2019年3月第1期葛洲坝集团科技总第129期
李国香
中国葛洲坝集团装备工业有限公司
摘要：柔性直流配电网在单位走廊下的供电能力高，具备更稳的可靠性，并且能够提
供高质量的供电，消纳分布式电源效果更明显，结合诸多优点，柔性直流配电网的重要
程度日益增长。本文在介绍直流配电网优势及国内外研究现状的基础上，以两端“手拉 手”拓扑结构为例，探讨柔性直流配电网的运行方式划分及切换策略。
关键词：柔性直流；直流配电网；运行方式划分
1引言
近几年我国经济发展势头迅猛，对能源尤其电力需求快速增长。然而，由于选址、征地、建设成本较高，
钢锭模
输电线路增加或改造难度较大，在用电量大的城市，电网建设规划相较落后于城市的发展规划，就会导致已有交流配电网络难以满足负荷发展的要求。新的供电要求逐渐颁出，逐渐严格，现有的交流配电网正面临着严峻的挑战。而直流配电网以其单位走廊的供电能力高、对电能的良好控制能力、对分布式可再生能源的友好接纳能力越来越受到关注。
本文在介绍直流配电网优势及国内外研究现状的基础上，以两端“手拉手”拓扑结构为例，探讨柔性直流配电网的运行方式划分及切换策略。
2直流配电网特点
2.1直流配电网优势
柔性直流配电网具有更好的并网能力，对于当前大力推进的分布式电源建设意义重大，有利于分布式可再生能源的接入，解决一直困扰新能源企业弃风、弃水、弃光等问题，其具体优势主要有以下几个方面：
探针测试
(1)直流输电技术能够提高单位走廊的配电网供电能力，相关测算表明相同条件下直流输电容量是交流输电容量的1.5倍。
(2)直流输电配电网的供电可靠性要比交流网更高。由于直流输电技术对于电能的更好的控制能力(主
要包括电压、有功、无功等)，避免了输配网变换过程中广泛存在的高低压电磁环网问题，使得在配电网系统中实现多电源供电，提高电力系统供电可靠性。 (3)基于直流输电技术对于电能的良好控制能力，基于柔性直流配电网络仅仅需要控制直流母线的线路电压，不需要考虑其他参数变化，避免谐波等问题的产生，并且响应迅速，大大提高了供电质量，对于电能质量要求较高的电力用户非常关键。
(4)直流配电网具有多电源供电优势，可实现多种受环境影响发电能力波动较大的分布式能源(风能、太阳能等)的资源互补，尤其是结合储能技术，能够大幅提高分布式可再生能源的接纳能力。在直流配电网接入分布式能源过程中，为更加充分的发挥分布式电源的作用，主要通过直流微电网形式并入到电网主网。
2.2直流配电网缺点
但目前国内外对于直流配电网的研究刚刚起步，大量的技术问题还有待研究、解决。针对直流配电网目前存在的缺点，主要有以下几个方面：
(1)直流配电网电压等级尚未确定，其选择不仅需要考虑网络的供电半径，还要兼顾各类直流设备在该电压下的电气保护以及直流系统设计难度等。
(2)满足直流配电网电压、电流与交流大电网电压、电流以及潮流方程等约束条件下的混合调度有待进一步分析探索。
(3)直流配电网的故障定位方法、以及不同结
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No.1Mar.2019GEZHOUBA GROUP SCIENCE&TECHNOLOGY Serial No.129
构、不同运行方式下的故障诊断与保护配合策略有待优化。
3直流配电网国内外发展概况
通过与交流配电网的对比可以发现直流配电网在电力输配过程以及分布式可再生能源的消纳过程中都具有很大的优势。因此，近些年来直流配电网在国内外得到了广泛的研究，诸多国家和地区都根据自身电力系统特点制定了其直流配电网发展规划。
其中，以美国为首的西方国家针对直流配电网的研究最早，其基于庞大的科研系统，十几年前便在国内的几个大学(弗吉尼亚理工大学、北卡罗来纳州立大学等)设立了关于直流配电网的研究机构并取得了诸多的研究成果。2007年弗吉尼亚理工大学CPES中心结合直流配电网技术特点分析了其在住宅和
楼宇供电方面的应用前景，并制定了u Sustainable Building Initiative(SBI)"发展计划。三年后，该研究中心将"Sustainable Building Initiative(SBI)w发展计划进行了扩充，正式更名为SBN(Sustainable Building and Nanogrids)研究计划。目前，CPES研究中心已经在SBN研究计划的基础上进行了更加深入的研究，其融合了高压直流输电技术的特点，设计了混合配电系统架构。此外亚洲地区的日本、韩国及等地的高校和科研院所也着手关于直流配电网的研究。
总体而言，对于直流配电技术，国外诸多国家均处于实验及理论研究阶段，相关的大型工程实践项目并没有实际应用，分析重点也主要放在以微网为研究对象的低压配电网络。
我国针对直流技术应用于配电网络的研究开展于2009年，电网系统科研人员借鉴国外相关经验率先进行了直流微网的研究。我国于2013年便制定了中压直流配电网络研究计划，走在世界电力系统技术的前列。比较典型的为深圳电力公司负责的“基于柔性直流的智能配电关键技术研究与应用”。此外国家电网公司也规划了多个柔性直流配电网科技项目，开展柔性直流配电网络的关键技术研究。
4两端“手拉手”柔性直流配电运行方式划分
针对采用两端“手拉手”拓扑结构的柔直配电网，两端VSC各自连接一个独立的交流电源。直流配电网设计为双层母线结构的四端网络，以模拟不同电压等级的直流配电系统。
经两端VSC换流站把交流380V转换为760V的直流电，再采用直流变压器将760V降为380V，以方便接入储能装置、直流负载及分布式能源。该系统由交流敏感负载、直流微电网、交流微电网、可再生能源及能源存储设备组成。
以两端“手拉手”的拓扑为研究对象，将各种可能出现的运行工况进行归纳，将运行方式划分为5种日常运行方式和3种试验运行方式，如表1所示。由于该拓扑结构简单，涉及的设备及开关数量不多，故本文是以断路器开闭引起系统结构的变化为依据来划分的运行方式，并没有严格考虑系统的潮流分布。
表1直流配电系统的运行方式
方
式方式说明类型
1双端供电方式日常运行方式
2VSC1单端供电方式日常运行方式
3VSC2单端供电方式日常运行方式
4双端隔离运行方式日常运行方式
5双端STATCOM方式日常运行方式
人工鱼礁6背靠背方式试验运行方式
7变电站间功率支援方式试验运行方式
8孤岛运行方式试验运行方式
4.1日常运行方式
4.1.2双端供电运行方式
配网正常运行时，直流配电网经两端VSC与交流系统连接。该方式下，一端VSC控制直流电压，另一端VSC控制功率，从而维持直流系统的潮流平衡。
4.1.2单换流器运彳亍方式镁合金微弧氧化加工
当两端换流站有一端出现故障时，直流配电网经一端VSC与交流系统相连。该方式下，配电网直流电压由无故障的VSC来控制。
4.1.3双端隔离运行方式
sae认证当配电网母线中的断路器故障跳开后，直流配电网分为两部分，两部分各自经VSC与交流系统相连，各自控制直流电压。
4.1.4STATC0M运行方式
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当系统运行在STATC0M模式时，两个VSC均跟直流配电网断开，各自跟交流系统，实现无功补偿功能。
4.2试验运行方式
4.2.1背靠背运行方式
该方式下，直流网络中的所有负荷及分布式电源全部退出运行，两个VSC的直流侧经直流母线相连，完成功率传递。根据潮流方向，一端工作在定直流电压模式，一端工作在定功率模式。
4.2.2功率支援运行方式
当VSC所连交流系统发生故障时，直流配电网可根据情况进行短时功率支持。只有一端故障时，故障端所连VSC可工作在定交流电压模式；两端都故障时，两端VSC都工作在VF模式，直流电压可由直流变压器控制。
4.2.3孤岛运行方式
两端VSC都发生故障时，直流配电网脱离交流系统形成孤岛，独立运行。直流电压可由直流变压器控制。该模式下，如网内容量不足以支撑所有负荷，可根据负荷重要级别级，断开一些不重要的负荷。
4.3运行方式的切换原则
当直流配电网的运行工况改变时，像是断路器跳开，VSC发生故障退出或是交流侧短路等，系统应自动平滑切换至新的运行方式以适应新的工况。
根据电网实际运行情况，某些运行方式相互间只存在单方向切换。控制系统应能根据线路实际工况快速切换运行方式并转换控制模式，保证柔直配电网持续运行。
5结语
本文在介绍直流配电网优势及国内外研究现状的基础上，以两端“手拉手”拓扑结构为例，以断路器开
闭引起系统结构的变化为依据来划分的运行方式，将运行方式划分为5种日常运行方式和3种试验运行方式，并探讨了运行方式切换原则。
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[作者简介]
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