特约主编寄语 | “中低压直流配用电关键技术”专栏

主编寄语

     高压柔性直流输电技术与低压直流微网技术的快速发展，一定程度激励了直流技术向中、低压配网领域的延伸。在配网中，当前源、荷两端直流特征愈发明显，通过直流进行组网，将是提升系统直流型单元并网转换效率、简化控制变量、优化供电质量、增强分布式清洁能源接纳能力、扩大配电容量与减小网络损耗的有效途径。中低压直流配用电技术将是“双碳”与“新型电力系统”目标下配网存在的新形态。

为了展示直流配用电技术研究新成果，《中国电力》策划组织了“中低压直流配用电关键技术”专栏。经专家评审，从公开征集的论文中遴选出4篇于本专栏刊出，主要研究方向包括直流配电系统稳定性建模与关键参数设计、直流新型负荷虚拟惯量控制、直流配电系统多重运行状态下精细化控制与系统自适应时间尺度能量优化等。
直流配电系统因电力电子化呈现出低惯量、弱阻尼、抗扰动能力差等特征，开展稳定性建模分析与关键控制参数的合理选取是系统可靠、稳定运行的重要前提。国网江苏电力科学研究院袁宇波联合天津大学朱琳等，提出了一种复杂直流配电系统逐步降阶方法，计及了拓扑参数与控制环路参数，最终将系统降为二阶临界模型，实现了系统振荡频带与阻尼比的定量描述。基于临界降阶模型，对核心变流器控制内环参数与滤波参数进行了整定，提升了系统在不同扰动下的稳定性。
新型直流可控负荷是实现负载参与电网主动调节与响应的关键因素。上海电力大学宫晓彤联合国网上海能源互联网研究院吕志鹏等，针对大功率直流充电桩，设计并提出了一种虚拟直流电机计及阻尼惯量与阻尼的控制策略，有效平抑了外部扰动，增强电压稳定能力，抑制功率振荡，实现车网之间友好交互，降低电动汽车投切对主网带来的不利影响，为未来大规模电动汽车接入提供了一种全新策略。
直流配电系统因内部多元化电力电子装备控制模式的多样性，导致系统运行状态丰富多变，在系统运行状态精细化划分基础上，实施精细化控制符合直流配电系统的运行特征。中国电力科学研究院刘海涛、熊雄等，提出了一种基于有限状态机的系统多重运行状态精细化控制方法，实现了对系统状态之间平滑切换和协调控制指令输出的统一数学描述。
直流配电系统在负荷侧，具备较强的可调控能力，可实现系统从“源随荷动”到“源荷互动”的转变。国网江苏电力科学研究院易文飞联合东北电力大学金国彬，共同构建了一种自适应时间尺度优化模型，利用无模型预测控制方法灵活调控可控单元实现了直流用电分区内的实时能量优化调控。
新型电力系统的构建，是电力行业针对“碳达峰、碳中和”目标的重要战略方针。随着大规模分布式清洁能源、电动汽车充电桩接入配网，以及煤改电、终端电气化在配网中的推广应用，传统交流配网正面临着严峻挑战。通过中低压柔性直流进行组网，是新型电力系统在配网层面的重要形态，也是提升大规模低碳、零碳要素接纳与管控能力的重要手段。近年来直流配用电领域的理论研究与工程示范成果频出，本专栏未能将所有精彩论文都一一呈现。此外，衷心感谢众多专家学者的大力支持，感谢各位评审专家的认真审阅，感谢《中国电力》编辑部的细致工作，从而保证了本专栏的高质量出版，希望能为读者们提供有益的启示。

特约主编

刘海涛，博士，教授级高级工程师，硕士生导师，国网上海能源互联网研究院董事长。研究方向为直流配电技术、分布式发电/微电网技术。主持科技项目22项，承担能源局及国网重大工程研究10余项、国网十二五/十三五科技发展战略规划分布式电源/微网/配网方向编写人、国网十大关键技术研发工作组副组长。组织发起成立IEC TC8 SC8B分布式能源系统分委会，牵头组建成立全国直流配电系统标委会、中电联直流配电标委会。荣获国家及省部级科技奖30余项，发表SCI/EI论文60余篇，授权发明专利20余项。

焦在滨，博士，教授，博士生导师。西安交通大学电气工程学院教授，IEEE Senior Member，CIGRE Member，2008年获西安交通大学博士学位，2011-2012年在香港大学从事博士后研究，2019年在德国德累斯顿工业大学学术访问。主要研究方向为直流配电技术、电力系统继电保护、人工智能及大数据在电力系统中的应用等。主持国家自然科学基金项目、高校博士点基金项目以及电力企业课题20余项，发表学术论文50余篇，其中40余篇被SCI/EI收录，参与制定IEEE标准，我国行业标准及团体标准6项。

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01

摘要：以中压直流（medium-voltage DC, MVDC）配电系统为研究对象，建立了直流系统的临界降阶模型，研究了恒功率负载对系统稳定性的影响。由于直流系统中恒功率负载的负阻抗特性会导致系统电压发生振荡失稳现象，给稳定运行带来不利影响，提出一种能够提高MVDC配电系统电压稳定性的稳定控制算法，通过状态反馈控制、下垂控制及电压控制中关键参数的分散灵活设计，改变系统主导极点在s域平面的位置，有效提高MVDC配电系统的稳定性。仿真结果验证了临界降阶模型的合理性以及基于泰勒展开控制算法的有效性。

02

摘要：大功率充电桩接入电网是实现多电压等级电动汽车充放电的关键设备，但因电动汽车的即插即用需求和充电功率冲击特性，大功率充电桩接入将对电网运行稳定性带来挑战。提出基于不确定性和扰动估计器（uncertainty and disturbance estimator, UDE）的大功率充电桩控制策略。首先，在大功率充电桩双主动全桥换流器（dual active bridge, DAB）模块采用虚拟直流电机控制策略，实现对直流电压的基本控制。然后，考虑电动汽车投切对电网稳定运行的影响，基于LC滤波器建立UDE补偿控制环节，对滤波单元动态误差进行反馈，将其输出量作为补偿分量，实现对直流母线电压的补偿控制，从而有效提升直流电压稳定性。最后，基于PSCAD/EMTDC搭建充电桩系统仿真模型，其仿真结果验证了所提控制策略的可行性。

03

摘要：电力电子化和多电压等级化是未来直流配电的两大基本特征，对系统进行精细化和分散化控制是直流配电控制领域亟待研究的问题。针对中低压直流配电系统多运行状态、多元电力电子装备和多控制模式现状，建立了有限状态机矩阵对系统多重运行状态及相互切换过程进行数学描述，同时提出系统基于多换流器并网的协调控制策略，实现平滑切换的同时达到精细化控制。该方法将直流配电系统当前运行状态和触发条件作为控制器输入变量，待转换状态和系统协调控制策略作为输出变量，建立数学模型。最后，通过仿真分析验证了所提方法的正确性和有效性。

04

摘要：整合新能源发电、储能、柔性负荷并联运行的直流配电网用电终端是直流配电网优化运行的重要执行环节。针对固定的能量优化执行时间尺度存在的局限性，提出一种含灵活调控单元的直流用电分区内自适应时间尺度能量优化预测控制。该方法基于间歇式电源在直流用电分区内的电源出力占比自适应调整能量优化执行时间尺度；同时，综合上级直流配电网优化指令，基于无模型自适应预测控制实现直流用电分区内自适应时间尺度能量优化预测执行控制。仿真结果表明：提出的能量优化预测控制方法可以实现执行时间尺度的自适应调整；在灵活调控单元充裕条件下，可实现上级直流配电网能量优化调度指令的快速、准确跟踪执行。

 往期回顾 

编辑：杨彪

审核：方彤

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