直流配电网控制策略与保护方法研究 张顺军

直流配电网控制策略与保护方法研究张顺军

发表时间：2017-12-29T21:51:59.257Z 来源：《电力设备》2017年第25期作者：张顺军[导读] 摘要：近些年，逐渐兴起分布式能源，在加上电力电子技术进步，同原有的交流配电网相比，直流配电网具有更好的发展前景。

（国网山东省电力公司乳山市供电公司山东威海 264500）摘要：近些年，逐渐兴起分布式能源，在加上电力电子技术进步，同原有的交流配电网相比，直流配电网具有更好的发展前景。直流配电网通过风、光等储能型的分布式电源、交直流负荷，微电网、柔性直流交换站组成，这其中含有的不确定因素较多，所以，直流配电网中，关于控制方面的问题一直都很重要，另外研究保护直流配电网的方法同样非常重要。本文简要谈了谈直流配电网控制策略与保护方

法研究。

关键词：直流配电网；控制策略；保护方法直流配电系统通过交流系统接入端提供电源，电源类型包括太阳能和风能，常规的交直流负荷、储能设备、电动汽车的充电站类双向的可控负荷，为其负荷端。直流配电网的核心是控制系统，决定着直流配电网各个响应特性、电压的稳定性、配电的可靠性。因此控制系统的可靠性对于直流配电网的正常运行有着重要作用，相关工作人员必须研究出科学性较高的控制策略以及保护方法，确保直流配电网的各项性能的可靠和安全，进而促进直流配电系统能在未来取得更好的成绩。

1、直流配电网控制策略

1.1启动控制策略

1.1.1系统启动的原则

电压源换流器具有的拓扑结构，对直流配电网启停控制有着很大的影响。实际直流配电工程中，以MCC的拓扑结构为基础的换流器，想要启动其功率模块下控制功能，必须确保功率模块有必要的直流电压，进而才能让控制以及检测全控型的电力电子开关得以实现。所以，需要运用合适性系统的启动策略，确保换流器的功率模块能平滑地开始预充电，避免在充电的过程中，过电压和过电流的出现，降低直流配电系统和主要设备受到的冲击。并且，直流配电方式的不同，启动的控制策略也有不同，但是各个策略，实行的控制原则都是“平滑启动，降低冲击性，启动要有可控度”。

1.1.2确定充电电阻

通过系统启动的原则了解到，控制系统必须保持整体系统的运行具有稳定性，并降低冲击程度，然后在各个系统组成的部分，有着怎样的启动顺序，进行重点考虑，考虑方面包括，设备有主换流器、连接换流器、连接DC/DC的变压器，都有着怎样的启动情况。在主换流器方面，想要让预充电中充电的电流不必过大，就应该在此过程中，对充电的电阻应该限制充电的电流。主换流器的额定电压为0.7倍时，会完成预充电，同时旁路将电阻启动电、解锁主换流器，然后直流电压的换流器被控制住，并继续充电，将直流电压的额定值控制住。通常情况下，直流配电网络系统中，交流网路通过不同规格的降压变压器同主换流器连接，主流交换器阻抗变大。经过了一系列研究发现，主换流器中桥臂电流达到了上千安培，但是保护都没出现误动，因此主换流器可以不需要充电的电阻。连接换流器、连接DC/DC的变压器方面，连接DC/DC的变压器的充电电阻在45欧姆时最为合适，连接换流器充电电阻为35欧姆最为合适。在分析过系统启动原则和确定了电阻阻值后，得出启动策略流程如图一。

启动策略流程图一

1.2线路电流的限制策略

1.2.1控制的思路

直流配电系统同直流输电系统，有着重要的区别，那就是直流配电系统运行的方式更多，直流线路的连接方式更加复杂。但是就在这样复杂的连接方式中，有一些问题存在，表现比较突出的就是出现直流线路的断开情况较多，为了避免这一问题，运用直流控制技术的灵活可控点，使得线路电流降低，设备开断容量减小，让设备对工艺的要求有所降低，同时还要提升可靠性，进而实现平滑式的运行方式。

1.2.2运用的控制方法

限制线路的电流实际上就是运用柔性系统具有的快速可控性，确保直流的电压没有改变，保证配电网有着合理分配的潮流，进而使得线路中电力降低。在系统运行的条件得到确定之后，经过连接换流其和连接DC/DC变压器中的潮流，能够确定。但是实现合理分配潮流，关键性的措施，还在于对两端主换流器潮流的控制。运用线路两端的电压平衡类控制策略，对线路中的电流进行限制，这是控制方法。

1.3下垂控制技术

1.3.1频率电压反下垂控制

如果输出阻抗呈现出阻性时，运用频率电压反下垂控制技术去负载均分效果，可以接受，如果说线路电感和变流器输出的滤波电感，处于一样的数量级的情况下，电能质量出现大幅的下降，表现出电压扰动上。能够影响电能质量的是来自于LC滤波的电路，线路电感与变流器交流侧的电容组成LC滤波电路。经过研究发现，同较高电压进行相连，此类方法并不适应，传统下垂方程比较适用。

1.3.2下垂控制与其他控制方法结合

一些研究人员设计出数字滤波器同“直流环流消除器”相结合的方法，主要就是说参考电压中可以融入直流分量，去实现输出电压直流分量被控制，使稳态输出的直流分量为0，经过试验证明，有着比较好的效果，下垂控制利用本地测量的电网状态变量作为控制参数，实现了冗余，系统的可靠运行不依赖于通信。

2、直流配电网保护方法

2.1对单极故障的保护配置

在直流配电网中，直流线路会出现一种单极接地的故障，当故障出现后，线路的正负极电压存在不平衡的情况，依据实际电气量变化情况，运用适当的直流线路保护配置，确保直流电网运行的安全性和可靠性。具体方法为直流电压的不平衡保护，其优点表现为：其动作判断依据中，仅仅包含电压量，也就不会受到故障电流有多大（受接地电阻的大小影响）的影响，进而可以将线路的单极接地故障可靠反映，但是，如果单极故障出现了，线路中任何位置，不会表现出电压的不平衡，对于定位单极接地故障，也就无法实现，是这一方法在原理上，很难克服的一个缺点。这样就导致直流电压式的不平衡保护方法，可以满足输电系统的保护要求，可是对于拓扑结构的直流配电网，不能实现单极接地故障准确定位。因此运用了先用线路的差动保护，去判断故障属于何种类型，然后并联电阻到接地电阻，进而用线路差动保护进行故障定位的方案解决该问题。

2.2极间故障保护配置

极间短路故障具有一定的特性，因此依据此特性，运用直流低电压的过电流保护，实现故障甄别，有着固定的动作判定公式。但是，直流低电压的过电流保护，仅仅能判断出发生在直流线路的极间故障，却不能准定位故障位置所在点，可是，直流低电压的过电流保护，运用同一端电气量，并不需要通信环节，而且非常原理简单，也就能快速度的启动，提升了可靠性。所以，应该把直流低电压的过电流保