102209【正文语种】中文【中图分类】TM720 引言伴随经济社会发展和资源环境约束的矛盾日益突出，传统以化石能源为主的能源供给和消费方式已经不能适应当前经济社会发展需要，大力发展可再生能源替代化石能源、降低碳排放，实现“能源转型”已经成为共识[1-3]。
为适应“能源转型”发展需求，电力系统的物理形态呈现出如下变化趋势：在电源侧，传统火力发电比例将逐渐减少，太阳能、风能等可再生能源发电比例将逐步提高；在负荷侧，用能优化及需求响应的能力水平进一步提升，柔性负荷和主动负荷接入比例大幅增加；在电网侧，网络结构更加坚强，电源及负荷接入更加便捷，系统运行控制更加灵活，未来电网将发展成为综合多元能源、满足供需互动的多样化平台[4-6]。
伴随能源转型和电力系统物理形态变化，“能源互联网”概念应运而生。
能源互联网是指以电力为核心，以智能电网为基础，以接入可再生能源为主，采用先进信息和通信技术及电力电子技术，通过分布式动态能量管理系统对分布式能源设备实施广域优化协调控制，实现冷、热、气、水、电等多种能源互补，提高用能效率的智慧能源管控系统，是智能电网的丰富和发展[7]。
交直流混合配电网的运行模式和协调控制方法
交直流混合配电网的运行模式和协调控制方法是保证其高效可靠运行需要解决的关键技术之一。
针对这一问题，提出了一种交直流混合配电网的协调控制方法，详细分析了交直流混合配电网在正常运行和交流侧短路故障情况下的运行模式，给出了不同运行模式下互联装置、储能系统和光伏发电单元的控制框图。
最后通过Matlab/Simulink 仿真软件进行了仿真研究，仿真结果验证了所提出控制策略的可行性和有效性。
0引言能源危机和环境污染问题已经引起了世界各国的广泛关注，大力开发和利用可再生能源进行并网发电是解决上述问题的主要措施。
在目前配电网中，交流配电网仍然为主流形式，其更加适合交流分布式电源接入，而接入直流分布式电源和储能单元时需要电力电子装置实现能量转换，增加了能量转换次数和投资成本，降低了工作效率。
随着直流负荷的不断增加，直流配电网的研究得到了快速发展，与传统交流配电网相比，直流配电网具有转换次数少、效率高、成本低、控制结构简单、无需考虑频率和相位以及无功补偿设备等优势。
尽管直流配电网具有特有的优势，然而由于交流配电网基础设施完善、交流电源和负载的长期存在，直流配电网难以取代交流配电网；此外，在交流配电网和直流配电网中，直流负载和交流负载的供电需要经过AC/DC和DC/AC变换器进行能量转换。
而采用交直流混合配电网，交流负载和直流负载可以分别接入交流母线和直流母线，减小能量转换环节，降低成本，使得交直流负载更易于接入系统，因此交直流混合配电网是未来配电网的发展趋势。
交直流混合配电网中通常集成了多个柔性互联装置、分布式发电单元、负载单元以及储能单元，如何实现多个单元之间的协调控制以确保整个系统安全可靠运行是交直流混合配电网发展的主要技术挑战。
针对这一问题，提出了交直流混合配电网的协调控制方法，考虑了交直流混合配电网的正常运行和交流侧发生短路故障2种情况，给出了2种不同运行模式下不同单元的控制策略，并且通过仿真软件对所提出的控制策略进行了仿真研究。
直流配电网关键技术及展望
直流配电网关键技术及展望发表时间：2017-12-23T21:59:53.543Z 来源：《电力设备》2017年第25期作者：关润民[导读] 摘要：近年来，直流配电网关键技术得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。
（南京南瑞集团公司（国网电力科学研究院）江苏南京 211100）摘要：近年来，直流配电网关键技术得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。
本文首先对相关内容做了概述，分析了直流配电网建设的必要性。
在探讨直流配电网优势的基础上，结合相关实践经验，分别从多个角度与方面就直流配电网建设的前景展开了研究，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。
关键词：直流配电网；关键技术；展望1概述早在输配电系统产生之时,人们就将目光锁定于直流,但由于早期直流输配电电压水平低、输送容量小等因素的制约以及交流系统的优越性使直流配电系统停滞不前。
20世纪末,随着直流供电技术的发展,尤其是电力半导体技术的发展,直流供电技术和直流电器产品克服了原有缺点,并在某些领域重新取得了技术经济优势。
近年来高压直流输电技术广泛应用于电力系统中,换流器、滤波器、断路器等各方面发展较为成熟,低压直流配电技术也逐渐受到国外学者的关注。
这对直流配电网的建设有着很好的借鉴作用和有力的技术支持。
基于以上两方面的背景,本文提出了建设直流配电系统的构想。
2直流配电网建设的必要性2.1分布式电源增多节省换流器件近几年,随着各国对节能减排和能源综合利用的需要,分布式能源系统因变负荷灵活、较低的初投资、供电可靠、较小的输电损失和适合可再生能源应用等特点而越来越受到重视。
因此配电网的电源已经不再是唯一的交流电源,分布式电源占据着越来越大的比重。
其中又以风力发电和光伏发电发展最为迅速,产业规模、经济性和市场化程度都逐年提高。
在分布式电源蓬勃发展的当口,突发了福岛核泄漏事故,这无疑令清洁、安全的分布式电源发展动力更足。
预计在2020年以后分布式电源将会有更快的发展,并逐步成为主导电网中的主导电源。
直流配电系统关键设备技术的研究与应用
0引言随着以IGBT、IGCT 构成的新型全控电力电子器件的发展，直流输电技术在工程中得到了广泛的应用；与此同时，分布式电源和储能装置接入交流配电系统需要使用大量的换流装置；城市用电负荷的快速增长、电动汽车产业的迅速发展以及用户对电能质量的不断提高等[1]，都使得配电网的需求越来越复杂。
与交流配电系统相比，直流配电系统在便于分布式电源与储能装置的接入、电能质量、无需无功补偿等方面具有优势，成为了国内外研究的焦点。
目前，国内外学者对直流配电系统展开了一系列的研究。
早在2004年，日本学者提出了一种含分布式电源的微型直流电网的自主控制方法。
德国亚琛工业大学在梅拉滕校区研究建设了±10kV 中压直流配电网，并在该平台上进行直流配电网运行策略等方面的测试。
美国的弗吉尼亚理工大学提出了直流配电网的分层控制架构，并从系统架构、潮流控制与稳定性等方面进行了论证。
国内也有已建成并投运的深圳宝龙工业城的±10kV 多端直流配电示范工程、贵州五端柔性直流配电示范工程等多个示范工程。
作者简介院张彦(1981-)，男，高级工程师，工学硕士，主要从事电网规划及相关研究工作；周董植(1992-)，男，硕士研究生(在读)，主要研究方向为电力系统可靠性。
直流配电系统关键设备技术的研究与应用Research and Application of Key Equipment Technology in DC Power Distribution System张彦1,周董植2,3(1.贵州电网有限责任公司电网规划研究中心,贵州贵阳550002;2.贵州大学电气工程学院,贵州贵阳550025;3.贵州电网有限责任公司电网规划研究中心研究生工作站,贵州贵阳550002)Zhang Yan 1,Zhou Dong-zhi 2,3(1.Power Grid Planning and Research Center of Guizhou Power Grid Co.,Ltd.,Guizhou Guiyang 550002;2.Guizhou University School of Electrical Engineering,Guizhou Guiyang 550025;3.Power Grid Planning of Guizhou Power Grid Co.,Ltd.,Research Center Graduate Station,Guizhou Guiyang 550002）摘要：传统交流配电系统的问题日益凸显，具有能广泛接入分布式电源以及储能系统的直流配电系统随着电力电子技术的发展成为时下研究的新方向。
柔性直流配电网运行控制技术分析与研究
柔性直流配电网运行控制技术分析与研究发布时间：2023-01-04T08:15:39.730Z 来源：《福光技术》2022年24期作者：郭阳王晓辉[导读] 频率和电压是反映系统与负荷方面能量是否达到稳定的重要参数。
内蒙古电力（集团）有限责任公司呼和浩特供电分公司内蒙古呼和浩特 010030摘要：频率和电压是反映系统与负荷方面能量是否达到稳定的重要参数。
所以，直流系统启动的关键在于创建可靠的直流电压，随后是做好功率控制。
假如系统中安装了双向调节的储能装置，可以在下一阶段连接，从而应对电源造成的功率不稳现象；接着连接到分布式电源，最后连接电荷。
所以，对于该项课题的研究，需要基于频率和电压等相关指标，提出关键技术设备的启停控制策略。
关键词：柔性；直流配电网；运行控制技术1直流配电网协调控制保护技术现状1.1故障特性和机理故障原理和特性分析是相关故障保护技术的重要前提。
已经有学者围绕相关换流器出口极间故障与接地故障问题展开了研究，同时对于第一类故障划分为三个环节；全面探讨了直流配电系统故障电流的属性表现，为后面评估故障原理、分析动态响应创造了良好的条件。
随后对第二类故障划分为4个不同的环节，在中性点接地位置，系统梳理了接地故障的主要特征表现。
1.2故障检测和定位当直流配电系统出现运行问题时，内部保护配置首先会在尽可能短的时间内对故障问题进行评估与检测。
明确不同故障模式该通过哪个部分进行负责，随后开始启动相应的保护逻辑，对于其中的问题进行切除处理。
保障系统中的重要设备不受影响，故障意外的部分依然可以保持稳定的工作。
如今，对于直流配电领域的故障测定、定位问题已经有很多学者进行过不同角度的探讨，不过基本还是理论时期，还难以在工程项目中进行运用，所以作为重难点之一，未来时间中依然需要进一步探讨研究。
尤其是线路较短而且中点不接地情况，此时的故障评估、定位更加难以完成。
1.3故障保护配置①单端量保护。
基于单端量的直流配电系统保护一般适用于一些简单的网络，且动作时限能否满足器件安全要求也有待深入分析。
探讨直流配电网保护技术
探讨直流配电网保护技术摘要：虽然目前交流配电系统依旧是配电网中的主流，但实际上直流配电网也逐渐成为了电网发展中的一个重要研究课题。
与交流配电网相比，直流配电网的故障特征有着很大的差异，交流配电系统相关的保护技术在直流配电网中很难发挥效用，研究直流配电网的保护技术成为了关键所在。
本文主要探讨的是探讨直流配电网保护技术。
关键词：直流配电网；保护技术；故障检测；故障定位；故障恢复随着射虎经济的不断发展，人们对电能的需求量越来越大，对配电网的要求也越来越高，交流配电系统已经很难满足人们在生产生活中的用电需求了，直流配电网逐渐成为了配电系统的主力军。
但就目前的实际情况来看，直流配电网依旧存在着很多的故障，但是交流配电网的保护技术并不能对直流配电网进行有的保护，因此直流配电网的保护技术成为了电力企业重点关注的课题。
1、直流配电网拓扑结构概述图1所示的± 10 kV 直流配电网拓扑结构是本文研究直流配电网保护技术的实例。
在图中可以看出，网络拓扑属于双端型供电，不存在环流问题并且具有较高的可靠性。
直流配电网本身电压等级低、容量小的特点也使得成本低、控制简单、可靠性高的两电平VSC成为了换流器拓扑的首选，接线方式则是结构简单、经济性好、应用广泛的对称单极方式。
同时，在运用直流配电网拓扑结构的过程中，为了保证不会因单机接地故障引起严重过流，还会采用直流电容器中性点高阻接地方式，兼顾系统的经济性和可靠性。
2、保护关键问题与技术难点换流站保护、直流网的保护及负荷分支保护是直流配电网保护的三种主要方式，在这其中换流站保护技术与已有直流系统区别不大，负荷分支保护主要在直流配电网的末端。
根据图1所示不难看出，当直流配电网出线1 的区段2 发生双极短路故障时，可以通过出线1两端的直流断路器处的相关保护设备对故障进行检测，快速反应并切断故障电流，防止故障危害的进一步扩大。
直流线路双极故障的特征比较复杂，首先直流侧的电容器导致的故障会呈现出电流伤身速度快，暂态分量丰的状态；其次，交流侧换流电抗器中的电感元件发生故障会呈现出暂态过程持续时间较长的状态；其三，配电网中存在稳态故障电流时，线路电感很难对其产生影响，会呈现出稳态故障电流幅值较大的情况。
高压直流配电网关键技术研究与应用探索
Telecom Power Technology电力技术应用高压直流配电网关键技术研究与应用探索王鹏飞，翟永杰（国网吉林省电力有限公司长春供电公司，吉林文章围绕高压直流配电网的关键技术展开深入研究，系统分析其基本结构和特征。
文章的主要内容是介绍高压直流配电网的主要组成、功能，以及高压直流配电网的技术特点和优势，探讨目前所面临的问题和挑战，详细研究高压直流电源技术，包括发电机组的设计与优化、变流器技术和电源系统的稳定性分析等，并讲解智能监控与故障检测、数据分析与优化控制策略、自动化运维系统等智能电网技术在高压直流配电网中的应用。
高压直流配电网；电源技术；智能电网；稳定性分析Research and Application of Key Technologies in HVDC Distribution NetworkWANG Pengfei, ZHAI Yongjie(State Grid Jilin Electric Power Co., Ltd., Changchun Power Supply Company, Changchunin-depth research on the keyanalyzes its basic structureand functions of high-voltage 2024年4月10日第41卷第7期89 Telecom Power TechnologyApr. 10, 2024, Vol.41 No.7王鹏飞，等：高压直流配电网关键技术研究 与应用探索2 高压直流电源技术研究2.1 高压直流发电机组设计与优化高压直流发电机组作为高压直流配电网的核心组件，其设计与优化直接影响整个系统的性能和效率。
在设计阶段，需要综合考虑机组的功率密度、效率和响应速度等指标[3]。
在优化阶段，需要综合考虑材料的选择、结构的设计以及控制策略的制定。
优化的目标通常是最大化系统的效率、稳定性以及可靠性。
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直流配电网的关键技术
未来配电网的形态将是多个电压等级构成多层次环网状、交直流混联、具备统一规范的互联接口、基于复杂网络理论灵活自组网的架构模式。
直流配电网是未来能源互联网的基本支撑环节，以柔性直流技术为代表的中压配用电网也会是未来的发展趋势。
本期的主题为《直流配电网的关键技术》。
目前，直流配电网各项技术尚不成熟，需要进行更深入的研究。
(一)直流配电网的规划与设计
1、直流配电网接地方式：无论是单极还是双极系统，都要对直流配电网VSC 换流器直流侧的接地问题进行研究。
若直流侧不接地，接地电位将因VSC的开关频率而发生振荡，影响直流传输线上的电压。
因此，对于单极系统而言，直流侧多采用线路接地方式，而双极系统则采用分裂电容接地的方式。
此外，交流侧的联接变压器多数采用Yo/A或YdY接线方式，以避免构成零序回路对低压直流配电网影响。
2、直流配电网电压等级的选择：直流配电网电压等级是直流配电网研究的重要内容：①直流配电网的供电距离(供电半径)；②电气绝缘和保护；③系统成本和设计。
若考虑将交流配网改造为直流配网，直流电缆允许直流电压为交流额
定线电压峰值，因此可据此对直流配电网的电压等级进行初步选择，即将现有中压交流配电网线电压的峰值选择为直流配网的额定电压。
在直流配网低压侧，过大的直流电压不利于负荷接入，且会引起较为严重的安全问题，因此需将电压中点接地成为双极系统，并利用线电压对大功率负载供电，小功率负载则利用单极对地电压供电，即每个极所接入的负荷并不完全平衡。
在目前欧洲230V交流配电网平台上，采用截面积分别为1.5mm2和2.5mm2的交流导线，对326V、230V、120V、48V四种直流电压进行了研究。
研究结果表明，当直流电压降低时，压降、电流和损耗快速增高，当直流电压下降至48V 时，直流电流和直流压降均超出允许值。
当前，直流配网电压等级的选择方法尚未有定论，还需进一步的探索研究。
3、直流配电网储能设备的优化布点及其容量配置：在直流配网中配置蓄电池、超级电容等储能设备，可以达到提升网络运行稳定性，抑制直流电压闪变以及提高故障穿越能力的目的。
当前，超级电容响应速度快，便于测量、安全无毒，但其储存电能的容量相对较小，供电时间短；相对而言，蓄电池能量密度高、供电时间长，但是响应速度慢。
然而，目前尚未有文献研究储能装置的优化布点及容量配置，相关内容还需要深入探索和验证。
(二)直流配电网的调度与控制
1、直流配网的调度方案-调度是直流配电网运行的关键，应综合考虑实际负荷曲线以及储能设备和分布式电源的类型与容量，进而具体分析直流配网的调度方案。
直流配网调度方案，低压配网中各类电源与负载的等效电路及相关控制。
直流配电网正常运行时，分布式电源始终输出最大功率，网络中压侧经直流变压器提供或吸收电能，为储能设备充电。
当进入孤岛运行状态时，根据实际情况控制分布式电源的输出功率，系统不足或剩余的电能由储能设备提供或吸收。
2、直流配电网的协调控制：中压直流配电网与柔性多端直流输电系统的协调控制策略相类似，即采取电压下垂控制或主从控制方式，进而对多个换流器进行协调控制。
利用负载侧换流器带有的储能单元，对换流器的等效阻抗进行调节，避免换流器负阻特性引起的稳定性问题。
给出了低压直流配电网各类电源与相关设备在正常工作与故障情况下的控制策略，如超级电容、蓄电池、各类换流器、柴油发
电机及分布式电源等。
与直流输电网不同的是，在直流配网采用双极结构，且接有不平衡负荷时，为了避免引起直流电压过大的偏差，必须在系统中接入电压平衡装置。
（三）直流配电网安全运行与保护
直流配电网划分为四个部分：直流负载侧、直流线路侧、交流负载侧及交流电网侧。
无法判断故障发生的位置，仅能对故障发生的层级进行判断，准确的故障定位仍然是研究的重点与难点，尤其是线路较短时，故障定位难度更大。
因此，直流线路需安装相应限流装置，在故障发生时用于限制短路电流上升率，将短路电流在保护装置动作前限制在可允许范围内
直流网络的故障限流装置，利用电力电子开关的高速开通与关断能力限制短路电流，同时保持非故障区域的正常供电。
直流配电网保护方案作为直流配电网运行的关键问题，其相关研究尚不成熟，需要进一步深入探讨。
（四）直流配电网关键设备研制
直流断路器作为直流配网运行保护的关键设备之一，对限制故障范围起到了重大作用。
由于直流系统没有过零点，这给高压大容量直流断路器的研制与应用带来了巨大的困难。
目前在工程中应用的机械式断路器由于自身结构的制约，无法实时、灵活、快速的动作。
而近年来出现的固态断路器具有开断时间短、无弧光等优点，已受到广泛关注。
近年来，在低压领域，400V及以下的低压直流断路器已有工程应用。
而在中高压领域，虽然直流断路器的研发已经取得了较大突破，但实现其广泛的工程应用仍然存在困难。
若在低压直流配电网中直接应用现有的交流开关、插头等装置，电磁炉、暖风机等大功率负载的直流电流无法安全快速地开断。
因此直流配网专用的插头和开关的研发，已成为另一个关键问题。
此外，直流配网的研究还必须对直流电缆、换流器以及直流变压器进行优化设计和研发。