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高压直流数电基础结课作业

姓名：张舜尧

班级：电气14-01

学号：

院系：电气信息工程学院

直流电网拓扑构造及控制方略

摘要：对直流配电网的环状拓扑构造和两端拓扑构造的可行性进行了探讨，对直流配电网链式构造典型支路的功率方程等进行了推导与求解。对分布式能源和储能装置并入交流配电网和直流电网进行了对比研究，研究成果表明相较于接入交流配电网而言，接入直流配电网能够有效节省DC／AC变换器和滤波装置。采用了混合式直流断路器同时提出了一种直流配电网的协调控制模型。运用PSCAD／EMTDC对环状直流配电网结构的正常工况和故障状况进行仿真，仿真成果表明通过有效的控制和分布式能源的合理调度，能够有效限制短路故障对系统造成危害，缩短短路时间，使整个直流配电网更加有效稳定地运行。

核心词：直流配电网；拓扑；混合式直流断路器；控制方略

引言

随着当代化都市建设的日趋成熟，都市用电负荷不停增加，顾客对电能质量的规定也不停提高，现有的交流供电系统越来越难以满足发展的需求。近年来，随着大功率电力电子件、高压换流技术的高速发展，高压直流输电技术也得到了不停的完善，中国、美国、瑞典等国家已经在建造多端直流输电工程。直流配电网是一种含有先进的能源管理系统的智能、稳定的交直流混合广域网络。与交流

配电网相比，直流配电网有着某些明显的优点：在绝缘水平相似的状况下，直流配电网的传输功率约为交流配电网的1.5倍；直流配电网能够方便多种分布式电源和电动汽车充电站的接入；不同于交流配电网，直流配电网并不存在涡流损耗以及线路的无功损耗，直流配电网的损耗仅为交流网络的15%～50%；理论上直流系统没有频率偏差、三相电压不平衡和无功赔偿等问题，因此能够有效避免电压波动与闪变、频率偏移、谐波污染等问题，能够有效地改善电能质量

，提高电网可靠性。现在，国内外对直流配电网的研究尚处在初级阶段，将来的直流配电网技术仍存在许多挑战。本文首先提出了直流配电网的基本概念，对直流配电网链式构造典型支路的功率方程等进行了推导与求解，并对环状拓扑构造及两端拓扑构造的可行性进行了探讨；然后提出了一种直流配电网的控制方式，对直流配电网的进一步研究含有一定的参考价值。

直流配电网拓扑构造

多端直流系统是从交流系统引出多个换流站，通过多组点对点直流连接不同的交流系统，没有网格、冗余，当拓扑中任何一种换流站或线路上发生故障时，整条线路及其相连的换流站要退出运行，可靠性较低。直流配电网中，各条直流线路能够自由连接，能够互相作为冗余使用，而不是仅仅作为异步交流电网的连接设备。直流配电网的拓扑构造能够根据用途来决定，常见的直流配电网拓扑构造能够分为：链式拓扑构造、两端拓扑构造和环状拓扑构造。

链式拓扑构造

常见的直流配电网的链式构造如图1所示。在直流配电网的链式构造中，随着负荷的增加，直流电压将会随着潮流流动的方向下降。

图1链式直流配电网构造

图2为直流配电网的典型支路。其中，Ui、Uj为始、末两端的端直流母线电压；Ib为支路电流；Rij为线路阻抗；Pj为末端负荷的有功功率。

由图2可得：

图2直流配电网典型支路示意图

I?Ui-Uj

b R

（1）

ij

Pj?UjIb

（2）

???

1????

2????

U2j-UiUj?PjRij?0

求解式（3），可得

U

U2-4PR

i j ij

（3）

U?i?

j 2 2

(4)

若式（4）有实数解，则：

U2-4PR?0

（5）

i j ij

考虑式（5）等于0的临界情况，则:

U?Ui

j 2

（6）

在实际的直流配电网中，由于线路上的阻抗相对较小，正常状况下线路两端的电压相差不大，不会出现如式（6）所示的末端电压只有始端电压二分之一的状况，即式（3）始终有解。可见直流配电网不存在类似交流配电网的静态电压稳定性问题。

环状拓扑构造的可行性

环状直流配电网的拓扑构造如图3所示。交流配电网的环状构造，普通采用环状设计、解环运行，从而避免了双电源时电压幅值差、相角差引发的无功环流

。由于直流配电网中并不需要考虑无功功率，因此也不需要考虑无功环流问题。在研究直流配电网环状拓扑构造时重要考虑出现短路状况的保护问题。

图3环状直流配电网构造

由于直流配电网系统中线路阻抗较小，当线路上发生短路故时，短路电流上升速度快、幅值高。如果缺少实用的直流断路器，普通只能将直流变压器或换流器闭锁，以隔离故障。当采用链式统时，若末端线路发生故障，将上级直流变压器或换流器闭锁，余下线路仍能够正常运行；当采用环状构造时，只能将全部线路停

运，极大地减少了系统的可靠性。因此，制约环状直流配电