直流电网

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直流电网是电能汇集、输送和分配的一种手段。欧洲沿岸国家为了利用北海海上可再生能源，提出了利用高压直流电网汇集并入欧洲电网的超级电网规划。我国西部蕴藏着丰富的风能、太阳能、水能等可再生能源，未来新能源大开发和西电东送也面临采用何种汇集方式、输电形式、电网构架等问题。此外，直流配电网和直流供用电也是本研究领域的热点，国内外已经出现了以试验和研究为目的的工程应用，在电源和负载的适应性、供电质量、综合效率等方面具有优势。小编整理了自2016年3月《电网技术》出版专题“直流电网基础理论及关键技术”以来的最新研究成果，涉及直流电网架构及应用展望、直流电网关键设备及控制元件研制、直流电网运行及控制保护技术等方面，以供参考。

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《直流电网用电力电子器件发展与展望》

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作者：温家良，葛俊，潘艳，邱宇峰，陈中圆，刘先正，李金元

单位：1．国网智能电网研究院；2．国网宁夏电力公司

出版年：2016年第3期，663-669

基于柔性直流输电的直流电网技术具备灵活、安全的潮流控制能力，将越来越多地成为大规模清洁能源发电、海洋群岛供电及构建新型城市电网的首选技术方案。直流电网核心装置电压源换流器、直流断路器等都利用到全控电力电子器件以实现电能的变换，因而器件参数性能对这些装置有着极大的影响。从直流电网各核心装置的需求分析着手，详细讨论了不同装置对器件电气特性、封装形式的要求，提出具有针对性的定制化设计、协同优化设计等关键技术，最后对适用直流电网发展的未来新型器件进行了展望。

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《用于直流电网的大容量DC/DC变换器研究综述》

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作者：杨晓峰，郑琼林，林智钦，薛尧，王志冰，姚良忠，陈博伟

单位：1．北京交通大学 电气工程学院；2．中国电力科学研究院

出版年：2016年第3期，670-677

发展高压直流电网是解决电能大容量远距离传输及大规模可再生能源汇集的有效手段，高压大容量DC/DC变换器是实现不同电压等级的直流电网线路之间互联的关键设备，也是制约直流电网推广的主要技术瓶颈之一。然而已发表的研究工作主要集中于DC/DC变换器在中低压小功率应用，其在高压大容量场合的应用研究较少。为此，首先分析了高压直流电网对大容量DC/DC变换器的技术需求，然后系统回顾了高压大容量高增益DC/DC变换器拓扑的国内外研究现状，并总结了各类DC/DC变换器的特点及其在未来高压直流电网中的应用前景。在此基础上指出了高压直流电网用的大容量DC/DC变换器亟待研究的关键问题。所述内容为未来高压直流电网技术的研究和工程化应用提供了一定的技术参考。

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《高压直流输电换流阀晶闸管级单元综合测试系统设计与实现》

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作者：刘隆晨，岳珂，庞磊，张星海，李亚伟，张乔根

单位：1．国网四川省电力公司电力科学研究院；2．西安交通大学 电气工程学院

出版年：2016年第3期，756-761

晶闸管换流阀是高压直流输电系统的核心设备，该设备运行状态直接影响了直流输电系统的运行可靠性。因此，在直流输电工程投运前及设备检修期间，电网设备运维单位有必要对换流阀晶闸管级单元进行例行测试。由于直流输电系统中晶闸管级单元数量庞大且晶闸管试验项目繁多，采用分离试验的方式，工作量巨大，因此设计并实现针对换流阀晶闸管级单元的综合测试系统具有重要工程价值。对晶闸管级单元的工作原理进行分析，结合-1标准，提出换流阀晶闸管级单元的试验内容、原理及方法，并将开发的测试系统应用于±800 kV特高压直流输电工程换流站的晶闸管换流阀试验，测试结果证明该测试系统设计合理，满足工程应用需求。

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《基于误差最小化射影控制的降阶高压直流鲁棒控制器》

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作者：彭乔，刘天琪，李保宏，王峰，李兴源

单位：四川大学 电气信息学院

出版年：2016年第3期，704-711

鲁棒控制方法可用于高压直流附加阻尼控制器的设计，用以抑制交直流系统低频振荡，但目前普遍存在控制器阶数过高的问题，对实用性影响较大。为此提出对H2/H¥鲁棒控制器进行降阶的动态射影控制方法，并对降阶过程中产生的误差进行优化。首先利用总体最小二乘-旋转不变子空间(TLS-)方法对系统进行低频振荡特性辨识，在此基础上利用主模比指标选择合适的反馈信号；然后利用H2/H¥鲁棒控制理论设计状态反馈鲁棒控制器；最后应用动态射影控制进行降阶，同时利用共轭梯度法对由FH范数评价的误差系统进行优化，得到最优低阶输出反馈控制器。仿真结果表明基于误差最小化射影控制的降阶高压直流鲁棒控制器在不同扰动与故障下都能有效抑制系统的低频振荡，鲁棒性和控制性能强，同时控制器阶数低，适合于实际工程推广应用。

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《架空线柔性直流电网构建方案》

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作者：孙栩，曹士冬，卜广全，王华伟，雷霄，卢斌先

单位：1．中国电力科学研究院；2．华北电力大学 电气与电子工程学院

出版年：2016年第3期，678-682

国家电网为配合绿色奥运的理念，计划在北京、河北建设柔性直流电网。从拓扑结构、关键设备、控制保护等方面对架空线柔性直流电网构建方案进行了研究。直流电网网架结构采用口字型结构，换流站采用对称单极结构；关于子模块拓扑的选择，存在半桥子模块结合高压大电流直流断路器以及故障自清除子模块结合快速机械直流开关2种方法。半桥子模块方案技术简单成熟，但是需要超快速保护装置，而且有可能存在直流断路器不能全面保护换流站的问题，需要配置大量的换流器限流电抗器与直流线路限流电抗器；故障自清除子模块方案不需要超快速保护装置，然而存在直流线路故障后所有站短暂闭锁的问题，但是不会造成整个电网的失稳。关键设备和控制保护目前来看不存在不可逾越的难题。

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《直流配电网的集中-分布式控制策略》

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作者：杨舒婷，王承民，李骄阳，谢宁，王勇

单位：上海交通大学 电子信息与电气工程学院

出版年：2016年第10期，3073-3080

直流配电网的协调运行策略是直流配电网研究的关键技术。提出了适用于直流配电网的集中-分布式控制架构，包括集中控制层和分布式控制层。集中控制层研究联网和离网运行协调控制策略。联网运行策略考虑了交流配网的实际消纳能力和储能的运行状态，被划分为换流站调节模式和换流站储能联调模式2种模式，能够最大化利用交流配网消纳能力同时尽可能使储能处在最佳状态，以此防备恶劣的情形，提高系统的稳定性。并根据不同模式下不同场景提出不同的协调策略。离网运行策略采用电压分层控制策略。分布式控制层研究每个本地端口的功能和本地策略。通过对研究的直流配电网仿真分析，验证了所提出的控制架构和控制策略的准确性和有效性，提高了直流配电网的电能质量。

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《一种利用故障暂态过程的柔性直流配电网故障测距方法》

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作者：和敬涵，张明，罗国敏，于冰，洪泽祺

单位：北京交通大学 电气工程学院

出版年：2017年第3期，985-992

直流配电网的故障测距技术是保证其安全可靠运行的关键技术，为实现直流配电网保护装置动作后快速准确地确定故障位置，研究其故障测距技术十分必要。在总结现有交流电网以及高压直流输电网中故障测距方法的基础上，提出了一种利用直流侧电容暂态放电过程的柔性直流配电网故障测距的新方法。该方法从直流网络发生短路的暂态过程出发，将短路故障的暂态过程分段，提取其中电容放电的暂态过程来进行故障测距。首先在PSCAD/EMTDC中搭建了双端柔性直流配电网的拓扑模型；其次利用对文中提出的故障测距算法进行仿真，验证其可行性和有效性；最后，提出对直流配电网故障测距算法评价的3个指标，并从此指标入手，将所提方法与其他适用于直流配电网的故障测距方法进行对比验证。

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《计及多种控制方式的直流电网潮流计算方法》

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作者：和敬涵，李智诚，王小君，谢毓毓

单位：国家能源主动配电网技术研发中心(北京交通大学)

出版年：2016年第3期，712-718

基于柔性直流输电的直流电网技术是解决大规模新能源并网和消纳的关键手段之一。相比传统高压直流输电和多端直流输电，直流电网的运行方式更为灵活，其控制方式的多样化将使得原有潮流算法不再完全适用。在直流电网稳态模型的基础上，深入分析了换流器和直流变换器的控制方式以及直流电网的控制策略，推导得出了不同控制方式下潮流变量、雅克比矩阵和网络参数的计算方法，适用于计及多种控制方式的直流电网潮流计算。采用国际大电网组织提出的直流电网测试系统和改进的IEEE RTS-96算例，验证了方法的有效性和准确性。所提方法可为大规模直流电网的稳态分析及潮流计算提供参考。

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《采用改进粒子群算法的直流电网最优潮流控制》

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作者：刘先正，温家良，潘艳，吴鹏飞，李金元

单位：先进输电技术国家重点实验室(全球能源互联网研究院)

出版年：2017年第3期，715-720

基于柔性直流输电技术的直流电网具有灵活安全的潮流控制能力，在大规模清洁能源发电、海洋群岛供电及新型城市电网构建等方面已成为最有效的技术手段之一。针对直流电网中的最优潮流问题，提出了一种基于模糊控制理论的自适应粒子群算法，以实现电网兼顾有功网损和电压质量的优化运行。首先利用模糊隶属度曲线将两目标转化为单一优化目标，引入当前步适应度为模糊控制器输入端动态调节粒子群算法中的控制参数电力直流论文，使其具更快的收敛性，再用改进的粒子群算法对六端直流电网潮流优化模型进行了求解。最后通过仿真算例验证了所提改进粒子群算法的有效性和可行性。

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《低压双极性直流微网故障分析及保护方案》

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作者：刘鑫蕊，谢志远，孙秋野，王智良

单位：东北大学 信息科学与工程学院

出版年：2016年第3期，749-755

低压直流微网凭借其较大的优势，获得了越来越多的关注。但是，目前低压直流微网的保护技术仍不能满足其快速、准确切除故障的需求。鉴于此，首先对低压双极性直流微网中的各类故障进行分析，在此基础上通过对比暂态故障电流变化率的绝对值以区分不同类型、不同位置的故障。针对低压双极性直流微网中的馈线故障提出了基于暂态故障电流变化率绝对值的反时限保护方案，通过理论分析：该保护方案在并网和孤岛2种运行方式下均可以快速、准确地切除馈线上各种故障，有利于提高低压双极性直流微网供电的持续性与可靠性。PSCAD/EMTDC仿真实验验证了该保护方案的有效性。

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《基于运行模式与运行指标综合评价的直流微电网优化配置》

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作者：王盼宝，王卫，孟尼娜，刘鸿鹏，冯慧波，徐殿国

单位：1．哈尔滨工业大学 电气工程及自动化学院；2．国网河北省电力公司

出版年：2016年第3期，741-748

以低压直流微电网为对象，研究了其容量优化配置方法。针对直流微电网需要采用并网变换器与电网连接的特点，考虑并网变换器容量限制和上网电价等因素电力直流论文，以系统投资费用、运行和维护费用最低为运行目标，同时设置蓄电池荷电状态、负载失电率、系统能量过剩率以及可再生能源利用率等约束条件，利用粒子群优化算法对系统的最优配置进行求解。在分析直流微电网运行方案的基础上，提出基于系统离网运行、并网运行及离并网切换运行3种情形的优化配置方法。考察不同负载失电率和可再生能源利用率下的系统等年投资与维护费用变化趋势，同时利用优化配置结果对系统运行模式进行验证。最后对不同运行模式与不同运行指标下的优化配置结果进行对比和分析。

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《基于模块化多电平型固态变压器的新型直流微网架构及其控制策略》

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作者：韩继业，李勇，曹一家，宁志毫，沈阳武，熊家敏，黎昀轩

单位：1．湖南大学 电气与信息工程学院；2．国网湖南省电力公司电力科学研究院

出版年：2016年第3期，733-740

设计了一种基于模块化多电平型固态变压器(MMC-SST)的新型直流微网架构，可最大限度地适应新能源的接入，提高系统的电能质量，真正实现能量的双向按需传输和动态平衡使用。首先，详细分析了基于MMC-SST的新型直流微网的系统结构，并给出了MMC-SST主电路拓扑；然后，对MMC-SST各级的控制策略和直流微网子系统能量管理算法进行了优化设计，使MMC-SST能够按照给定的功率因数运行，并具有比传统控制方式更快的瞬态响应速度和更强的鲁棒性，实现了直流微网子系统的灵活、经济、可靠运行；最后，通过搭建基于MMC-SST的新型直流微网子系统的简化计算机仿真平台，进行综合仿真验证了提出的架构和控制策略的可行性和有效性。

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《基于视在伪阻抗辨识的直流配电电缆单端在线故障定位方法》

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作者：林芳雯，吴俊勇，郝亮亮

单位：北京交通大学 电气工程学院

出版年：2016年第8期，2555-2561

当直流配电电缆发生故障时，直流断路器将故障电缆隔离，为快速排除故障恢复供电，需要快速准确地确定故障点的位置。针对单极接地故障，提出一种基于视在伪阻抗辨识的直流配电电缆单端在线故障定位方法，将故障定位模块与故障电缆串联，使得电缆中流过振荡衰减电流，利用Prony算法提取定位端电缆电压与电流的特征参数，辨识出当前故障情况下的视在伪阻抗；以故障距离和故障点过渡电阻为变量，推算出基于p电缆模型的等效伪阻抗；利用视在伪阻抗和等效伪阻抗的实部和虚部分别相等判据，计算出故障距离和过渡电阻。仿真结果表明，所提出的方法能准确有效地定位故障点，并考虑了电缆的分布电容，具有较好的实用性。

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《柔性直流技术在负荷中心分网运行的应用》

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作者：刘嘉超，袁志昌，李岩，李巍巍

单位：1．清华大学 电机工程与应用电子技术系；2．南方电网科学研究院

出版年：2016年第3期，683-688

特高压直流广泛用于远距离、大容量输电，越来越多的直流落点集中于我国的负荷中心，给系统运行带来了短路电流超标、多直流间相互影响及大面积停电风险增加等问题。调整系统运行方式能一定程度上缓解短路电流超标带来的压力，但要全面有效解决我国负荷中心目前面临的问题需要优化网架结构。基于对负荷中心电网现状的分析，提出了一种网架优化方案——对负荷中心大型同步网进行分区，并利用柔性直流进行区间互联；对该柔直分网方案的功能要求、系统级控制原理及控制架构进行了详细分析，并总结了柔性直流技术用于负荷中心分区互联的发展趋势及关键技术难点。

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《弱交流电网条件下VSC无功类控制分析与优化》

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作者：袁艺嘉，赵成勇，苑宾，许建中

单位：新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学)

出版年：2016年第3期，696-703

针对接入弱交流电网的电压源换流器(VSC)所采用的无功类控制器的适用性进行分析，并提出了改进的无功功率控制方法。首先针对连接到弱交流电网的VSC整流侧和逆变侧系统，分别建立了两个系统在定有功功率定无功功率控制和定有功功率定交流电压控制下的小信号模型，其次利用参与因子法分析影响主导极点的主要状态变量，基于此提出了一种改进的无功功率控制方法，分别在VSC整流侧和逆变侧系统中进行验证，并分析了参数k的选取。最后，在PSCAD/EMTDC环境下进行仿真实验，验证了建立的小信号模型正确性，同时，考虑VSC系统运行极限分析了不同无功类控制下系统的临界有功功率传输极限值。所得结论为：对于连接到弱交流电网的VSC类换流器，定交流电压控制较定无功功率控制更适用于极低短路比(short- ratio，SCR)的交流系统，在选取合适的参数k的条件下，采用改进的无功功率类控制可以提高有功功率传输极限，更有效地增强系统稳定性。

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《基于短时能量的多端柔性直流单极接地故障线路识别方法》

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作者：毕天姝，王帅，贾科，周泽昕，李伟

单位：1．新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学)；2．中国电力科学研究院

出版年：2016年第3期，689-695

采用小电流接地方式的模块化多电平多端柔性直流输电系统(MMC-MTDC)发生直流线路单极接地后，所有非故障极线路电压升高为额定值的2倍，威胁线路和设备安全，因此，需要快速识别并切除故障线路，以恢复MMC-MTDC系统的正常运行。而小电流接地方式的MMC-MTDC系统单极接地后，无稳态故障电流，且各直流线路稳态电压基本相同，无法依靠稳态电压、电流量来识别故障线路。分析了MMC-MTDC单极接地时线路对地电容电流暂态变化特性，提出采用线路两端的暂态差流作为区分故障线路和非故障线路的依据；进一步通过计算线路两端差流的短时能量来扩大故障线路和非故障线路的差异，减少暂态过程对故障线路识别的影响，达到可靠识别故障线路的目的。在PSCAD中搭建四端MMC-MTDC系统进行仿真，结果表明故障线路两端差流短时能量远大于非故障线路两端差流短时能量，并且该故障线路差动电流短时能量波动较小，能可靠识别接地线路。

编辑 | 马晓华

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