直流电网

近年来，随着直流输电工程的快速发展以及直流负载的广泛应用，高可靠、低成本的直流断路器研究日益受到人们的关注。然而，目前尚未完全形成系统的直流保护理论体系与快速直流断路器技术，难以保障直流电网的安全可靠运行，阻碍了其进一步发展。本报告，首先对直流配电网的故障特性进行了分析，指出固态断路器更符合中低压直流系统的需求；在此基础上提出了一种基于碳化硅JFET的智能固态断路器拓扑结构及其控制策略；此外，讨论了JFET的串并联技术，大幅提升了直流固态断路器的功率等级。

随着电网建设规模的快速发展，我国在交、直流电网的输电容量、技术水平和设施 装备的总量上均处于世界前列；同时国产电力装备的制造能力也得到了快速的提升。竞 争激烈的市场经济对输变电设备的制造质量、性能

柔性直流电网故障电流上升速度快与电力电子器件过流能力弱形成突出矛盾，线路保护需要在数毫秒级完成故障判别，输电线路精确参数的获取对于提升继电保护的性能至关重要。然而直流系统中缺乏稳定基频，导致输电线路相关参数难以获取、保护实现较为困难。针对柔性直流线路频变参数难以获取的问题，提出基于半桥模块化多电平换流器(half bridge modular multilevel converter, HB-MMC)特征信号注入的柔性直流线路频变参数辨识方法。首先通过换流器控制在线路中注入特定频率信号，然后利用快速傅里叶分解提取不同频率的信号并计算指定频率下的线路参数，最后依据不同线路参数的频变特性拟合出对应的幅频特性曲线。仿真表明，所提参数辨识方法可以准确拟合保护所需直流线路频变参数，参数辨识频段内相对误差小于1.5%。

高压直流输电（HVDC）控制保护系统以电压、电流、触发角等为控制量，通过对两端换流器的快速调节，从而满足交、直流电网联合系统的运行要求。文章以南瑞PCS-9550 高压直流控制保护系统在±500kV 昭通换流站工程中的应用及调试为例，结合常规交流500kV 变电站，阐述其控制保护技术特点及现场安装调试和使用中的注意事项。

电力系统规模扩大和电力电子化程度加深，在增强大电网可控性的同时，也使得电网的安全稳定控制和暂态过程分析面临更大挑战： 多种类型直流输电系统、大规模分布式新能源接入、电动汽车逐步推广，局部系统的暂态过程对大电网稳定运行的影响不可忽略；大规模电力系统电磁暂态建模繁琐、潮流初始化困难、仿真计算效率低下研发了复杂大电网全电磁暂态仿真平台（ES-GTS）：基于机电数据自动建模、快速精确潮流初始化、宽范围计算步长高效并行仿真。

随着化石能源的日益枯竭和环境压力的日益增加，中国乃至世界均面临着能源结构的战略性调整，人类已经认识到必须从传统能源向以可再生能源为主的清洁能源过渡。但在开发利用风能、光伏等新能源的过程中，大规模集中式开发以及孤岛接入等问题严重制约丁对新能源的高效利用。目前，电力网络是清洁能源实现大规模开发以及远距离输送的有效途径，但现实中的输电网络普遍存在配置范围有限、能力不足的问题，亟待建立以清洁能源为主导、以电为中心、更高效环保的能源配置网络平台。 柔性直流输电技术因具备灵活控制有功/无功、可向无源网络供电、与交流电网高度解耦、轻松实现潮流反转等诸多优点，被广泛应用在新能源输电领域中。在此基础上，构建网络化的直流输电是一种解决大规模新能源接入的宏大构想，从技术实现的角度来看，也是当前最为可行的有效手段。柔性直流输电与直流电网的结合，可实现对广域内可再生能源发电直流联网，充分利用其互补性，实现可再生能源大规模集中接入，提高可再生能源发电利用率。 本项目围绕高压大容量柔性直流电网的应用需求，以适应大规模新能源接入的柔性直流电网关键技术为研究对象，解决柔性直流电网系统集成设计以及工程示范应用方面的核心问题。

单端行波故障测距方法在考虑频变波速影响时需要提取故障行波时频域特征，但现有方法存在时频分辨率较低、波头识别困难和波速计算不准确的问题。为此，提出一种基于参数优化变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)和瞬态提取变换(transient extraction transform, TET)的单端故障定位方法。首先，利用麻雀搜索算法(sparrow search algorithm, SSA)优化VMD参数，提取含有故障特征的高频模态分量。然后，对该模态分量进行瞬态提取变换，通过去除短时傅里叶变换中模糊的时频能量，保留与信号瞬态特征密切相关的时频信息，得到故障行波时频域全波形。最后，在故障行波全波形中提取主频分量并标定初始波头与第二反射波头，通过计算主频分量下的波速度，结合行波定位方法实现单端故障测距。在PSCAD/EMTDC中搭建四端柔性直流电网的仿真结果表明，所提算法对过渡电阻和噪声具有较强的耐受性，即使在较低采样率下也能实现准确的故障定位。

直流配电网保护系统应用简介四方直流配电网具有较为复杂的一次拓扑结构，直流线路数量多、线路距离短且对供电可靠性要求更高：直流配网系统故障阻尼小，故障后的发展过程极快，要求保护能够在几个毫秒内有选择性地切除故障。直流配网呈现多端和网络化，故障情况下如何保障直流电网健全部分的生存能力是保障“电力网络“可靠性所必须解决的关键问题，对直流部分的故障定位、故障隔离及故障恢复提出了较高的要求。故障隔离困难，大容量直流断路器尚处于研发、实验阶段：换流器等一次设备与直流电网保护等一次设备在故障处理方面的任务分解与相互协调是故障处理的关键问题。

传统继电保护在故障发生后隔离故障，是一种“被动保护”；需要一种控制故障后果的“主动保护”体系初步研究表明，双馈风电机组可参与系统紧急功率控制，风电可变得更友好；因为电力电子设备的电压敏感性，保护工作者不仅要关注短路电流、电压，还要关注电压无功控制方法。 利用动态气象信息，可在线辨识输电线路的故障风险和短时潮流冲击耐受能力，构造输电线路的动态热保护。

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