直流配电网拓扑结构及控制策略_杜翼.pdf

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1、第35卷第1期电力自动化设备Vol．35No．12015年1月ElectricPowerAutomationEquipmentJan.2015直流配电网拓扑结构及控制策略杜翼，江道灼，尹瑞，郑欢，王玉芬（浙江大学电气工程学院，浙江杭州310027）摘要：对直流配电网的环状拓扑结构和两端拓扑结构的可行性进行了探讨，对直流配电网链式结构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，研究结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

2、网的协调控制模型。利用PSCAD／EMTDC对环状直流配电网结构的正常工况和故障情况进行仿真，仿真结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。关键词：直流配电网；拓扑；混合式直流断路器；分布式电源；控制；模型；仿真中图分类号：TM711.2文献标识码：ADOI：10.16081／j.issn.1006－6047.2015.01.0210引言且提出了一种直流配电网的控制方式；最后通过直流配电网的建模仿真，获得了一些有益的结论，对直随着现代化城市建设的日趋成熟，城市用电负荷流配电网

3、的进一步研究具有一定的参考价值。不断增长，用户对电能质量的要求也不断提高，现有的交流供电系统越来越难以满足发展的需求。近年1直流配电网拓扑结构来，随着大功率电力电子器件、高压换流技术的高速多端直流系统是从交流系统引出多个换流站，发展，高压直流输电技术也得到了不断的完善，中国、通过多组点对点直流连接不同的交流系统，没有网美国、瑞典等国家已经在建造多端直流输电工程［1-3］。格、冗余，当拓扑中任何一个换流站或线路上发生故直流配电网是一个具有先进的能源管理系统的障时，整条线路及其相连的换流站要退出运行，可靠智能、稳定的交直流混合广域网络［4］。与交流配电网性较低。直流配

4、电网中，各条直流线路可以自由连相比，直流配电网有着一些明显的优点：在绝缘水平接，可以互相作为冗余使用，而不是仅仅作为异步交相同的情况下，直流配电网的传输功率约为交流配流电网的连接设备［4］。直流配电网的拓扑结构可以电网的1.5倍；直流配电网能够方便各种分布式电根据用途来决定，常见的直流配电网拓扑结构可以分源和电动汽车充电站的接入；不同于交流配电网，直为：链式拓扑结构、两端拓扑结构和环状拓扑结构。流配电网并不存在涡流损耗以及线路的无功损耗，1.1链式拓扑结构直流配电网的损耗仅为交流网络的15%～50%；理常见的直流配电网的链式结构如图1所示。在论上直流系统没有频率偏

5、差、三相电压不平衡和无功直流配电网的链式结构中，随着负荷的增加，直流电补偿等问题，因此能够有效避免电压波动与闪变、频压将会随着潮流流动的方向下降。率偏移、谐波污染等问题，能够有效地改善电能质交流系统量，提高电网可靠性［5-10］。AC目前，国内外对直流配电网的研究尚处于初级DC阶段，未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DCDCDCDCDC网链式结构典型支路的功率方程等进行了推导与求DCDCDCDCAC解，并对环状拓扑结构及两端拓扑结构的可行性进低压直流储能分布式直流交流行了探讨；然后对分布式电源和储能装置接入直流配电网

6、装置能源负载负载配电网进行了研究，同时采用混合式直流断路器并图1链式直流配电网结构Fig.1StructureofchainedDCdistributionnetwork收稿日期：2014-02-11；修回日期：2014－11－13基金项目：国家高技术研究发展计划（863计划）资助项目（2013AA-图2为直流配电网的典型支路。其中，Ui、Uj为050103）始、末两端的端直流母线电压；Ib为支路电流；Rij为ProjectsupportedbytheNationalHighTechnologyResearch线路阻抗；Pj为末端负荷的有功功率。andDevelo

7、pmentProgramofChina（863Program）（2013AA-050103）由图2可得：电力自动化设备第35卷UiUj器或换流器闭锁，以隔离故障。当采用链式系统时，Ib若末端线路发生故障，将上级直流变压器或换流器闭iRijjPj锁，余下线路仍可以正常运行；当采用环状结构时，图2直流配电网典型支路示意图只能将全部线路停运，极大地降低了系统的可靠性。Fig.2TypicalbranchofDCdistributionsystem因此，制约环状直流配电网可行性的关键技术即为Ui-Uj直流断路器的研发。Ib=（1）Rij1.3两端直流配电网拓扑结构的可行性

8、Pj=Uj