直流配电网的关键技术

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。

直流配电网的关键技术

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

直流配电网应用前景分析

直流配电网应用前景分析 摘要：近年来，分布式能源因其可再生程度高、对环境影响小而大量接入电网，接入容量逐年升高，这对我国己成规模的交流配电网的安全稳定提出了挑战，相 较与交流配电网，直流配电网接入分布式电源将更稳定。相信不久的将来，分布 式电源的不稳定性和直流配电网本身的优势会相互弥补，相互促进。本文针对直 流配电网的发展及应用前景作分析研究。 关键词：直流配电网；分布式能源 引言 2018年10月19日，“一带一路”能源部长会议和国际能源变革论坛在江苏苏 州同里举行。作为该论坛永久会址，同里小镇向我们展示了未来电网的发展方向，即清洁、高效、自给自足。同里小镇一项关键技术引人注目，就是直流配电网的 应用。 1 直流配电网的现状 电力能源诞生之初，交直流输配变同时起步，但根据当时的技术水平，直流 电变压困难，无法实现远距离大容量传输电能；交流可供电压等级更高，输送容 量更大，所以交流电迅速占领市场，成为主流。 但近年来，国内外开始对直流配电网的应用进行研究。如美国通用电气照明 和威斯康辛大学麦迪逊分校共同研究了没有中央控制单元的工业低压直流配电系统；日本东京工业大学等机构就提出了基于直流微电网的配电系统构想，并实现 了一套10kW直流配电系统样机；国内的一流高校，如清华大学、华北电力大学、浙江大学等都逐步对直流配电网展开了相关研究。 2 直流配电网的优势 众所周知，直流配电网在输送容量、可控性及提高供电质量、减小线路损耗、可再生能源灵活、便捷接入等方面具有更好的性能。由于以下几种原因，直流配 电网又现生机，开始迅速发展。 1、分布式能源的大量接入。随着城市规模的不断扩大、分布式电源、可再 生能源的高密度接入以及功率半导体技术的发展，直流供电技术和经济优势逐渐 体现，城市中越来越多的采用直流配电网。 分布式能源由于对环境依赖性强，可控性较传统火电厂弱，大量的分布式能 源接入会影响交流配电网的供电可靠性、电能质量和经济环保运行。分布式电源 接入交流电网需要经过电压、频率、相位的同步过程，易造成配电系统发生振荡。直流配电网通过各种变流器将分布式电源和负荷连接到同一直流母线上，组成独 立可控的系统，可避免交流配电网出现的很多问题。直流配电技术可解决当前问 题以满足未来配电网的发展需求。 常见的分布式电源的电能均为直流电或可经过简单整流后变为直流电，可以 节省大量的换流环节，提高线路传输功率和效率，节约运行成本。一些分布式电 源发电过程中产生的是直流电，比如光伏发电，其发电产生直流电可以直接接入 直流配电网，从而减小成本、降低损耗。虽然风力发电输出交流电，但由于风能 可控性差、间歇性较强，所发电的电能质量不高，容易对电网造成较大波动。如 果经过整流后变为直流，无论再逆变或再斩波，相对而言电能质量的问题都会较 好解决。

国外直流配电网研究现状

国外直流配电网研究现状 与交流配电网相比，直流配电网存在较大优势，因此，世界不同国家均提出了不同的方案与标准。 美国早在2003年就提出了直流配电的相关方案。北卡罗来纳大学提出的方案参考了舰船配电，其方案中直流电压母线采用400V作为其电压等级，并配有120V交流母线。能量管理装置作为中继，从12KV交流母线获取电能，并通过400V直流母线和120V交流母线将电能分配给负荷。2010年，弗吉尼亚大学提出了“Sustainable Building and Nanogrids（SBN）”研究计划，如图示： 图？SBN直流配电网结构 SBN计划中考虑不同负荷，直流配电网电压等级采用380V和48V双电压等级。380V 电压主要针对家用和工业用负荷，48V电压等级考虑通信及小型设备，其供电能力及其有限。此结构整合不同分布式电源并考虑了混合动力汽车的影响，具有前瞻性。 其后，弗吉尼亚大学在SBN系统基础上又提出改进方案，如图示，改进方案中采用交直流混合配电，并针对不同负荷和分布式电源进行分层，力求能源的高效利用。

图？交直流混合配电系统结构 上图中交直流混合配电方案中网络分层明显，有子网、微网、纳网等多种结构，并通过整流器与上级结构相连。 日本大阪大学在2006年提出双极直流配电网结构，此结构中6.6KV交流电先通过变压器变为230V，再通过整流器输出±170V直流电能。双极母线的使用使得传输容量更大，电力电子器件的大量使用也将±170V直流电压变换为不同电压等级的交流、直流电压，供不 同负载使用。

图？日本直流配电方案 欧洲国家中，意大利和罗马尼亚对于直流配电网均有研究。罗马尼亚在2007年提出的系统采用双电源交替供电。如下图：系统中设计750V作为直流母线电压等级，整合各类分 布式电源并与交流电网连接，其供电能力较强，供电可靠性也较高。 图？双电源交替供电直流配电结构图 除以上国家外，其他各国和地区也对直流配电网展开了专项研究。我国对于直流配电的 研究起步较晚，但近年来已成为研究热点。对于直流配电网的研究，国内学者主要集中在以 下几个研究方向： 1.直流配电网系统结构 直流配电网的网络拓扑结构可分为三种，分别为辐射型、环型和两端供电型。辐射型网 络结构简单，但供电可靠性较低。环型网络供电可靠，也不必考虑交流网络中存在的无功补 偿、相位补偿等问题。两端供电型网络也有较高的供电可靠性。三种网络结构的相同点为都 整合了分布式电源。 2.低压直流配电系统电压等级 对于配电系统电压等级，各国的标准并不相同。在通信领域，早有48V直流供电的先

探究直流配电网研究现状与展望

探究直流配电网研究现状与展望 发表时间：2019-07-05T15:32:23.260Z 来源：《电力设备》2019年第4期作者：井毓涛李珂[导读] 摘要：针对直流配电网研究现状，做了简单的论述，并且对直流配电网的发展进行了展望。 (中国核电工程有限公司华东分公司浙江嘉兴 314300) 摘要：针对直流配电网研究现状，做了简单的论述，并且对直流配电网的发展进行了展望。相比交流配电网，其具有传输容量大和电能质量高等优势，具有不错的发展前景。从当前直流配电网发展实际来说，朝向柔性直流配电网方向发展。现结合具体研究，进行如下论述。 关键词：直流配电网；研究现状；柔性从配电网的发展角度来说，未来其形态将会是由不同电压等级构成多层次环网状的架构模式，交直流配电网混联用。将来的能源互联网，其基础支撑为直流配电网。随着不断的发展，中压配电网为主要趋势。配电网技术中柔性直流技术地位不断提升。 1 直流配电网的应用场景 从直流配电网体系的构建角度来说，其关键在于直流配电网典型应用场景的构建。目前来说，主要场景如下：1）能源互联网络。基于直流配电网为核心构建的能源互联网络，能够实现各类能源的优化互补，实现生产到消费全面覆盖，网络运行效率提高，呈现互联网服务业态，具有多元化和综合性特点。2）局域综合能源网络。此网络的构建是依靠柔性电网技术，为混合配电网，可支持新能源和储能接入以及能源双向互动。3）中压柔性互联。以直流配电网为骨架；柔性电网技术为支持的混合配电网，在实际应用中可支持新能源和储能接入以及能源双向互动。4）数据中心供能系统以及园区中压直流配网等。 2 直流配电网研究现状分析 2.1 关键技术研究 从当前直流配电网研究的实际情况来说，关键技术研究主要内容如下：1）电压等级的选择。关于电压选取的研究，还处于探索的阶段。在进行电压匹配时，需要做好供电半径以及电气绝缘等级等影响因素的综合分析。选择的电压等级，除了能够满足当前的需求外，还要满足未来很长一段时间的需求，进而保证配电网的作用发挥。从电压的等级来说，分为高压、中低压。其中，高压主要为±320kV和±150kV；中低压主要为±30kV、±10kV、±750V等。 2）调度和控制。从当前实际来说，直流中压配电网运行，采取的是协调控制方法，比如主从控制等，使用上游控制器装置，对设置的换流器统筹配置。直流低压配电网多在使用分布式电源，正常运行时能够保持最大输出状态。若电能富余或电能不足，中压系统会吸收电能或者补偿电能，为储能设备供电。对于负载不平衡的情况，采取设置平衡器或者其他设备等方式，控制电压偏差过大的发生[1]。 3）保护和故障诊断。从电网运行的实际来说，采取的保护措施，主要包括防护设备和防护策略等。常用的防护设备，具体为熔断器和隔离开关等。目前来说，电力技术水平不断提升，熔断器以及隔离开关等逐渐被直流断路器装置替代。低压配电网多使用机械式断路器装置；固态断路器逐渐被推广应用，其不仅速度快，而且效率高。未来混合式断路器装置将会成为主流，通过机械开关进行电流传输；利用固态元件实现电流阻断，静态热性和动态特性较好。除此之外，PEBB技术凭借自己的优势，在继电器保护方面的应用获得了不错成效，有着不错的应用前景。 2.2 可靠性评估 不同于交流配电网，直流配电网的运行方式为闭环运行，可控性很强，能够高效避免各类运行问题，电能传输具有极大的稳定性。不过因为使用的装置较多，比如变压器装置等，增加了电网运行故障的产生风险。基于此，直流配电网和交流配电网两种电网在可靠性方面的优势谁高谁低还有待研究。从直流配电网运行实际来说，配置直流断路器装置能够增强运行可靠性，不过断路器运行故障和元件损坏等，也会引发故障问题，所以相比之下直流配电网运行的可靠性更强些。未来，电力技术水平的不断提高，加之电力元件质量的提升，会增强直流配电网运行的可靠性[2]。 2.3 经济性评估 从直流配电网的使用优势来说，其电能输送容量很大，传输过程中质量的可控性很强。关于交流配电网运行的经济性研究较多，相反直流配电网方面的比较少。基于试验对比分析，通过计算交流和直流配电网的运行成本、资源浪费等能够得出：若负载相同而且线路拓扑相同，建设直流配电网的成本相比交流配电网的建设成本要高。直流配电网传输损耗小，运行过程中随着直流负荷以及运行时间的增加，直流配电网损耗小的优势更加明显。不过若上述条件发生变化，那么关于电网的经济性评估，其结果会出现变化[3]。 3 关于直流配电网发展的展望 全球能源革命的发展背景下，电源逐渐朝向清洁以及低碳化方向转型，分布式发电以及综合能源等处于快速发展的状态。除此之外，电气化进程不断加速，出现了以电动汽车以及数据中心等为首的新型负荷，给直流配电网建设和运行提出了更高的要求。对于此情况，电网企业和新能源发电企业等，不断加大对配电网未来发展方向以及能源互联网发展路径的研究。从直流配电网发展的角度来说，其技术水平将会不断提升。在实际应用中，积极适应新能源以及储能等的接入，将会构建各类应用场景。在具体构建和应用中，柔性直流配电网成为建设的主要内容。基于柔变电站的直流配电网，能够减少转换过程，缩小使用设备的体积，减少能源损耗。目前，世界首创柔性交直流配电网示范工程已经正式投入运行。除此之外，随着直流配电网的不断增加，关于直流配电网运行经济性以及可靠性的研究将会不断增多，研究的内容也会不断增加，通过不断加大直流配电网技术攻关，优化和完善直流配电网，将会推动其持续发展[4]。 4 结束语： 综上所述，当前直流配电网研究主要围绕电压等级的选择和保护与故障诊断等，关于经济性的研究相对较少。在直流配电网研究中，积极借鉴新能源技术以及直流微电网技术等，加大技术研究力度，提出优化和完善直流配电网的措施，对提高其安全稳定运行水平，有着重要的意义。 参考文献： [1]陈小军,靳一林,顾博川,潘凯岩.基于电流微分量的多端直流配电网保护策略研究[J/OL].广东电力,2019(02):95-99. [2]贾科,李论,宣振文,李猛,李晨曦.基于扰动注入的柔性直流配电网主动故障定位及其仿真研究[J].电力系统保护与控制,2019,47(04):99-106.

分析直流配电网电压等级序列

分析直流配电网电压等级序列 发表时间：2018-12-17T16:23:55.973Z 来源：《基层建设》2018年第31期作者：陈思岳 [导读] 摘要：近些年来，不断增长的负荷需求，用户日益提高的电能质量要求以及大量分布式电源（DU）的接入，使得传统配电系统面临挑战。 广东电网有限责任公司惠州惠东供电局广东省惠州市 516300 摘要：近些年来，不断增长的负荷需求，用户日益提高的电能质量要求以及大量分布式电源（DU）的接入，使得传统配电系统面临挑战。采用以直流为主导的配电制，在提高配电网运行效率、改善供电可靠性和电能质量、实现分布式发电灵活安全接入等力一面显示出交流（AC：）系统所不具备的优越性。鉴于此，本文主要分析直流配电网电压等级序列，希望能够给相关工作人员提供一定的参考与借鉴。 关键词：直流配电网；电压等级序列 未来电力系统将以区域交流输、配电网络和直流网络共存的形式存在，直流配电作为直流生态系统中的中间部分，起到以直流的形式承接高压输电网并向负载馈送电力的关键作用，引起人们的广泛关注。在直流配电网发展驱动力分析的基础上，分别介绍直流配电在国内外的发展现状，提出未来交直流混联电力系统、直流配电电压等级序列、直流配电典型应用场景及网络架构 3 个方面的初步设想。并详细介绍未来直流配电网的轮廓，推动能源互联网的发展，为构建新型智能配电网提供创新思路。 1研究直流配电网电压等级序列的重要性 伴随着新能源、新电力、新技术的发展，配电网发展到目前阶段也悄然发生着直流-交流-交/直混合的趋势变化，直流供电技术以其高供电质量和优异的供电能力，成为了国内外研究的焦点。一方面，分布式能源、高压大功率电力电子器件、储能技术、电动汽车、多元直流负荷、高性能新型材料的发明使一些人们被直流配电内在的优势所吸引，他们希望可以与时俱进，博得先筹，驱动直流配电技术的快速发展。 另一方面，习惯于交流供电方式的人们希望可以发挥历史的作用，传承和强化传统技术的韧性，对直流配电实用化的成本，接入影响和安全运行等提出了更高的要求。因此，直流配电在与传统交流配电的交互发展中慢慢完成着自身的优化。本文将立足于直流配电在世界的发展水平，基于直流配电发展的技术需求，提出适用于我国电网现状的直流配电网络架构和技术轮廓，并对目前典型的中压直流配电工程进行介绍[1]。 2制定直流配电网电压等级的约束条件 2.1未来负荷需求 制定直流配电网电压等级还需考虑一些约束条件。如城市规模不断扩大导致部分地区负荷密度过大；在未来电网中，太阳能、风能、燃料电池等分布式能源大量接入电网，用户对用电量和电能质量的需求不断提升，电动汽车、不问断电源、轨道交通等与直流允、供电息息相关的事物进入社会生活，多级直流电网需要为其提供合理的接入电压等级。这些对直流配电网电压等级的选取提出了很多约束条件。根据国内经济发展形势，预测2020年国内经济发达城市饱和负荷密度为10-40 MW/km2；中等发达城市饱和负荷密度为5 -10 MW/km2；欠发达城市饱和负荷密度为3一5 MW/km2。为应对负荷增长，在交流配电系统中，上海己出现高压进城区，500 kV进入配电环节的情况；苏州工业园也将交流中压配电电压等级提升至20 kV。负荷需求对制定直流配电电压等级的约束应注意以下两点。 （1）同等对应电压等级下，直流比交流的配电容量大。直流配电无涡流损耗和集肤效应，故输送容量高于同等级的交流输电。（2）直流地下电缆比交流地下电缆的输送容量大。交流地下电缆由于受对地电容的影响，无功功率难以得到补偿，从而难以实现大容量、长距离的电能传输。直流电缆无此问题，在城市负荷集中地区，可通过直流低压大电流传输来满足需求。因此，直流地下电缆可实现中低压大容量传输，直流配电网的中压配电等级不必设置过高。 2.2设备制造水平 基于电压源变换器的柔性直流输电技术可以给无源网络直接供电，无最低输送有功功率限制，可以给孤立负荷供电。在潮流反转时，柔性直流仅电流方向反转而直流电压极性不变，适用于多段直流连接。其换流站占地面积小，适建于土地紧张的城市。设备可采用模块化设计，生产调试周期短。配电网具有负荷变化大。多段连接。电能质量需求高等特点。因此，柔性直流输电技术特别适合于构建直流配电网。其当前的设备制造水平以及技术发展趋势对于制定±300 kV直流线缆与换流站的能力。 直流配电网中的其他关键设备，如直流变压器、直流断路器、直流保护装置等口前虽有一定发展，但总体水平有待进一步提高，部分尚在研发阶段。这给电压等级的制定和经济性评价带来了困难。口前，l0 kV的交流型电子电力变压器己进入工业试验阶段，该类变压器通过改造可作为大功率直流变压器使用。1.5 kV船用直流断路器己研制成功，320 kV电压等级的直流断路器也己研发出，可开断直流电流[2]。 3直流配电网电压等级序列分析 3.1直流配电电压等级确定方法 直流配电网的电压等级与交流配电网的不同，需要根据不同的应用场合、现有技术的发展水平、交流系统电压等级的影响以及未来发展趋势等众多因素考虑多个电压等级。因此，本文参考交流系统的研究经验，结合已经应用直流供电行业的研究成果，考虑直流配电网电压等级的影响因素，构建直流电压等级序列确定方法。具体步骤如下： 1）基础值的确立。 结合目前关于直流电压等级的研究进展以及 不同行业应用的直流电压值，确立基础值。±0.4kV被建议应用于通信系统、未来楼宇直流配电系统以及电动汽车充电系统中；士1.SkV 是目前广泛应用于城市轨道交通的直流电压等级之一，也是IEC-60038建议的低压直流配电网电压等级。鉴于这两个电压等级值被较多数专家学者认可，因此采用士0.4kV和士1.SkV两个电压等级为基础值。 2）约束原则的应用。 研究表明“几何均值”适用于直流电压等级的制定。另外，直流输配电网采用基于串并联模块化的电力电子装置，实现升压与增容。根据这一特点，选定某一低压电压等级为基础值，按照级倍数方法，得到更高一级电压等级。 直流配电网电压等级序列的确定受到现有交流系统电压等级的影响。未来直流配电网的发展将经历从交流系统的直流化改造过渡并逐

柔性直流配电网故障分析

2018年4月电工技术学报Vol.33 No. 8 第33卷第8期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Apr. 2018 DOI: 10.19595/https://www.wendangku.net/doc/173969293.html,ki.1000-6753.tces.161814 柔性直流配电网故障分析 戴志辉1葛红波1严思齐1王增平1陈曦2 （1. 分布式储能与微网河北省重点实验室（华北电力大学）保定 071003 2. 国网保定供电公司发展策划部保定 071000） 摘要柔性直流配电网故障特性分析是保护方案设计的基础。当前，直流系统故障期间，换流器IGBT不闭锁时的故障特性尚未深入探讨。首先，确定直流配电网的接地方式和控制策略。 其次，分析IGBT不闭锁时直流极间短路和单极接地短路的故障特性及过渡电阻等因素的影响，并讨论故障对其他区域的影响。结果表明，对于极间短路，除故障达到稳态后IGBT闭锁较之不闭锁会出现极间电压和故障电流增大的现象外，IGBT闭锁与否对故障特性影响不大；对于单极接地短路，IGBT不闭锁会使直流侧出现不平衡电压，导致换流器交流侧电流出现直流分量。最后，在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型，证明了理论分析的正确性。 关键词：直流配电网接地方式故障分析极间故障单极故障 中图分类号：TM77 Fault Analysis of Flxible DC Distribution System Dai Zhihui1 Ge Hongbo1 Yan Siqi1 Wang Zengping1Chen Xi2 （1. Key Laboratory of Distributed Energy Storage and Microgrid of Hebei Province North China Electric Power University Baoding 071003 China 2. Development and Plan Department Baoding Power Supply Company of State Grid Corporation of China Baoding 071000 China） Abstract The fault analysis of flexible DC distribution grids is the basis of designing the protection scheme. Up to now, the fault characteristic of DC fault, considering unblocked IGBT in converters, has not been systematically investigated. Firstly, the grounding mode and the control strategy of the DC distribution grid were determined. Secondly, on the premise that IGBT is unblocked, this paper analyzed fault characteristics of pole-to-pole fault and pole-to-ground fault, as well as the influence of fault resistance. The impacts of DC faults on other sections were also discussed. The results show that, with regard to the pole-to-pole fault, whether IGBT is blocked or not does not affect the fault characteristic evidently in the first two transient stages. However, when the fault reaches the steady state, compared with the condition that the IGBT is unblocked, the DC voltage and fault current are larger when the IGBT is blocked. In terms of the pole-to-ground fault, the unblocked IGBT would result in DC unbalance voltage, which will further generate DC components in the ac-side current of the converter. Finally, the simulation model was built in PSCAD/EMTDC, and the result confirms the validity of the theoretical analysis. Keywords：DC distribution network, grounding mode, fault analysis, pole-to-pole fault, pole- to-ground fault 国家重点研发计划专项课题（2016YFB0900203）、国家自然科学基金（51307059）和中央高校基本科研业务费（2017MS096）资助项目。收稿日期 2016-11-18 改稿日期 2017-02-26