李英彪，梁軍，吳廣祿，李根

（1．電網(wǎng)安全與節(jié)能?chē)?guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司)，北京市 海淀區(qū) 100192；2．卡迪夫大學(xué)，卡迪夫 CF24 3AA，英國(guó)）

0 引言

化石能源的日益枯竭以及因化石能源使用帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題，迫切需要世界各國(guó)進(jìn)行能源結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略性調(diào)整。加快新能源的開(kāi)發(fā)和利用是解決這些問(wèn)題的有效途徑。近年來(lái)，歐洲各國(guó)和美國(guó)等國(guó)家和地區(qū)新能源發(fā)展迅速，根據(jù)歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，至2030年歐盟國(guó)家風(fēng)電裝機(jī)將達(dá)3.2億kW，其中陸上風(fēng)電2.54億kW，海上風(fēng)電0.66億kW[1]。近5年間我國(guó)光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)從2010年的0.86 GW增長(zhǎng)到2017年3月的84.63 GW，增幅將近100倍。2016年，我國(guó)全年新增風(fēng)電裝機(jī)19.3 GW，同比下降41.46%；累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)達(dá)到148.64 GW，同比增長(zhǎng)14.92%[2]。從世界各國(guó)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展來(lái)看，風(fēng)力發(fā)電的規(guī)模越來(lái)越大，并且距離負(fù)荷中心的距離越來(lái)越遠(yuǎn)，使得交流輸電的適用性越來(lái)越差?；陔妷涸葱蛽Q流器的高壓直流(voltage sourced converter high voltage direct current，VSC-HVDC)輸電技術(shù)不存在換相失敗的風(fēng)險(xiǎn)，有功功率和無(wú)功功率可以解耦控制，且可以向無(wú)源系統(tǒng)供電，新能源機(jī)組可以直接通過(guò)柔直并網(wǎng)[3-4]，因此被更多的用于世界各國(guó)新能源發(fā)電及直流電網(wǎng)建設(shè)中[5]。

隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)代化城鎮(zhèn)對(duì)供電系統(tǒng)的電源建設(shè)和線(xiàn)路走廊的制約逐漸增多，交流配電網(wǎng)的供電能力受走廊緊張等多方面因素的制約，現(xiàn)有交流配電網(wǎng)輸送容量提升困難。目前的交流配電網(wǎng)存在老化的問(wèn)題，對(duì)現(xiàn)有交流配電網(wǎng)升級(jí)改造成本較高。同時(shí)，近幾年分布式電源的發(fā)展，大量的分布式風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電接入配電系統(tǒng)。我國(guó)政府正在大力推進(jìn)屋頂分布式光伏發(fā)電，在《太陽(yáng)能發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中計(jì)劃到2020年建成100個(gè)分布式光伏應(yīng)用示范區(qū)，園區(qū)內(nèi)80%的新建建筑屋頂、50%的已有建筑屋頂安裝光伏發(fā)電。在中東部等有條件的地區(qū)，開(kāi)展“人人 1 kW光伏”示范工程，建設(shè)光伏小鎮(zhèn)和光伏新村。鼓勵(lì)光伏發(fā)電項(xiàng)目靠近電力負(fù)荷建設(shè)，接入中低壓配電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)電力就近消納。負(fù)荷側(cè)出現(xiàn)了大量的電力電子設(shè)備，越來(lái)越多的低壓用電設(shè)備都要經(jīng)過(guò)整流裝置將交流電變換成直流電供給負(fù)載使用，如電腦、液晶電視、電子鎮(zhèn)流器熒光燈、打印機(jī)等辦公設(shè)備、變頻調(diào)速空調(diào)、洗衣機(jī)、冰箱等家電，導(dǎo)致大量諧波電流注入系統(tǒng)，而且分布式發(fā)電和直流負(fù)荷的間歇性，嚴(yán)重影響電能質(zhì)量。這都給現(xiàn)有的交流配電網(wǎng)和供電系統(tǒng)帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。而直流配電網(wǎng)和直流低壓供電系統(tǒng)能夠更好地解決上述問(wèn)題。

本文首先介紹歐美和我國(guó)在高壓直流輸電技術(shù)、中壓直流配電系統(tǒng)和低壓直流供電系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，重點(diǎn)討論不同等級(jí)直流電力技術(shù)的不同應(yīng)用場(chǎng)景，以及在關(guān)鍵設(shè)備、運(yùn)行控制和保護(hù)等方面面臨的挑戰(zhàn)。

1 高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展與挑戰(zhàn)

1.1 歐美高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展

1.1.1 英國(guó)高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展

英國(guó)已經(jīng)成為世界海上風(fēng)電最大開(kāi)發(fā)市場(chǎng)，目前英國(guó)海上風(fēng)電已占電力供應(yīng)量的 5%以上，預(yù)計(jì)到2020年將達(dá)到10%[6]。此外，英國(guó)還計(jì)劃新建多條高壓直流項(xiàng)目以增加與其他國(guó)家電網(wǎng)的互聯(lián)，進(jìn)而提高能源利用效率、平抑大規(guī)模新能源接入電網(wǎng)帶來(lái)的波動(dòng)問(wèn)題、提高供電安全性。未來(lái)英國(guó)還將參與到歐洲超級(jí)電網(wǎng)的建設(shè)當(dāng)中。

為了系統(tǒng)地開(kāi)發(fā)海上風(fēng)電，英國(guó)采取“區(qū)域劃分”的方式進(jìn)行階段性開(kāi)發(fā)，分別于2000年、2003年及2009年公布3階段海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)計(jì)劃，并分別于 2001年、2003年及 2010年正式啟動(dòng)[7-10]。前 2個(gè)階段的近海風(fēng)電場(chǎng)采用高壓交流輸電技術(shù)將風(fēng)能輸送至岸上主網(wǎng)接入點(diǎn)。但隨著海上風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模和容量的增長(zhǎng)，海上風(fēng)電場(chǎng)的選址將離海岸線(xiàn)越來(lái)越遠(yuǎn)，以獲取更大、更平穩(wěn)的風(fēng)能。但是當(dāng)輸電距離超過(guò) 50～70 km后[11]，由于受到電纜充電電容的限制，交流海底電纜將不再適用于遠(yuǎn)距離電能的傳輸。而高壓直流輸電技術(shù)卻不受這一限制，因此大規(guī)模、遠(yuǎn)距離海上風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)能傳輸將采用高壓直流輸電技術(shù)。

英國(guó)政府還將新建多條高壓直流輸電線(xiàn)路來(lái)與其他國(guó)家或地區(qū)的電網(wǎng)互聯(lián)，如圖1所示。據(jù)政府估計(jì)，到2020年，電網(wǎng)互聯(lián)方面的投資將超過(guò)50億英鎊，長(zhǎng)期來(lái)看，這方面投資所獲收益將會(huì)為英國(guó)消費(fèi)者節(jié)省約 90億英鎊[12-13]。電網(wǎng)互聯(lián)的意義在于提高供電安全性和能源利用率，并且可以平抑大規(guī)模新能源接入電網(wǎng)所帶來(lái)的波動(dòng)性問(wèn)題。為了滿(mǎn)足電力需求，水力發(fā)電是對(duì)太陽(yáng)能和風(fēng)能電力供應(yīng)模式不可預(yù)測(cè)性的一種理想平衡方式。

圖1 英國(guó)現(xiàn)有聯(lián)接及未來(lái)電網(wǎng)互聯(lián)規(guī)劃Fig. 1 Existing connectivity and future grid interconnection planning in UK

挪威的供電量幾乎全部來(lái)自水力發(fā)電，英國(guó)和挪威的 VSC-HVDC互聯(lián)線(xiàn)路可以在幾秒鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)潮流反向，當(dāng)英國(guó)的風(fēng)電出力變低時(shí)，挪威的水電機(jī)組可以將功率送至英國(guó)；當(dāng)英國(guó)的負(fù)荷低于風(fēng)電出力時(shí)，英國(guó)可以將多余功率送至挪威的抽水蓄能電站，將電能存儲(chǔ)起來(lái)。挪威的VSC-HVDC互聯(lián)線(xiàn)路對(duì)提高新能源消納能力，平抑新能源接入電網(wǎng)所帶來(lái)的波動(dòng)性問(wèn)題起到積極的作用。

1.1.2 德國(guó)高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展

德國(guó)政府于2010年提出“能源概念”(Energy Concept)的政策，公布了其短、中、長(zhǎng)期能源政策的發(fā)展目標(biāo)：可再生能源發(fā)電占比于 2020 年、2030 年、2040 年及2050 年，分別達(dá)到35%，50%，65%及 80%[14]。在政府、企業(yè)及民間的大力推動(dòng)下，德國(guó)的可再生能源在整體能源使用中占比顯著提高，在2015年滿(mǎn)足德國(guó)將近三分之一的電力需求[15]，降低了碳減排，帶動(dòng)了綠能產(chǎn)業(yè)就業(yè)。

德國(guó)政府計(jì)劃到2020年，在北部地區(qū)修建裝機(jī)容量高達(dá)3 000萬(wàn)kW的風(fēng)電場(chǎng)[16]。然而，德國(guó)的電力用戶(hù)主要分布在南部地區(qū)，負(fù)荷中心和電源中心的距離越來(lái)越大，德國(guó)以前的發(fā)電方式是按負(fù)荷需求發(fā)電的中心發(fā)電模式[17]，德國(guó)所面臨的問(wèn)題是如何將北部地區(qū)的可再生能源發(fā)電輸送到南部地區(qū)，如圖2[17]所示。

圖2 德國(guó)的能源、負(fù)荷分布Fig. 2 Energy, load distribution in Germany

此外，隨著可再生能源占比逐漸提高，可再生能源接入?yún)^(qū)域電網(wǎng)所帶來(lái)的波動(dòng)性問(wèn)題對(duì)區(qū)域電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了挑戰(zhàn)，需要通過(guò)興建遠(yuǎn)距離輸電線(xiàn)路來(lái)實(shí)現(xiàn)電能的全區(qū)域平衡。因此，德國(guó)政府正在努力對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行改造從而滿(mǎn)足對(duì)電能傳輸和可再生能源的發(fā)電需求。德國(guó)北部海域已經(jīng)建成多個(gè)采用 VSC-HVDC技術(shù)的海上風(fēng)電項(xiàng)目，已完成新能源功率的傳輸[18]。

在輸電走廊寬度相同的情況下，高壓直流輸電的容量相當(dāng)于交流輸電線(xiàn)路的 2、3倍[16]。現(xiàn)有的高壓交流輸電線(xiàn)路也可以改造成容量更大的帶有高壓直流輸電線(xiàn)路的混合式交直流輸電線(xiàn)路。德國(guó)的輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商已提出 4條基于VSC-HVDC的高壓直流輸電線(xiàn)路(沿3條通道)，將會(huì)跨越該國(guó)的交流電網(wǎng)，將北部風(fēng)電輸送至依賴(lài)核電的南部。德國(guó)電網(wǎng)的2025年規(guī)劃提出一種規(guī)劃方案(B1 2025)[19]，在該方案中，4條高壓直流輸電線(xiàn)路將利用現(xiàn)有輸電線(xiàn)路，實(shí)現(xiàn)交流和直流的同桿輸送，換流器采用西門(mén)子公司的全橋模塊化多電平換流器技術(shù)(modular multilevel converter，MMC)。此外，為了提高供電可靠性和能源利用率，德國(guó)還在規(guī)劃建設(shè)與其他國(guó)家互聯(lián)的高壓直流輸電線(xiàn)路。

1.1.3 歐洲超級(jí)電網(wǎng)的發(fā)展

由于交流輸電網(wǎng)中功率的跨界流動(dòng)越來(lái)越難以控制，而 VSC-HVDC技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的功率傳輸，并且兼具經(jīng)濟(jì)性和靈活性，因此出現(xiàn)了對(duì)基于 VSC-HVDC技術(shù)的直流電網(wǎng)的需求。建設(shè)一個(gè)歐洲的“超級(jí)電網(wǎng)”更容易協(xié)調(diào)分布廣泛的可再生能源與負(fù)荷，而且要比逐一改造各國(guó)的輸電網(wǎng)更經(jīng)濟(jì)。超級(jí)電網(wǎng)之友(Friends of Supergrid)對(duì)歐洲超級(jí)電網(wǎng)的定義為：“以完善歐洲電力市場(chǎng)為目的，促進(jìn)大規(guī)?？稍偕茉床⒕W(wǎng)，實(shí)現(xiàn)電能供需平衡與傳輸?shù)姆簹W洲輸電網(wǎng)絡(luò)”[20]。其實(shí)質(zhì)是由多個(gè)換流站和多條直流電線(xiàn)路構(gòu)成的、具有冗余性及故障快速隔離功能的大型輸電系統(tǒng)。其主要基于VSC-HVDC，是一種能夠?qū)崿F(xiàn)靈活調(diào)度，快速故障響應(yīng)，多電源供電，多落點(diǎn)受電的新型輸電方式。為此，許多國(guó)際組織及項(xiàng)目都在為建設(shè)歐洲大型直流輸電網(wǎng)探索技術(shù)及政策上的可行性。

把現(xiàn)有和新建的直流輸電系統(tǒng)互聯(lián)，并與現(xiàn)有交流輸電網(wǎng)絡(luò)緊密相連，組成大規(guī)模的交直流輸電系統(tǒng)是未來(lái)電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。直流電網(wǎng)還應(yīng)具有先進(jìn)的能源管理系統(tǒng)，在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中不同的客戶(hù)端、輸電線(xiàn)路、微電網(wǎng)和不同的電源都可以得到有效地管理、優(yōu)化、監(jiān)控、控制和對(duì)任何電力問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)的響應(yīng)，能夠整合多個(gè)電源，以較小的損耗在數(shù)千km范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)電能的傳輸和分配。

1.1.4 美國(guó)高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展

美國(guó)具備豐富的可再生能源，據(jù)統(tǒng)計(jì)美國(guó)風(fēng)能儲(chǔ)備大約為現(xiàn)需電量的 10倍[21]?？稍偕茉炊嗵幱谄h(yuǎn)地區(qū)，高壓直流輸電技術(shù)因其傳輸功率大、傳輸距離遠(yuǎn)成為可再生能源的主要傳輸手段。目前，美國(guó)投入運(yùn)行的高壓直流輸電線(xiàn)路共計(jì)10條左右。其中高壓直流輸電主要用于水電、煤電傳輸以及城市互濟(jì)。本著就近原則，美國(guó)將繼續(xù)開(kāi)發(fā)北部水電以滿(mǎn)足東北部負(fù)載需求，如新英格蘭高壓直流傳輸線(xiàn)路；海上風(fēng)電的快速發(fā)展促使美國(guó)將建立以滿(mǎn)足沿海負(fù)載中心電力需求的高壓直流輸電系統(tǒng)，如亞特蘭大高壓直流輸電線(xiàn)路；內(nèi)陸地區(qū)將建立以大平原為中心分散到全國(guó)主要負(fù)載中心的高壓直流輸電線(xiàn)路，用于利用中部大平原地區(qū)持續(xù)增長(zhǎng)的可再生能源，共包含 5條直流輸電線(xiàn)路：西南部輸電線(xiàn)路，西部輸電線(xiàn)路，東部輸電線(xiàn)路，東南部輸電線(xiàn)路，東北部輸電線(xiàn)路。

圖3 張北柔直電網(wǎng)Fig. 3 Zhangbei DC grid

1.2 我國(guó)高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展

國(guó)內(nèi)在柔性直流輸電工程應(yīng)用方面起步較晚。2011年7月上海南匯投運(yùn)了中國(guó)第一條柔性直流輸電示范工程，標(biāo)志著中國(guó)在柔性直流輸電技術(shù)和工程應(yīng)用方面實(shí)現(xiàn)了大跨步式發(fā)展。截止目前，我國(guó)已經(jīng)建成5條柔性直流輸電工程。

目前在建的張北柔性直流電網(wǎng)試驗(yàn)示范工程是世界上第一個(gè)±500 kV直流電網(wǎng)，將首次實(shí)現(xiàn)500 kV直流斷路器等關(guān)鍵設(shè)備及技術(shù)的示范應(yīng)用，并首次采用環(huán)形的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多種可再生能源經(jīng)柔直電網(wǎng)并入華北電網(wǎng)。張北柔直電網(wǎng)工程換流站將采用雙極模塊化多電平換流器結(jié)構(gòu)，直流線(xiàn)路將采用架空線(xiàn)，見(jiàn)圖3[22]。

在西電東送容量占西部總量40%的情景下預(yù)計(jì)2030年西電東送電力容量4.41億kW，且近年西部地區(qū)的電力消納問(wèn)題已經(jīng)凸顯，未來(lái)西部地區(qū)的電力消納方式應(yīng)是本地消納與互聯(lián)外送相結(jié)合的方式。互聯(lián)外送在滿(mǎn)足西部廣大地區(qū)電力供應(yīng)的同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)電、火電、太陽(yáng)能發(fā)電、水電等多種能源間的互補(bǔ)、互濟(jì)，減少棄風(fēng)、棄光率，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。在外送方式選擇上，由于輸電距離一般在1 000 km以上，高壓直流輸電相比交流輸電具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)力。

1.3 直流電網(wǎng)技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

直流電網(wǎng)建設(shè)還面臨著諸多挑戰(zhàn)，例如直流電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備的研制、直流電網(wǎng)仿真分析技術(shù)、直流電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度控制技術(shù)、直流電網(wǎng)的保護(hù)、直流電網(wǎng)建設(shè)政策支持及標(biāo)準(zhǔn)體系等[4]。

1.3.1 直流電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備

1）直流電纜。

當(dāng)前 VSC-HVDC的容量不僅受制于絕緣柵雙極型晶體管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)的容量及絕緣要求，同樣受制于高壓直流電纜的電壓等級(jí)。直流電纜電場(chǎng)分布與材料的電阻率成正比分配，并且絕緣電阻率一般隨溫度呈指數(shù)變化，這將在電纜的絕緣中形成空間電荷，從而影響電場(chǎng)分布，聚合物絕緣有大量的局部態(tài)，空間電荷效應(yīng)比較嚴(yán)重，因此，直流電纜絕緣料的空間電荷特性是制約直流電纜絕緣材料發(fā)展的重要因素[23-24]。

截止目前，擠出型高壓直流電纜耐壓水平已達(dá)到600 kV，浸漬紙絕緣電纜也已達(dá)到700 kV[25]。未來(lái)發(fā)展更大容量的直流電網(wǎng)，還需研制更高電壓等級(jí)的高壓直流電纜。

2）直流斷路器。

當(dāng)直流線(xiàn)路發(fā)生短路故障后，由于直流阻抗較小，短路電流發(fā)展迅速，為了防止直流側(cè)短路電流過(guò)大，需要在故障后 3～5 ms切除故障[26]，這比交流系統(tǒng)斷路器切斷時(shí)間提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，若采用交流斷路器或全橋多電平加快速隔離開(kāi)關(guān)需100～200 ms，斷電容量太大。

直流斷路器可以分為機(jī)械式直流斷路器、基于晶閘管的混合式斷路器和基于IGBT的混合式斷路器。機(jī)械式直流斷路器在成本上具有很大的優(yōu)勢(shì)，但是在系統(tǒng)應(yīng)用方面面臨的問(wèn)題較多，主要包括使用壽命、小電流下可靠關(guān)斷等?；诰чl管的混合式斷路器成本較低，但是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜。基于IGBT 的混合式直流斷路器換流原理簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，并首先實(shí)現(xiàn)了工程應(yīng)用，但成本仍較高。高壓直流斷路器技術(shù)的發(fā)展和推廣，需要進(jìn)一步對(duì)斷路器支路間換流方式，雜散參數(shù)優(yōu)化技術(shù)，斷路器與系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合以及斷路器試驗(yàn)技術(shù)等方面開(kāi)展研究[27]。目前，ABB公司于2011年研制了基于IGBT直接串聯(lián)的混合式直流斷路器樣機(jī)，分?jǐn)嗄芰?0 kV/3ms分?jǐn)?.5 kA。全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院于2014年完成了200 kV/3ms分?jǐn)?5 kA的級(jí)聯(lián)全橋型混合式直流斷路器樣機(jī)研制[28]，并于 2016年實(shí)現(xiàn)高壓直流斷路器首個(gè)工程示范。2017年1月，南瑞繼保公司自主研制的世界首臺(tái)±500 kV高壓直流斷路器已完成各項(xiàng)型式試驗(yàn)項(xiàng)目。該斷路器可在3 ms內(nèi)開(kāi)斷25 kA直流電流，技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。2018年1月3日，由華中科技大學(xué)電氣學(xué)院潘垣院士、何俊佳教授牽頭，袁召、陳立學(xué)、李黎團(tuán)隊(duì)聯(lián)合思源電氣共同研制的世界首臺(tái)機(jī)械式高壓直流斷路器在南方電網(wǎng) 160 kV廣東汕頭南澳多端柔性直流輸電系統(tǒng)成功投運(yùn)。

3）直流變壓器。

直流電壓器可以實(shí)現(xiàn)不同電壓等級(jí)的直流輸電的互聯(lián)，可以實(shí)現(xiàn)靈活的控制，并且有利于降低輸電損耗、提升系統(tǒng)可靠性與系統(tǒng)優(yōu)化。高壓直流輸電電壓等級(jí)高，現(xiàn)有開(kāi)關(guān)管的耐壓水平無(wú)法滿(mǎn)足如此高的電壓要求，導(dǎo)致原有的 DC-DC變換器拓?fù)錈o(wú)法滿(mǎn)足工程需求。目前研究最多的是基于MMC的直流變壓器結(jié)構(gòu)[29-31]。DC/DC變壓器的研制，目前仍處于拓?fù)溲芯?、原理樣機(jī)研發(fā)階段。2017年，西門(mén)子為高壓直流傳輸系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和制造的世界上第一臺(tái)高壓變壓器通過(guò)了型式試驗(yàn)，最高傳輸電壓為±1 100 kV[32]。同年，由ABB與國(guó)家電網(wǎng)公司共同開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，高端和低端變壓器在內(nèi)的全球最大功率1 100 kV特高壓直流變壓器測(cè)試成功[33]。

1.3.2 直流電網(wǎng)的保護(hù)

直流電網(wǎng)的響應(yīng)時(shí)間常數(shù)非常小，比交流電網(wǎng)要小至少2個(gè)數(shù)量級(jí)，對(duì)于直流電網(wǎng)的調(diào)度、控制系統(tǒng)而言是個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。此外，換流站之間的協(xié)調(diào)控制是系統(tǒng)面臨故障時(shí)能否及時(shí)提供輔助服務(wù)和保持穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，系統(tǒng)控制的復(fù)雜性也將隨著直流電網(wǎng)中終端數(shù)量的增多而增加[34]。

目前阻礙直流電網(wǎng)發(fā)展和運(yùn)行的主要技術(shù)困難在于直流電網(wǎng)的保護(hù)，其中包括經(jīng)濟(jì)、可靠的直流斷路器及直流繼電保護(hù)算法的開(kāi)發(fā)。由于直流電網(wǎng)是一個(gè)“低慣量”系統(tǒng)，若發(fā)生直流故障將瞬間影響到整個(gè)直流電網(wǎng)，因此對(duì)保護(hù)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間要求很高。與交流系統(tǒng)保護(hù)相比，直流電網(wǎng)保護(hù)的困難和挑戰(zhàn)在于：在直流線(xiàn)路發(fā)生短路故障時(shí)，所有換流站均向故障短路點(diǎn)注入故障電流，與該直流電網(wǎng)相聯(lián)的各交流系統(tǒng)均會(huì)受到影響；直流線(xiàn)路的阻抗小，故障電流上升極快，要求保護(hù)動(dòng)作應(yīng)在幾個(gè) ms內(nèi)完成；直流系統(tǒng)發(fā)生短路故障后，整個(gè)系統(tǒng)電壓急速下降，可能失去供電能力，故障需要盡快隔離，以確保與之相聯(lián)的交流系統(tǒng)穩(wěn)定性。需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)直流電網(wǎng)保護(hù)控制策略，尤其要開(kāi)發(fā)對(duì)于含有遠(yuǎn)距離架空線(xiàn)路的直流電網(wǎng)保護(hù)策略，由于長(zhǎng)距離架空線(xiàn)路運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)各種暫態(tài)故障，直流保護(hù)系統(tǒng)要具備判別暫態(tài)故障及永久性故障的能力，由于直流電網(wǎng)的“低慣量”特性，架空線(xiàn)的暫態(tài)故障給直流電網(wǎng)保護(hù)帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

1.3.3 直流電網(wǎng)運(yùn)行準(zhǔn)則

現(xiàn)在還沒(méi)有統(tǒng)一的直流電網(wǎng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)導(dǎo)則。如果不能盡早的提出得到廣泛認(rèn)可的直流電網(wǎng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，將導(dǎo)致未來(lái)出現(xiàn)不同時(shí)期建設(shè)的電網(wǎng)或不同供應(yīng)商之間的設(shè)備不能很好互聯(lián)等問(wèn)題。所以，相關(guān)行業(yè)或組織要積極推進(jìn)直流電網(wǎng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定。

目前，各相關(guān)機(jī)構(gòu)正在積極籌備有關(guān)直流電網(wǎng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和并網(wǎng)運(yùn)行導(dǎo)則。國(guó)際大電網(wǎng)組織，歐洲電氣委員會(huì)，國(guó)際電工委員會(huì)、歐洲輸電運(yùn)營(yíng)商協(xié)會(huì)都設(shè)立了專(zhuān)題組來(lái)研究直流電網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。歐洲輸電運(yùn)營(yíng)商協(xié)會(huì)在2016年9月發(fā)布了最新的高壓直流輸電技術(shù)運(yùn)行規(guī)程[35]，旨在對(duì)高壓直流輸電運(yùn)營(yíng)商，直流連接工程運(yùn)營(yíng)商，系統(tǒng)運(yùn)行人員和監(jiān)管機(jī)構(gòu)提出明確的要求。用以促進(jìn)行業(yè)規(guī)范的統(tǒng)一，運(yùn)營(yíng)商之間的有效競(jìng)爭(zhēng)，內(nèi)部電力市場(chǎng)的有效運(yùn)作以及確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 中壓直流配電系統(tǒng)發(fā)展與挑戰(zhàn)

隨著城市規(guī)模的迅速增長(zhǎng)和信息技術(shù)的高速發(fā)展，電網(wǎng)中的敏感負(fù)荷、重要負(fù)荷及非線(xiàn)性負(fù)荷越來(lái)越多?，F(xiàn)有交流配電網(wǎng)將面臨線(xiàn)路損耗大、供電走廊緊張，以及電壓瞬時(shí)跌落、電壓波動(dòng)、電網(wǎng)諧波、三相不平衡現(xiàn)象加劇等一系列電能質(zhì)量問(wèn)題，迫切需要改變現(xiàn)有的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和配(供)電方式[36-37]。而直流配電網(wǎng)輸送容量、系統(tǒng)可控性以及供電質(zhì)量方面具有更加優(yōu)越的性能，可以有效降低電力電子變換器的使用頻率，提高供電質(zhì)量，充分協(xié)調(diào)分布式電源、多樣性負(fù)荷與電網(wǎng)之間的矛盾，發(fā)揮分布式能源的價(jià)值[36]。目前的中壓直流電力系統(tǒng)主要應(yīng)用在鐵路供電系統(tǒng)[38]、飛機(jī)電力系統(tǒng)[39]和船舶電力系統(tǒng)[40]中。

2.1 中壓直流配電系統(tǒng)的發(fā)展

英國(guó)Angle中壓直流配電工程是歐洲第一條中壓直流配電工程(見(jiàn)圖4)，同樣，也是第一次嘗試由交流 33 kV運(yùn)行改為直流±27 kV運(yùn)行的案例。安格爾西和北威爾士2個(gè)電網(wǎng)之間原本通過(guò)交流電纜連接，但是安格爾西地區(qū)的用電量和新能源發(fā)電量在逐年增加，預(yù)計(jì)到2023年用電需求將達(dá)到85 MW。此外，所連接的新能源機(jī)組將達(dá)到150 MW左右。原來(lái)的交流輸電線(xiàn)路已經(jīng)接近熱穩(wěn)上限，而且新能源機(jī)組的接入也給當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)帶來(lái)了穩(wěn)定性問(wèn)題[41-42]。因此，英國(guó)電網(wǎng)將安格爾西和北威爾士之間的交流輸電通道改造成了一個(gè)直流輸電走廊，如圖 4[42]所示。這在資本和運(yùn)營(yíng)效益方面對(duì)兩地的配電網(wǎng)都帶來(lái)了極大的好處。另外，由于柔性直流輸電的靈活性，它還將可以通過(guò)控制功率流和調(diào)節(jié)電路兩端的電壓來(lái)為兩地的交流配電網(wǎng)提供輔助控制。

圖4 Angle直流工程示意圖Fig. 4 Angle DC network schematic

在輸電線(xiàn)路改造過(guò)程中，將其中的一條三相電纜作為正極，另外的一條三相電纜作為負(fù)極運(yùn)行。而且輸電線(xiàn)路中存在一小段架空線(xiàn)。改造后直流輸電工程額定電壓為±27 kV，電流為556 A，輸送容量為30.5 MW，相比于原來(lái)的采用交流輸電、輸電容量的24.8 MW，上升了23%。

國(guó)內(nèi)第一套柔性直流配電系統(tǒng)于 2011年 3月21日在中海油文昌作業(yè)區(qū)通過(guò)系統(tǒng)試驗(yàn)，已投入運(yùn)行。最初運(yùn)行時(shí)，中海油文昌作業(yè)區(qū)19-1平臺(tái)與15-1平臺(tái)之間通過(guò)40 km的電纜相連，采用交流輸電，該電纜額定電壓 35 kV，傳輸容量3 MW。受過(guò)往船只的損壞，導(dǎo)致三相電纜一相破損[43]，由于修復(fù)電纜所需費(fèi)用昂貴，用戶(hù)決定將原來(lái)的交流35 kV交流電纜改為10 kV直流運(yùn)行，在19-1平臺(tái)和15-1平臺(tái)建VSC-HVDC 換流站，構(gòu)建柔性直流輸電系統(tǒng)。其中無(wú)故障相作為柔性直流輸電正負(fù)極，故障相作為接地線(xiàn)來(lái)使用，如圖5[44]所示。VSC電壓±10 kV，其最大的額定電壓和電流可以達(dá)到±20 kV和300 A，是交流輸電容量的4倍。通過(guò)該實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)可以看出，將交流配網(wǎng)電纜線(xiàn)路改為直流運(yùn)行，可以有效地進(jìn)行增容改造，在對(duì)故障線(xiàn)路進(jìn)行改造時(shí)更具優(yōu)勢(shì)。

圖5 電纜線(xiàn)路的直流運(yùn)行方案圖Fig. 5 DC operation scheme of the cable circuit

2.2 中壓直流配電系統(tǒng)的挑戰(zhàn)

中壓直流輸電形成的直流配電系統(tǒng)缺少成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，目前運(yùn)行的中壓直流配電系統(tǒng)主要面對(duì)的是鐵路系統(tǒng)和艦船等特殊領(lǐng)域。直流配電網(wǎng)的建設(shè)還面臨著諸多挑戰(zhàn)。

2.2.1 電壓等級(jí)的選擇

直流配電網(wǎng)尚未有明確的電壓等級(jí)序列，將交流配電網(wǎng)改造成直流配電網(wǎng)時(shí)[44]，直流電纜允許電壓為交流額定電壓的峰值[45]。將交流配電網(wǎng)改造成直流配電網(wǎng)，需要考慮電磁干擾，交流材料的直流應(yīng)力，絕緣子直流漏電，直流絕緣子污穢比交流嚴(yán)重，材料的極化老化等諸多問(wèn)題[46-47]。同時(shí)，直流配電網(wǎng)電壓等級(jí)過(guò)高時(shí)存在較大的安全問(wèn)題，電壓過(guò)低時(shí)又會(huì)加大壓降、功率的損耗。電壓等級(jí)的選取還會(huì)影響到系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)備選取和系統(tǒng)運(yùn)行等多方面。國(guó)際大電網(wǎng)組織SC6.31報(bào)告中確定了中壓直流配電電壓等級(jí)序列為 1.5～100 kV。有學(xué)者提出了±100 kV，±50 kV，±20 kV，±10 kV，1.5 kV，750 V，400 V，110 V和48 V 的直流配電電壓等級(jí)序列，可作為配電網(wǎng)規(guī)劃階段的參考[48]。但是直流配電網(wǎng)電壓等級(jí)選取的方法，截止目前依然沒(méi)有定論。

2.2.2 運(yùn)行控制技術(shù)

中壓直流配電網(wǎng)中存在多類(lèi)分布式電源、多類(lèi)型負(fù)荷，AC/DC、DC/AC和DC/DC變換器種類(lèi)和數(shù)量均較多，且配電網(wǎng)具有一定地域性，各設(shè)備之間通過(guò)遠(yuǎn)距離輸電線(xiàn)路連接，無(wú)法忽略網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的影響，其穩(wěn)定性問(wèn)題具有自身的特點(diǎn)，是直流配電網(wǎng)運(yùn)行控制的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，需要深入研究[37]。

直流配電網(wǎng)的控制可以分為系統(tǒng)級(jí)、微網(wǎng)級(jí)和單元級(jí)3個(gè)層次，分別針對(duì)配電網(wǎng)調(diào)度層次、直流母線(xiàn)層次和電力電子變換器層次的能量轉(zhuǎn)換進(jìn)行控制[49]。

2.2.3 直流配電網(wǎng)的保護(hù)與關(guān)鍵設(shè)備

與高壓直流輸電技術(shù)類(lèi)似，直流配電網(wǎng)故障后保護(hù)是制約直流配電網(wǎng)發(fā)展的主要問(wèn)題。同樣，直流配電網(wǎng)故障發(fā)展迅速，需要在故障后幾 ms內(nèi)將故障隔離，這對(duì)故障后的故障識(shí)別與隔離提出了更高的要求。另外，直流斷路器、直流變壓器和直流開(kāi)關(guān)接插件等設(shè)備的開(kāi)發(fā)和研制也在很大程度上制約了直流配電網(wǎng)的發(fā)展。

3 低壓直流供電系統(tǒng)發(fā)展與挑戰(zhàn)

近些年，電源側(cè)分布式發(fā)電的發(fā)展，使得越來(lái)越多的分布式風(fēng)電和光伏接入到低壓配電網(wǎng)中；負(fù)荷側(cè)大量電力電子設(shè)備的增加，越來(lái)越多的低壓用電設(shè)備都要經(jīng)過(guò)整流裝置將交流電變換成直流電供給負(fù)載使用，如電腦、液晶電視、電子鎮(zhèn)流器熒光燈、打印機(jī)等辦公設(shè)備、變頻調(diào)速空調(diào)、洗衣機(jī)、冰箱等家電，導(dǎo)致大量諧波電流注入系統(tǒng)，而且分布式發(fā)電和直流負(fù)荷的間歇性，嚴(yán)重影響電能質(zhì)量。從目前情況來(lái)看，配電網(wǎng)老化問(wèn)題突出，升級(jí)現(xiàn)有的電纜和變壓器價(jià)格昂貴并且存在一定的困難，能源供應(yīng)側(cè)新能源分布式接入比例增加，導(dǎo)致可控性變差，給低壓直流供電系統(tǒng)帶來(lái)發(fā)展機(jī)遇。

3.1 低壓直流供電系統(tǒng)的發(fā)展

2010年美國(guó)弗吉尼亞理工大學(xué)提出一種未來(lái)家庭直流配電系統(tǒng)[50]，如圖6[51]所示。該系統(tǒng)有380 V DC和48 V DC這2個(gè)電壓等級(jí)，直流380 V電源主要為包含電機(jī)負(fù)載、廚房負(fù)載和其他重要家庭負(fù)載供電，直流電壓48 V DC電源主要用于計(jì)算機(jī)、娛樂(lè)系統(tǒng)和照明供電等。2014 年，丹麥奧爾本大學(xué)開(kāi)始建設(shè)智能直流微電網(wǎng)應(yīng)用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，對(duì)未來(lái)低壓直流配電網(wǎng)的建模、設(shè)計(jì)、協(xié)調(diào)控制、通信和管理等工作進(jìn)行研究[52-53]。

廈門(mén)大學(xué)光伏發(fā)電建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目于 2014年 3月成功運(yùn)行，位于廈門(mén)大學(xué)翔安新校區(qū)東區(qū)的能源學(xué)院工程樓、南樓和北樓 3棟建筑中。微電網(wǎng)的主要供電來(lái)自于工程實(shí)驗(yàn)樓屋頂150 kW太陽(yáng)能發(fā)電，微電網(wǎng)母線(xiàn)電壓采用國(guó)際倡導(dǎo)的380 V DC。為了實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的穩(wěn)定與連續(xù) 運(yùn)行，微電網(wǎng)還配有直流儲(chǔ)能單元和交流/直流備用電。微電網(wǎng)的負(fù)載包括30 kW的直流空調(diào)、40 kW室外直流電動(dòng)汽車(chē)充電站和 30 kW 的阻性負(fù)載，并預(yù)設(shè)20 kW的直流LED照明。微電網(wǎng)中的直流空調(diào)采用冷暖性直流變頻空調(diào)，運(yùn)行穩(wěn)定[54]。

圖6 未來(lái)家庭直流配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig. 6 Structure diagram of Future household direct current distribution system

3.2 低壓直流供電系統(tǒng)面臨的問(wèn)題

3.2.1 低壓直流供電系統(tǒng)接口技術(shù)

低壓直流供電系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題之一是低壓直流配電網(wǎng)的接口技術(shù)[55]，主要包括網(wǎng)側(cè)接口技術(shù)、負(fù)載側(cè)接口技術(shù)和分布式電源接口技術(shù)。其中網(wǎng)側(cè)接口技術(shù)是指連接輸電線(xiàn)路和低壓配電網(wǎng)的電力電子設(shè)備，主要實(shí)現(xiàn)低壓直流配電網(wǎng)和輸電網(wǎng)的功率交換。負(fù)載的接口技術(shù)是指負(fù)載直接連接到低壓配電網(wǎng)或者通過(guò)不同的電源適配器連接到低壓配電網(wǎng)的技術(shù)。分布式電源接口技術(shù)是將分布式電網(wǎng)，包括風(fēng)電、光伏和儲(chǔ)能電源等接入低壓配電網(wǎng)的技術(shù)。三類(lèi)接口直接影響低壓供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2.2 低壓直流供電系統(tǒng)運(yùn)行與控制

與交流電網(wǎng)不同，交流電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)需要保證電壓、頻率和功角穩(wěn)定，而直流電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)主要以直流電網(wǎng)穩(wěn)定為控制目標(biāo)，不存在功角和頻率問(wèn)題。由于低壓配電網(wǎng)可能接入大量分布式電源和儲(chǔ)能設(shè)備，導(dǎo)致控制系統(tǒng)更加復(fù)雜，對(duì)現(xiàn)有的主從控制和下垂控制提出了更高的要求。

3.2.3 低壓直流供電系統(tǒng)保護(hù)

低壓直流供電系統(tǒng)保護(hù)的難點(diǎn)與高壓直流輸電和中壓直流配電網(wǎng)一致。同樣是由于系統(tǒng)中存在大量電力電子器件，導(dǎo)致故障發(fā)展速度迅速，短路故障后短路電流數(shù)值較大，導(dǎo)致低壓直流供電系統(tǒng)保護(hù)存在較大的困難。另外就現(xiàn)階段而言，低壓直流供電系統(tǒng)的保護(hù)缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各方面都還需要進(jìn)一步的研究與完善。

4 未來(lái)直流電力系統(tǒng)展望

大規(guī)模新能源發(fā)電和分布式發(fā)電的接入以及大量電力電子負(fù)荷的出現(xiàn)，導(dǎo)致電力系統(tǒng)僅靠交流輸電實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定運(yùn)行比較困難，這給高壓直流輸電(直流電網(wǎng))、中壓直流配電和低壓直流供電系統(tǒng)的發(fā)展帶來(lái)了新的契機(jī)。目前，世界各國(guó)都在發(fā)展直流輸電技術(shù)，這將導(dǎo)致很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)會(huì)出現(xiàn)交、直流輸電并存的現(xiàn)象。隨著直流技術(shù)關(guān)鍵設(shè)備的研發(fā)，控制保護(hù)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展以及運(yùn)行準(zhǔn)則的制定，在未來(lái)的電力系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)如圖7所示的輸電、配電、用電全方位直流技術(shù)運(yùn)行也是可期的[56]。

圖7 不同電壓等級(jí)直流用電設(shè)備Fig. 7 DC power equipment with different voltage levels

5 結(jié)論

1）高壓直流輸電主要應(yīng)用于大規(guī)模新能源的并網(wǎng)和遠(yuǎn)距離傳輸。直流輸電的可控性高，直流電網(wǎng)的建設(shè)可以起到不同地域新能源互補(bǔ)的作用，有效平抑新能源的波動(dòng)性，增強(qiáng)調(diào)度靈活性。

2）中壓直流技術(shù)主要應(yīng)用于配電系統(tǒng)。將現(xiàn)有的交流配電系統(tǒng)改造為直流配電系統(tǒng)可以有效提升配電系統(tǒng)的輸電容量和運(yùn)行的可靠性，降低損耗，且直流配電網(wǎng)更能適應(yīng)分布式發(fā)電的接入。

3）低壓直流技術(shù)主要應(yīng)用于供電系統(tǒng)。低壓直流供電系統(tǒng)可以更好地適應(yīng)分布式電源和直流負(fù)荷的接入，增加供電系統(tǒng)的可控性。

4）直流電力系統(tǒng)的發(fā)展首先面臨著直流電纜、直流斷路器、直流變壓器等直流設(shè)備研發(fā)的限制，其次直流電力系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)保護(hù)提出了更高的要求，而且直流電力系統(tǒng)的運(yùn)行控制缺乏標(biāo)準(zhǔn)的支撐，需要在今后加大研發(fā)力度。

[1] The European Wind Energy Association(EWEA)．Wind energy scenarios for 2030[R]．2015．

[2] 2017清潔能源行業(yè)報(bào)告[J]．電器工業(yè)，2017(11)：6-26．

[3] Hertem D V，Ghandhari M．Multi-terminal VSC HVDC for the european supergrid：obstacles [J]．Renewable &Sustainable Energy Reviews，2010，14(9)：3156-3163．[4] CIGRE．Cigre SC B4 activities towards HVDC grids[EB/OL]．[2018-04-10]．http://b4.cigre.org/Publ ications/Other-Documents/SC-B4-presentations-and-pa pers/Cigre-SC-B4-Activities-Towards-HVDC-Grids.

[5] 劉振亞．全球能源互聯(lián)網(wǎng)[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2015．

[6] Renewable UK．Our offshore energy future-actions for growth[R]．2015．

[7] The Crown Estate．Offshore wind energy，leasing rounds[EB/OL]．[2018-04-10]．https://www.thecrow nestate.co.uk/energy-minerals-and-infrastructure/offsho re-wind-energy/working-with-us/leasing-rounds/．

[8] National Grid．Offshore development information statement[EB/OL]．[2018-04-10]．http://s3.amazona ws.com/zanran_storage/www.nationalgrid.com/Content Pages/111957798.pdf．

[9] The Crown Estate．Offshore wind energy，Leasing rounds，Round3 [EB/OL]．[2018-04-10]．https://www.thecrownestate.co.uk/energy-minerals-and-infrastructur e/offshore-wind-energy/working-with-us/leasing-round s/round-3/．

[10] The Crown Estate．First round 3 offshore wind project begins construction [EB/OL]．[2018-04-10]．https://www.thecrownestate.co.uk/news-and-media/ne ws/2015/first-round-3-offshore-wind-project-begins-co nstruction/．

[11] ABB．HVDC makes light work of offshore wind farm connections[EB/OL]．[2018-04-10]．http://www.abb.com/cawp/seitp202/2acaf7dbed18c85cc125793100300 672.aspx．

[12] National Grid． Electricity ten year statement，November2015[EB/OL]．[2018-04-10]．http://www2.nationalgrid.com/UK/Industry-information/Future-of-E nergy/Electricity-ten-year-statement/．

[13] Department of Energy & Climate Change and HM Government．Delivering UK energy investment：Networks，January 2015 [EB/OL]．[2018-04-10]．https://www.gov.uk/government/uploads/system/upload s/attachment_data/file/394509/DECC_Energy_Investm ent_Report_WEB.pdf．

[14] BMUB (2011)． The federal government’s energy concept of 2010 and the transformation of the energy system of 2011[EB/OL]．[2018-04-10]．http://www.germany.info/contentblob/3043402/Daten/3903429/BM U BMWi_Energy_Concept_DD.pdf．

[15] Almost 33% of German electricity came from renewables in 2015[EB/OL]．[2018-04-10]．https://cleantechnica.com/2016/01/13/almost-33-german-elect ricity-came-renewables-2015/．

[16] Siemens．Electricity superhighways[EB/OL]．[2018-04-10]．http://www.energy.siemens.com/hq/pool/hq/powe r-transmission/gas-insulated-transmission-lines/SD_Ele ctricity_Superhighways.pdf．

[17] ULTRANET．The energy transition in Germany，April 8,2016[EB/OL]．[2018-04-10]．http://www.siemens.c om/press/pool/de/feature/2016/energymanagement/201 6-04-ultranet/presentation-ultranet-e.pdf．

[18] CIGRE．Working Group B4.55．HVDC connection of offshore wind power plants[R]．2015．

[19] Netzentwicklungs Plan Strom．Power grid development plan 2025[R]．2nd．2015．

[20] What is the supergrid? [EB/OL]．[2018-04-10]．http://www. friendsofthesupergrid.eu/about/what-is-the-sup ergrid/.

[21] Clean line，wind and solar [EB/OL]．[2018-04-10]．http://www.cleanlineenergy.com/technology/wind-andsolar.

[22] 李英彪，卜廣全，王姍姍，等．張北柔直電網(wǎng)工程直流線(xiàn)路短路過(guò)程中直流過(guò)電壓分析[J]．中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2017，37(12)：3391-3399．

[23] 湯廣福，羅湘，魏曉光．多端直流輸電與直流電網(wǎng)技術(shù)[J]．中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013，33(10)：8-17．

[24] 趙健康，趙鵬，陳錚錚，等．高壓直流電纜絕緣材料研究進(jìn)展評(píng)述[J]．高電壓技術(shù)，2017，43(11)：3490-3503．

[25] Prysmian Group．Double technology milestone in the field of power transmission，May 2016 [EB/OL]．[2018-04-10]．http://www.prysmiangroup.com/en/corporate/press-releases/Double-technology-milestone-in-the-fiel d-of-power-transmission-00001/.

[26] 王姍姍，周孝信，湯廣福，等．模塊化多電平換流器HVDC直流雙極短路子模塊過(guò)電流分析[J]．中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2011，31(1)：1-7．

[27] 魏曉光，楊兵建，湯廣福．高壓直流斷路器技術(shù)發(fā)展與工程實(shí)踐[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2017，41(10)：3180-3188．

[28] 魏曉光，高沖，羅湘，等．柔性直流輸電網(wǎng)用新型高壓直流斷路器設(shè)計(jì)方案[J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2013，37(15)：95-102．

[29] 王朝輝，王天威，張軍明．模塊化多電平直流變壓器研究[J]．中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2016，36(1)：31-39．[30] 高陽(yáng)，司為國(guó)，魏曉光，等．直流電網(wǎng)用對(duì)稱(chēng)型模塊化多電平DC/DC變流器[J]．高電壓技術(shù)，2016，42(10)：3133-3138．

[31] 游洪程，蔡旭．應(yīng)用于直流電網(wǎng)的直接耦合式直流變壓器[J]．中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2017，37(9)：2516-2524．

[32] 電纜網(wǎng)．西門(mén)子變壓器供應(yīng)英法高壓直流海底互聯(lián)線(xiàn) 路 [EB/OL]． [2018-04-10]． http://news.cableabc.com/gc/20171208069595.html

[33] 中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)機(jī)經(jīng)網(wǎng)．ABB：全球最大功率高壓直流變壓器技術(shù)獲得新突破[EB/OL]．[2018-04-10]．http://www.mei.net.cn/dgdq/201712/759642.h tml.

[34] 范松麗，苑仁峰，艾芊，等．歐洲超級(jí)電網(wǎng)計(jì)劃及其對(duì)中國(guó)電網(wǎng)建設(shè)啟示[J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2015，39(10)：6-15．

[35] ENTSO-E．Network code on HVDC connections(HVDC)，September 2016[EB/OL]．[2018-04-10]．https://www.entsoe.eu/major-projects/network-code-de velopment/high-voltage-direct-current/Pages/default.as px

[36] 江道灼，鄭歡．直流配電網(wǎng)研究現(xiàn)狀與展望[J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，36(8)：98-104．

[37] 馬釗，周孝信，尚宇煒，等．未來(lái)配電系統(tǒng)形態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)[J]．中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2015，35(6)：1289-1298．

[38] 宋平崗，林家通，李云豐，等．基于模塊化多電平的鐵路功率調(diào)節(jié)器直接功率控制策略[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2015，39(9)：2511-2518．

[39] Yang S，Wei Q，Huang X，et al．Redundancy technology for aircraft multichannel DC power supply system[J]．南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)(英文版)，2007，24(4)：305-309．

[40] 劉勝，程垠鐘．基于小信號(hào)模型的船舶中壓直流發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性分析[J]．中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2015，35(8)：1930-1939．

[41] Yu J，Smith K，Urizarbarrena M，et al．Initial designs for the ANGLE DC project; converting existing AC cable and overhead line into DC operation[C]//Iet International Conference on AC and DC Power Transmission．IET，2017．

[42] Tibin J，Jun L，Gen L，et al．Dynamic control of MVDC link embedded in distribution network：Case study on ANGLE-DC[C]//IEEE International Conference，2017．

[43] 許樹(shù)楷，梁允源，郭自勇．中海油文昌柔性直流輸電系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)[J]．南方電網(wǎng)技術(shù)，2011，5(4)：1-4．

[44] LIU Y，CAO X，F(xiàn)U M．The upgrading renovation of an existing XLPE cable circuit by conversion of AC line to DC operation[J]．IEEE Transactions on Power Delivery，2017，32(3)：1321-1328．

[45] Salomonsson D，Sannino A．Low-voltage dc distribution system for commercial power systems with sensitive electronic loads[J]．IEEE Transactions on Power Delivery，2007，22(3)：1620-1627．

[46] Lundquist J．Guide to the conversion of existing AC lines to DC operation[R]．Cigré Technical Brochure 583-Working Group B2 41，2014．

[47] 劉英，曹曉瓏，何子蘭，等．現(xiàn)役交流 XLPE電纜配電線(xiàn)路改為直流運(yùn)行的技術(shù)方案及實(shí)例分析[J]．中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2016，36(1)：96-103．

[48] 盛萬(wàn)興，李蕊，李躍，等．直流配電電壓等級(jí)序列與典型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)初探[J]．中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2016，36(13)：3391-3403．

[49] 李武華，顧云杰，王宇翔，等．新能源直流微網(wǎng)的控制架構(gòu)與層次劃分[J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2015，39(9)：156-163．

[50] Boroyevich D，Cvetkovi? I，Dong D，et al．Future electronic power distribution systems a contemplative view[C]//International Conference on Optimization of Electrical and Electronic Equipment．IEEE，2010：1369-1380．

[51] Rodriguez-diaz E，Savaghebi M，VASQUEZ J C，et al．An overview of low voltage DC distribution systems for residential applications[C]//IEEE，International Conference on Consumer Electronics- Berlin．IEEE：Berlin，2016：318-322．

[52] Diaz N L，Dragi?evi? T，Vasquez J C，et al．Intelligent distributed generation and storage units for DC microgrids—A new concept on cooperative control without communications beyond droop control[J]．IEEE Transactions on Smart Grid，2014，5(5)：2476-2485．

[53] Shafiee Q ， Dragi?evi? T ， Vasquez J C ， et al．Hierarchical control for multiple DC-microgrids clusters[J]．IEEE Transactions on Energy Conversion，2014，29(4)：922-933．

[54] 北極星太陽(yáng)能光伏網(wǎng)．光伏建筑一體化直流微電網(wǎng)項(xiàng)目運(yùn)行成功[EB/OL]．[2018-04-10]．http://guangfu.bjx.com.cn/news/20140326/499635.shtml

[55] 段雙明，郭陽(yáng)，任俊，等．含分布式電源的低壓直流配電網(wǎng)研究綜述[J]．東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，35(6)：1-7．

[56] IEC．LVDC：electricity for the 21st century[R]．