1．目的及意义

1.目的及意义

1.1研究的背景、目的及意义

近年来，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信息技术和电力电子技术的蓬勃发展，采用直流配电网可以节省大量的 DC/AC 换流环节，提高线路传输的功率和效率，增加系统供电容量和半径并且具有一定的环保优势，与此同时，用户对电能质量以及供电可靠性等要求不断提高。直流配电网可以有效解决现有交流配电网供电走廊紧张、线路损耗大以及电压波 动、电网谐波、三相不平衡等一系列电能质量问题，大大提高配电网的可靠性和可控性，因此具有更大的技术优势和发展潜力，发展直流配网将是 未来城市配电网建设的必然趋势。

直流配电网可由风、光、储能等分布式电源，交直流负荷，微电网以及柔性直流换流站等“源–网–荷”组成，不确定因素多，因此，直流配电网的电压控制是其首要问题，需要一套良好的电压控制策略以保证配网在不同运行方式下都能满足负荷的电能质量要求。

相比较交流配电网，直流配电网具有输送容量大、电能质量高、换流损耗低、无系统同步稳定性问题、支持分布式电源接入等优点。由于直流配电的经济性和可靠性，直流配电网的建设得到越来越多的关注。而过电压与绝缘配合作为开展工程建设的重要一环，还有很多的问题有待解决。其目的就是合理化直流配电设备的绝缘水平，需要综合考虑换流站相关设备的造价、维护成本及绝缘故障引起的损失，得到绝缘保护配合的相关策略，以提高直流设备运行的可靠性与经济性。

1.2国内外研究现状

目前，大多数文献还是集中在变换器本身或微 网控制技术的研究与分析，尚没有成熟的直流配电 网控制策略，相关的柔性直流配电网电压协同控制方法主要参考柔性直流输电中的电压控制方法，其中适用于柔性直流配电网的电压控制方法主要有三种：主从控制方式(Master/Slave Control)、电压下垂控制方式(Droop Control)和电压裕度控制(Margin Control)。主从控制是利用一个换流站作为松弛节点 控制系统直流电压，其它换流站采用定功率控制， 这种控制模式依赖各变换器之间的快速通讯，且主站调节压力较大。直流电压下垂控制是指所有具备功率调节能力的换流站利用给定的各直流功率(或电流)与直流电压的斜率关系来实现多个站共同承担直流电压控制，该控制方式无需上层控制器和通信，具有较好的模块性和扩展性，但稳态运行时存在偏差，而直流配网负荷变化复杂，频繁大量的负荷变化将会导致电压波动，甚至稳定运行时电压偏差超出额定范围，该控制方法斜率的选取较为困难[6-9]。电压裕度控制是当主换流站发生故障或功率超限而无法继续维持直流电压恒定时，另一个换 流站将切换至定直流电压控制模式并运行于新的直流电压参考值，这种控制方法无需站间通讯，但直流配网结构复杂，负荷变化大，电压波动厉害，使得电压裕度的选取较为复杂，同时多个后备定电压换流站的优先级确定困难。可见，相对柔性直流输电系统，直流配电网的节点多、潮流更为复杂，因此采用主从控制方式比其他方式更易于实现直流配电网的稳定运行。文献[10]提出了一种双层的直流配电网控制策略，系统控制层控制直流配电网与交流配电网的功 率传输和整个直流配电网的电压，单元控制层对分布式电源的发电、储能元件、直流负荷进行协调控制，本质上仍属于主从控制方式。文献[11-12]给出 了低压直流配电网各类换流器及分布式电源在正 常运行与故障情况下的控制策略，并在双极系统中 接入电压平衡装置，用于消除系统接有不平衡负荷 引起的直流对地电压的偏差。最近又提出了一种新型的负载–电源电压控制策略(load-generation voltagecontrol scheme，LGVC)，来控制直流配网电压，并考虑了分布式电源功率变化对直流电压的影响，该方法本质上是一种直流电压下垂控制和即时功率控制相结合的一种控制策略。但上述的直流电压控制策略均没有考虑直流 配网线路断开、部分可控设备退出运行可能导致的运行方式的改变。

国内外对直流配电的研究逐渐深入，相比较交流配电网，同等电压等级的直流配电网具有传输容量大、线路损耗小、质量优质、不需无功补偿及支持各类分布式电源接入等优点，所以直流配电网在经济运行、绿色环保、安全可靠等方面均具有更强的优势。截至目前，国内外对于直流配电网的研究还处于试验探索阶段，有关研究内容主要集中在原理基础、网架结构、控制策略、故障保护等理论性研究，直流配电技术的实际工程运用并不成熟。对于直流配电技术的深入研究主要涵盖以下几个方面：网架结构设计及电压等级研究、多落点直流配电的潮流调度方法、故障定位与相关控制保护措施、设备研制与绝缘配合确定等。同时为了落实直流配电网的设备建设及线路投运，以直流配电方式弥补原有交流配电存在的缺陷，因此非常有必要对直流配电系统的各项关键技术开展更为深入的研究。
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2. 研究的基本内容与方案

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2．研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

2.1研究的基本内容、目标

现有交流配电网面临着分布式新能源（电源）接入、负荷和用电需求多样化、潮流均衡协调控制复杂化，以及电能供应稳定性、高效性、经济性等方面的巨大挑战。为解决上述问题，可利用直流供电的一系列优越性去发展直流配电网，对直流电压进行控制，解决系统在运行方式变化时复杂的模式切换问题，降低系统对监测、通信和控制的要求。本设计旨在分析直流配电网典型扰动（如负荷投切、母线短路等）下的暂态过程，研究利用变换器快速调控能力实现暂态过渡过程干预策略，限制故障电流，缓解系统对直流开关的要求以及实现故障隔离。主要内容包括：