直流配电网
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。
直流配电网络形态分析
直流配电网络形态分析直流配电网络可以从直流输电系统、太阳能光伏发电系统、储能电池系统等多个直流电源中获取电能，然后通过直流回路将电能传输到直流负载端。
相比较而言，交流配电网络需要通过交流-直流-交流的转换过程，存在能量转换的损耗。
首先，网络拓扑结构是直流配电网络形态分析的重要组成部分。
直流配电网络的拓扑结构可以是单级、多级或混合型的。
单级结构只包含一级配电单元和直流逆变器，适用于小规模和简单的配电系统。
多级结构拥有多个电压等级，其中每个电压等级都有相应的直流-直流变换器，可以降低输电损耗。
混合型结构则是单级和多级结构的混合体，可以根据实际需要来设计。
其次，调度策略是直流配电网络形态分析的另一个重要方面。
调度策略主要包括电流限制、电压控制和频率控制等。
电流限制是为了保护网络中的设备免受过载的影响，可以通过合理规划线路容量和负载均衡来实现。
电压控制是保证负载端电压稳定的手段，可以通过设置适当的直流-直流变压器来实现。
频率控制则是为了保证网络的稳定运行，可以通过控制直流发电机的转速来实现。
最后，保护方案是直流配电网络形态分析的重要环节。
由于直流配电网络中存在高电压和大电流的情况，对于故障的快速检测和隔离非常重要。
常用的保护方案包括差动保护、过电流保护和电压保护等。
差动保护可以检测网络上的电流差异，当差异超过设定值时，自动切断故障线路。
过电流保护可以检测网络上的过电流情况，当电流超过设定值时，自动切断故障线路。
电压保护可以检测网络上的电压异常，当电压超过设定值时，自动切断故障线路。
综上所述，直流配电网络的形态分析是为了确定最佳的拓扑结构、调度策略和保护方案，以提高能源效率、减少能源损耗和提高系统可靠性。
随着直流配电网络的不断发展和应用，形态分析将成为其优化设计和运行的重要手段，对于推动清洁能源转型和建设智能城市具有重要意义。
电力系统中的直流配电网络设计与优化
电力系统中的直流配电网络设计与优化随着清洁能源的快速发展和电动车的普及，直流配电网络在电力系统中的地位逐渐受到重视。
与传统的交流配电网络相比，直流配电网络具有更高的能效和更好的适应性，成为未来电力系统发展的重要方向之一。
本文将探讨电力系统中直流配电网络的设计与优化。
一、直流配电网络的优势1.1 高能效直流配电网络通过避免交流系统中的电压变换损耗和潜在的谐波问题，能够提供更高的能效。
直流电能的传输损耗较小，能够减少电能损耗，提高能源利用效率。
1.2 节约空间直流配电网络不需要大量的变压器和稳压器，节约了宝贵的空间资源。
尤其在城市中，直流配电网络能够减少设备的占地面积，提高土地利用率。
1.3 适应新能源接入直流配电网络能够更好地适应新能源的接入。
太阳能光伏发电和风能发电等清洁能源多为直流输出，通过直流配电网可以实现与其直接连接，避免了能量转换的损耗和不稳定性。
二、直流配电网络的设计原则2.1 灵活性和可扩展性直流配电网络的设计应具备良好的灵活性和可扩展性，能够适应电力系统的运行变化和未来的扩展需求。
在规划和设计阶段，应充分考虑未来的发展，留有足够的余地进行改造和扩容。
2.2 优化能源传输效率直流配电网络的设计需要优化能源传输效率。
例如，通过合理确定直流电压水平，减少输电线路的电阻损耗；采用高效的光伏逆变器和风力发电机组，提高清洁能源的转换效率等。
2.3 确保供电可靠性直流配电网络的设计需要确保供电的可靠性。
在网络规划中应充分考虑供电设备的冗余度和防护措施，以应对可能的故障和事故。
同时，应采用可靠的保护装置和监测系统，及时检测和处理潜在的问题，确保供电的连续性和稳定性。
三、直流配电网络的优化方法3.1 多能源互补优化直流配电网络的优化可以通过多能源互补的方式实现。
通过合理规划和配置清洁能源发电设备，如太阳能光伏、风力发电等，实现能源的多元化利用和优化调度，提高供电可靠性和能源利用效率。
3.2 节能优化与储能技术直流配电网络的优化可以结合节能技术和储能技术。
直流配电网运行控制关键技术研究综述
直流配电网运行控制关键技术研究综述现阶段，随着社会的发展，我国的直流配电工程的发展也突飞猛进。
分布式电源由于具有距离负荷近、输电损失小、换流环节少、损耗低以及便于可再生能源应用等特点，受到越来越多的关注。
随着社会经济水平地提高，电力系统中出现了大量的直流负荷，利用直流配电网可以省略交流电网的AC-DC环节，使能耗得到降低。
与交流配电网相比，直流配电网络本身具有线路成本低、传输损耗低、电源可靠性高、节能环保等优势。
因此，建设和发展直流配电网在分布式能源接入、环保等方面具有重大意义。
标签：直流配电网;运行控制;关键技术研究综述引言以柔性直流为基础的配电网柔性互联与交直流混合配电网结构将给传统的配电系统运行方式带来巨大变革和挑战。
介绍一个含大规模新能源接入、集中式储能和负荷，以及融合交、直流微电网的典型多端直流配电网系统，并阐述了基本的分层运行控制框架;然后针对底层稳定控制，分析了直流配电网电压基本控制策略;接着从直流配电网电压波动抑制、直流配电网稳定与阻尼控制，以及直流配电网多运行模式切换控制3个方面综述了提升直流配电网稳定性的关键控制技术。
1直流配电网分层运行控制框架本文提出就地控制层、协调控制层以及能量优化3层控制体系。
就地控制器属于装置级控制层，直流配电网内各装置或子系统仅通过实时就地量测的电气量信息进行快速稳定控制;协调控制层以及优化控制尽管时间尺度不同，但均会涉及到多装置间或多子系统间，甚至系统全局的运行、控制状态等数据的交互和通信，本文将其统一归纳为系统级控制，主要目的是对直流配电网进行协调控制及实现全局优化运行。
需要指出的是，针对不同拓扑结构的直流配电网，根据系统运行方式和控制目标的不同，应选择合理的就地控制器算法和系统级协调优化控制策略。
在就地控制层，关键控制目标之一便是直流电压稳定控制，拓扑结构和运行方式对直流电压控制方式的影响较大;对于系统级控制来说，简单直流配电网可以采用集中优化控制，而对于复杂直流配电网，为保证多尺度协调控制的高可靠性、灵活性，分布式协同优化不失为一种可行方案。
交直流柔性配电网故障特性及保护原理
根据故障点到保护安装处的距离，设定不同的动作时限和动作电流 ，实现故障隔离。
零序保护
针对接地故障，采用零序电流和零序电压原理进行检测和保护。
交直流协调保护策略
保护配合
01
确保交流侧和直流侧保护在动作时序和动作电流上相互配合，
避免误动或拒动。
故障定位
02
利用行波原理、小波变换等方法实现交直流混合线路故障精确
根据仿真结果，分析故障电流 、电压波形及保护动作情况， 验证保护策略的正确性和有效
性。
保护策略性能评估指标体系构建
保护性能指标
包括保护动作时间、选择性、灵敏性、速动性 等。
评估方法选择
可采用模糊综合评价法、层次分析法等方法对 保护策略性能进行评估。
评估结果分析
根据评估结果，分析保护策略的优势和不足，提出改进意见。
04
保护策略二：过流保护
实施效果：在案例二中，过流保护正确动 作，切除故障线路，恢复供电
05
06
存在问题：在案例一中，过流保护动作时 间较长，影响供电可靠性
经验教训与改进措施建议
改进措施建议一
优化差动保护算法，提高保护 动作速度和准确性
改进措施建议二
加强过流保护与其他保护策略 的配合，缩短故障切除时间
有灵活、可靠、高效等特点。
组成结构
交直流柔性配电网由交流配电网 、直流配电网、换流站及控制保 护系统等部分组成，可实现多电 源供电、分布式能源接入等功能
。
应用场景
交直流柔性配电网适用于城市电 网、工业园区、海岛等场景，可 提高供电可靠性、降低损耗、促
进可再生能源消纳。
故障特性与保护原理重要性
故障类型
保护原理与方法研究
直流配电网拓扑结构与可靠性研究
直流配电网拓扑结构与可靠性研究1、本文概述随着能源结构的转变和电力需求的增长，直流配电网以其高效、低损耗、易于控制等优点引起了人们的广泛关注。
直流配电网的拓扑结构和可靠性是保证其稳定运行的关键因素。
本文旨在深入探讨直流配电网的拓扑设计及其对系统可靠性的影响。
本文将总结直流配电网的基本概念、发展历史以及与传统交流配电网的比较优势。
接下来，将对直流配电网的几种常见拓扑结构进行详细分析，包括径向、环形、多端直流等，并比较这些结构的优缺点。
本文将在深入研究拓扑结构的基础上，进一步探讨直流配电网的可靠性分析。
这包括评估系统从故障中恢复的能力，建立系统组件的可靠性模型，以及基于不同拓扑结构计算可靠性指标。
本文将结合实际案例，分析特定直流配电网拓扑结构在实际运行中的性能，评估其可靠性，并提出优化建议。
通过这些研究，本文旨在为直流配电网的设计、运行和优化提供理论依据和实践指导，促进直流配电网健康发展。
2、直流配电网拓扑结构概述直流配电网作为新型电力系统的重要组成部分，其拓扑结构直接关系到系统的稳定性、可靠性和经济性。
本节将对直流配电网的主要拓扑结构进行概述，旨在为后续的可靠性分析提供理论依据。
辐射拓扑结构：辐射拓扑是直流配电网中最常见的结构，以直流母线为中心，每条支线呈放射状分布。
这种结构简单明了，易于控制和管理，但缺点是一旦总线发生故障，整个系统都会受到影响。
环形拓扑结构：环形拓扑通过多环路设计提高系统可靠性。
在这种结构中，电源和负载通过多个闭合电路连接。
当一个电路发生故障时，其他电路可以继续供电，确保供电的连续性。
但这也增加了系统的复杂性和成本。
多端直流输电（MTDC）系统：MTDC系统通过多个换流站与交流系统相连，实现多方向的电力流动。
这种结构有利于提高系统的灵活性和稳定性，但控制策略更为复杂。
混合拓扑结构：混合拓扑结合了辐射和环形网络的特点，确保了供电的可靠性，同时避免了过于复杂的系统。
这种结构在实际应用中非常常见。
直流配电网的研究现状与展望
直流配电网的研究现状与展望摘要：随着直流技术的发展，直流配电网得到越来越多的关注。
相较于交流配电网，直流配电网具有减少逆变环节、降低电能损耗、提高电能质量等优势，有巨大的发展前景。
对直流配电网的各种结构形式进行了比较，另外，对直流配电网的应用前景进行了分析和展望。
关键词：直流配电网；拓扑结构；控制保护前言：配电网是指从输电网到用户之间的网络结构，由配电线路、配电变压器及附属设施组成，在电力网中起分配电能的作用。
传统配电网采用交流配电方式，利用变压器的电磁感应原理改变电压。
直流配电技术涉及电网规划、工程经济、经济运行等一系列技术问题，本文从直流配电网的拓扑结构着手，详尽地说明了直流配电网技术的可行性与应用前景。
一、直流配电网的拓扑结构直流配电网系统的接线方式主要有放射状、环状与两端配电。
通常放射状配电网供电可靠性相对较低，但一次投资少，继电保护配合简单，故障识别及保护控制配合等相对容易; 环状与两端配电网供电可靠性相对较高，但一次投资高，继电保护整定复杂，故障识别和保护控制配合等也相对困难。
因此，直流配电网应根据供电可靠性、供电范围及投资等实际工程的需要，采用不同的电压等级和拓扑结构。
直流入户的实现涉及多级直流配电网，所选接线需保证供电可靠、电能质量高、经济性、运行灵活、操作安全等指标。
中压直流配电网的部分电能需经直流降压装置送到低压直流配电网再供用户使用，以放射状低压直流配电网为例，如图 1 所示。
二、直流配电网技术特点1、技术特点与传统交流配网相比，直流配电网主要有以下特点:(1)提高电能质量直流系统用户侧电能质量主要考量电压偏差和波动。
直流母线的存在隔离了用户侧频率偏差对更高电压等级配电网和输电网的影响，电能质量也可相应地进行区域化管理。
柔性直流配电网中的换流器可以灵活发出或吸收无功功率，从而动态补偿交流母线和用户负载的无功功率，并稳定交流母线和用户侧交流电压。
(2)有利于电网设备的优化设计直流配电网只有正负两极，能节省大量的线路建设费用。
直流配电网
2013/6/26
柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
1 基于VSC的柔性直流输电技术
由于较传统的高压直流输电具有明显的技术 优势，基于VSC的柔性直流输电技术不仅应用于 常规的输电工程，而且已经研究使用在一些新的 应用场合，主要有： • 海上风电场互联的中压直流电网(medium voltage DC collector grids for off-shore wind farms) • 直流微网( DC microgrids) • 城市直流配电网( DC power distribution grids)
2013/6/26
hfliang@
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柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
2 直流配电网应用前景及优势
保证电能质量 由于柔性直流输电的技术优势，即逆变器可 以瞬时控制交流侧输出的电压幅值、相角，传输 的有功、无功功率可以快速、独立的控制。因此， 通过控制交流侧输出的电压和频率，电能质量可 以得到有效的保证。在直流配电系统中，电源侧 或用户侧发生的故障或扰动并不会影响到另一侧， 因此更好的解决了电能质量问题。
2013/6/26 hfliang@ 24
柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
3 直流配电网的网架结构
直流配电网拓扑结构主要包含电力电子 换流器和连接它们的直流线路。由于现有的 配电系统由交流系统组成，因此直-交流混 合系统成为直流配电技术应用的第一步。一 个典型的直-交流配电网络如图所示：
2013/6/26
hfliang@
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柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
1 基于VSC的柔性直流输电技术
1990年，McGill大学的BoonTeCk Ooi提出使用 PWM(Pulse Width Modulation)控制电压源型换流 器(Voltage Source Converter, VSC)进行直流输电， 即后来发展形成的柔性直流输电技术。柔性直流 输电技术是一种以电压源换流器、可控关断装置 和脉宽调制(PWM)技术为基础的新型的直流输电 技术。
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故障检测方法
2.电气量微分保护 分为电压微分保护和电流微分保护 优点：动作速度快 缺点：( 1) 电气量微分针对行波波头到达特性，因此只适用于故障 起始阶段。( 2) 电气量微分保护的定值整定依赖于仿真计算，缺乏 普适的定值整定方法。( 3) 直流配电网若采用架空线，电气量微分 保护易受雷电等噪声干扰，耐受过渡电阻的能力有限。
故障检测方法
3.测距式保护 分为行波测距保护和参数识别保护 优点：整定易于实现，不依赖仿真计算 缺点：（1）对于行波测距保护，由于直流配电网线路较短，行波 反射到达数识别保护易受负荷的影响，负荷分支可能 产生外吸或助增电流，影响线路参数辨识的准确性
缺点
1.需要通信设备，并且 每个分段开关都需要配 置定位装置，增加了设 备成本，经济性较差 2.直流配电网的馈线可 能存在T 接负荷分支， 这将对故障区域定位的 可靠性造成影响
后续的研究重点
1) 研究具有工程应用价值的暂态故障电气量提取与计算方法; 2) 研究基于故障暂态量的故障检测与定位方法; 3) 探索新的直流电网保护配置与配合方法。
直流配电网介绍
基于毕天姝等《直流配电网保护技术评述》总结
• 定义：直流配电网是通过高功率电力电子技术以直流形式将各 种电源、负荷以及储能设备联网运行的新型的电力网络 • 优势 ：（1）大量分布式电源与直流负荷接入直流配电网，相 较于交流配电网来说，减少了换流环节，降低了设备成本，提 高了能源效率；（2）相比于交流配电网，柔性直流配电网受交 流侧故障影响小，不增加交流侧短路容量；（3）直流配电网中 无需传输功率，无电容效应与集肤效应，供电半径及容量大、 效率高；（4）相比较于交流配电网，直流陪电网中的电能质量 问题更容易解决 • 有待提高之处：直流换流设备耐受过流的能力弱，且故障 恢复 控制措施相对复杂，对实现快速检测、故障定位及有选择的隔 离故障区域提出了更高的要求
直流配电网拓扑结构示意图 1.网络拓扑为双端型供电，不存在环流问题，并且能够提高供电可靠性。 2.接地方式为直流电容器中性点高阻接地，能够防止单极接地故障引起严重过流，进而威胁设 备安全 3.环流器采用的是VSC，但是在自己做的时候可以更换成MMC
• 直流配电网保护可分为换流站保护、直流网的保护以及负荷分支 保护。 • 换流站保护技术与已有直流系统区别不大；负荷分支作为直流配 电网的末端，其保护技术相对简单，故重点讨论直流网的保护技 术 • 直流线路双击故障的故障特征复杂；交流侧的换流电抗器含有比 较大的电感元件，导致故障暂态过程持续时间较长；稳态故障电 流幅值较大；所以实现快速、可靠、有选择的故障检测方法是需 要解决的问题。此外故障定位也是继故障检测之后的又一个关键 问题 • 实现准确故障定位的难点：（1）可利用数据少（2）负荷分支的 干扰（3）直流线路各区段长度较短
故障定位方法
故障定位方法名称 本地被动式故障定位方 法 本地注入式故障定位方 法 基于多点信息的故障定 位方法(电流差动方法、 纵联方向方法、广域信 息法) 原理简单可靠，灵敏度 高，不受运行状态的影 响。 优点 不需要增加额外的设备， 可以较好地解决可利用 具有较好的经济性 故障数据少和暂态电气 量特征复杂这两个技术 难点，具有较好的准确 性 1.可利用故障数据少， 精确计算故障距离难; 2.直流配电网各区段长 度短导致故障特征差异 非常小，准确识别故障 位置难 1.均存在采样频率偏高 的问题 2.本地注入式故障定位 方法需要增加额外注入 设备，经济性差，并且 增加了一次系统的复杂 性
其他文献总结
• 直流配电网保护面临的四大问题：（1）直流配电系统接地方式 （2）直流断路器的应用（3）分布式电源的接入（4）电力电子 装置的限流 • 柔性直流配电网保护系统的保护范围：VSC/MMC;直流变压器； 直流线路；直流母线；直流分段设备 • 直流配点的难点：线路的复杂性，存在T接线路或负载以及分布 式电源，而且配电系统对供电 可靠性及电能质量的要求更高 • 保护区域的划分：（1）交流系统保护区（2）MMC环流器（3） 直流线路或母线（4）负载接入环流器及交流变压器保护区（5） 交直流负载，交流微电网和直流微电网 其中（1）（2）研究较为深入，（3）为重点研究对象
保护关键问题与技术难点
故障检测方法
1.电气量幅值保护 优点：电气量幅值保护仅利用单一电气量，原理简单、易于实现， 具有较好的经济性 缺点：（1）单独依靠电气量幅值，难以防止相邻出线故障引起本 线路保护误动（2）故障后直流配电网拓扑随续流二极管通断呈现 时变特性，缺乏电气量故障计算方法，因此电气量幅值保护定值整 定多依赖仿真计算（3）直流配电网含有分布式电源，并且线路较 短，电气量幅值保护可能存在出线保护与负荷分支保护定值配合难 题。