柔性直流配电网运行控制技术分析与研究

柔性直流配电网运行控制技术分析与研究

发布时间：2023-01-04T08:15:39.730Z 来源：《福光技术》2022年24期 作者： 郭阳 王晓辉

[导读] 频率和电压是反映系统与负荷方面能量是否达到稳定的重要参数。

内蒙古电力（集团）有限责任公司呼和浩特供电分公司 内蒙古呼和浩特 010030

摘要：频率和电压是反映系统与负荷方面能量是否达到稳定的重要参数。所以，直流系统启动的关键在于创建可靠的直流电压，随后是做好功率控制。假如系统中安装了双向调节的储能装置，可以在下一阶段连接，从而应对电源造成的功率不稳现象；接着连接到分布式

电源，最后连接电荷。所以，对于该项课题的研究，需要基于频率和电压等相关指标，提出关键技术设备的启停控制策略。

关键词：柔性；直流配电网；运行控制技术

1直流配电网协调控制保护技术现状

1.1故障特性和机理

故障原理和特性分析是相关故障保护技术的重要前提。已经有学者围绕相关换流器出口极间故障与接地故障问题展开了研究，同时对于第一类故障划分为三个环节；全面探讨了直流配电系统故障电流的属性表现，为后面评估故障原理、分析动态响应创造了良好的条件。

随后对第二类故障划分为4个不同的环节，在中性点接地位置，系统梳理了接地故障的主要特征表现。

1.2故障检测和定位

当直流配电系统出现运行问题时，内部保护配置首先会在尽可能短的时间内对故障问题进行评估与检测。明确不同故障模式该通过哪个部分进行负责，随后开始启动相应的保护逻辑，对于其中的问题进行切除处理。保障系统中的重要设备不受影响，故障意外的部分依然

可以保持稳定的工作。如今，对于直流配电领域的故障测定、定位问题已经有很多学者进行过不同角度的探讨，不过基本还是理论时期，

还难以在工程项目中进行运用，所以作为重难点之一，未来时间中依然需要进一步探讨研究。尤其是线路较短而且中点不接地情况，此时

的故障评估、定位更加难以完成。

1.3故障保护配置

①单端量保护。基于单端量的直流配电系统保护一般适用于一些简单的网络，且动作时限能否满足器件安全要求也有待深入分析。准确的故障定位仍是直流配电系统保护研究的难点之一。这种保护方案需要比较繁琐的整定值配合与一定的延时，进而获得更为良好的选择

性。但是延施对于设备期间的可靠安全是一个隐患因素，假如为了保障安全而引进限流操作，那么此时的保护方案会更加复杂。②基于多

点信息的保护。近几年时间中，更多学者对于基于通信的保护方案进行了深入的研究，并逐步获得了一些运用。一般是通过低电压、过电

流从而评估出现了故障问题，处理器方面获取各个路线的电流信息，在综合分析判断后，定位问题出现的具体位置，很快进行隔离操作。

具体而言，需要在电源支路布置相应的断路器，在线路两侧等位置，仅仅布置隔离开关。这样不仅能够切断断路器进而保护电子装置，同

时大大控制了综合成本。所以，在未来时间中必然实现更进一步的拓展运用。③电流差动保护。这和保护方案在多种故障电流大小、过渡

电阻等情况下，都具有不错的效果。搭配一些直流断路器进行使用，可以更快地对故障问题进行切除处理，符合实际使用标准，也引起了

不少学者的研究兴趣。

2系统运行方式与控制策略

在以上的集中主要运行方案，可以进一步划分成5种可能性方式，具体为内容如下。下面将会分别进行阐述分析。示范工程直流配电系统的工作模式具体为：（1）三端联网运行。中压直流配电网中全部设备都在稳定工作时，此时三端交流系统经过环网连接的换流器均是通

过直流配电网进行保障运行的，同时可以进行方便的功率转化。而分布式电源的直流变压器一般设计为定负荷控制方案，保障各个设备、

装置的可靠工作。在这种运行方案下，一侧设计为VdcQ模式，另一侧设计为PQ模式。对于存在直流负荷以及设定相应接口电源的变压器

中，运用±375V侧电压管理，有利于维护整体可靠工作的效果。（2）双端手拉手运行。中压直流配电网和交流电网保持连接的一侧换流器

结束工作，此时其他两侧的换流器利用直流电缆创建连接，从而保障电网的电源供应，并进行一定的功率转供。具体而言，在一侧设计为

定直流电压工作，形成直流配网所需的电压；另一设计为功率控制模式。在一些特定情况下，还可以在STATCOM模式下进行工作。（3）

双端隔离运行方式。直流配电网可以进一步拆分为两个保持独立的配电系统，交流分别通过VSC换流站进行相应的负荷供电。在这种模式

下，此时一般出现于DCB3的检修模式。这样，系统可以进一步划分成两侧保持独立的配电系统。在上端子方面，换流站III对应为定电压工

作，I对应为PQ模式工作。下端子方面，II可以是定直流工作模式，从而带来所需的系统电压。双端隔离运行还存在其他的运行模式，当T

接线路出现永久性问题时，此时范围内的直流断路器主要是进行隔离处理，配电网将会划分为两个独立的部分保持工作上端系统方面，I对

应为PQ工作模式。下端子系统方面，II可以处在多种工作模式。（4）单端供电运行方式。当直流配电网和交流配电网保持连接时，内部环

行器供电。直流配电网的负荷由一个环行器供电，另一侧由直流电压管理。如果电源供应完成，它将是永久性的。如果没有问题，两侧的

变频器可以在STATCOM模式下工作。（5）STATCOM运行方式。在配电网系统中，源换流器均结束供电后，此时内部的负荷仅仅对微电网的电源进行供电。II可以工作在STATCOM模式下；如果多个换流站到开关站的电缆中间并未出现永久性问题，那么两侧VSC还能够工作在

STATCOM模式下。在一些示范项目中，换流器需要满足下面几种运行方案：（1）有功功率管理；（2）无功功率管理；（3）直流电压管理；（4）交流电压管理；（5）频率管理。柔性直流示范项目中，相关变压器需要满足下面的集中运行方案：（1）定有功功率运行；

（2）定高压侧电压管理；（3）定低压I侧电压管理。

3系统启停方式

3.1系统启动方式

频率是体现交流系统电源与负荷方面能量是否达到稳定的重要参数。相应地，直流电压是体现系统功率是否达到稳定的重要参数。所以，直流系统启动的关键在于创建可靠的直流电压，随后是做好功率控制。假如系统中安装了双向调节的储能装置，可以在下一阶段连

接，从而应对电源造成的功率不稳现象；接着连接到分布式电源，最后连接电荷。根据这一逻辑思路，对于直流配电系统的启动步骤划分

为图1内容，其含有MMC、相关变压器两个方面的启动。

3.1.1MMC的启动策略

MMC开启运行时，一般是在充电回路中串联一定电阻装置，经过交流侧电压对换流器给与不控整流充电，当子模块电压达到额定数值的0.6倍时，此时即为初步充电工作结束。旁路电阻将会解锁MMC，利用相关换流器装置实现充电，对于直流电压的数值进行调控。

3.1.2直流变压器的启动策略

该变压器在开启工作时，在高压侧通过串联集中电容充电，在整个过程结束后，旁路充电电阻，对变压器解锁，控制对低压侧的充电操作。整个步骤完成后，进行相应的模式切换，此时负荷开关连接到直流微网方面，或者进行妥善存储。在全部启动环节中，当直流电压

趋向于稳定后，此时内部各个元件连接顺序没有具体的划分，不过需要防止同时连接。

3.2系统停运方式

直流配电系统的停运与前面章节阐述的启动步骤正好相反。需要坚持的原则是停运操作时维持直流电压的可靠运行，避免出现大幅度波动。所以，其具体的停运步骤如图2所示。第一步需要对负荷等分布式电源进行切除，随后断开储能装置，最后实现停运。

图1 图2

4结束语

直流配电系统启动的核心是建立稳定的直流电压，其次是换流器功率控制。本文首先介绍了柔直配电网的主要运行方式和控制策略，针对每种主要的运行方式逐一展开讨论，明确了每种方式下的控制方法：直流电压控制和PQ控制；其次，针对系统的启停控制方法，对系

统的启动、MMC的启动、直流变压器的启动和系统的停运四种暂态下展开讨论，明确每种暂态下的控制方法，为工程实际建设控制方式的

切换和参数优化奠定基础。

参考文献：

[1]王聪博，贾科，毕天姝，等.基于控保协同的多端柔性直流配电系统线路保护[J].中国电机工程学报，2020，40（8）：2559-2567. [2]时伯年，李岩，孙刚，等.基于全过程故障电流的多端柔直配电网直流故障保护策略[J].高电压技术，2019，45（10）：3076-3083.