直流配电系统技术分析及设计构想

D O I :10.7500/AE P S 201204067直流配电系统技术分析及设计构想王 丹1,毛承雄1,陆继明1,陈 迅2,曾 杰2,张俊峰2(1.华中科技大学电气与电子工程学院,湖北省武汉市430074;2.广东电网公司电力科学研究院,广东省广州市510080)摘要:提高运行效率㊁改善供电可靠性和电能质量㊁实现分布式电源有效安全接入等问题既是配电系统面临的挑战,也为配电技术发展提供了新的机遇㊂采用以直流为主导的配电方式对于解决上述问题将是一次有益的尝试㊂文中阐述了直流配电技术的研究现状,总结了直流配电系统的技术特点和潜在优势,分析了直流配电系统发展的若干关键技术及其可行性,并提出了一种基于电子电力变压器的多级直流配电系统构想㊂以配电网末端的家用配电为例,给出了一个具体的低压直流配电系统设计案例并进行了仿真验证㊂关键词:直流;配电系统;新能源;电子电力变压器收稿日期:2012-04-09;修回日期:2012-11-01㊂国家自然科学基金资助项目(51277083,50807020);国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(2009C B 219702);教育部留学回国人员科研启动基金资助项目㊂0 引言近年来,随着社会进步和经济发展,电力负荷迅速增长,传统配电系统面临着一系列新的挑战㊂1)基于环境和能源考虑,分布式发电及储能技术受世界各国高度重视而发展迅速㊂如何将这些新兴的直流电源㊁变频交流电源和传统的工频交流电网整合互联,对现有技术是一个挑战㊂2)现代城市发展建设日趋成熟,对供电系统的电源建设和供电线路走廊的制约越来越多㊂这一方面导致配电网供电半径越来越大,对供电走廊和供电网络的输电能力提出了很高的要求;另一方面,使得负荷中心的无功电源支撑能力相对不足,容易诱发交流系统电压崩溃等安全问题㊂3)直流负载和含有直流环节的负载增长迅速,交流配电网向这些负载供电时,需要一级A C /D C 变换,降低了效率㊂4)用户对供电可靠性要求越来越高,传统采用架空线的交流配电网络故障率偏高,采用电缆的交流配电网因充电电流的限制供电半径有限,越来越难满足用户的需求㊂5)电子设备和电力电子设备的大量使用㊁电气化轨道交通快速发展和冲击性负荷的增长,导致交流配电系统存在大量的谐波污染源,与用户对电能质量要求的日益提高矛盾尖锐㊂6)电网智能化已成必然趋势,智能电网对电网的可控性提出了很高的要求,传统交流配电网可控性较低㊂如何妥善应对上述问题,是配电系统目前乃至未来很长一段时期需要面对的难题㊂在电力电子技术发展日益成熟的今天,探讨直流制配电方式,将为我们提供一条解决问题的新思路㊂在配电领域,除了19世纪末期爱迪生在纽约建立的世界上第1个商业运行的直流配电系统外(2007年11月该系统退出历史舞台)[1],长期以来只有一些特殊的场合,如通信数据中心㊁轨道交通㊁工业生产线二次系统等[2-4],采用了直流方式供电㊂但近年来,国内外学者重新开始将目光转移到直流配电技术上[5-9]㊂文献[5-6]从电力系统角度明确提出了低压直流配电系统的概念,给出了2种典型的系统结构㊂文献[10-11]则提出了未来电力系统以直流为主导的构想,认为多层次直流环形电网结构符合未来中国电网的实际㊂文献[12-16]从家用和商用角度出发,探讨了构建楼宇低压直流配电系统的优越性和可行性㊂文献[17]提出采用高温超导直流电缆构建直流配电网,可以集成超导限流器,为直流大电流分断问题提供了新的解决思路㊂文献[18-20]从分布式电源接入角度提出了直流微电网的概念㊂文献[21]以家用供电系统为例,进一步提出了直流纳电网的概念,即将各种微电源和储能系统接入家居供电系统,并采用直流网络为家用电器和消费电子产品供电㊂文献[22]从提高分布式电源在交流电网中的渗透率角度出发,提出了一种基于电压源变换器的多端直流系统㊂文献[3,23-26]分析了不同领域直流供电系统28 第37卷 第8期2013年4月25日V o l .37 N o .8A pr .25,2013的电压稳定问题㊂文献[27-31]分析了典型低压直流配电网故障类型㊁保护原则等问题㊂文献[32-36]探讨了直流系统建模与分析计算相关问题㊂文献[37-38]分析了数据中心小规模直流配电系统接地及其安全问题㊂文献[39]对于直流开关设备的发展状况进行了比较全面的分析㊂文献[9,40]对直流配电系统的发展现状进行了分析和展望㊂综上所述,目前关于直流配电技术的研究主要集中在一些特殊领域,针对的对象主要是配电系统最末端的低压供电系统,真正从电力系统角度出发对直流配电技术进行的研究无论是在深度上还是广度上均有限㊂本文通过总结直流配电技术的特点,分析其关键技术,为今后进一步深入研究提供参考㊂1 直流配电技术特点直流配电技术是指在配电网中采用直流制为主导的电能输送技术㊂与交流配电技术相比,直流配电技术具有多方面的潜在优势㊂文献[40]已对直流配电技术的特点进行了较详细的阐述,本文在此只作进一步补充㊂1)直流配电更可靠直流配电线路只需2根导线,线路的可靠性比相同电压等级的交流线路要高㊂而且,当直流配电系统的一极线路发生故障时,另一极线路可与大地构成回路,继续配送部分甚至全部功率㊂对于占线路故障80%~90%的单相或单极瞬时接地故障,直流相比于交流具有响应快㊁恢复时间短,以及可通过多次再启动或降压运行来创造消除故障㊁恢复正常运行的条件等优点[41]㊂对于末端的低压直流配电,利用多母线冗余技术可有效保证很高的供电可靠性㊂而且,电力电子变换器的采用使得直流配电系统内可以形成自有保护区域,各区域内的故障不会波及外部系统㊂2)直流配电更高效在直流输配电系统中,没有因传递无功功率引起的网络损耗,也没有因集肤效应产生的损耗,具有远低于交流输配电的线路损耗㊂直流配电系统的损耗主要集中在电力电子变换器部分,目前已出现效率高达99%的直流变换器[42];而且,随着宽禁带电力电子器件的逐步成熟应用,变换器的效率有望进一步提升㊂另外一个方面,直流或者含有直流环节的负载日益增多,例如电子产品㊁直流电动机㊁电动汽车等㊂而且,近年来很多旋转性质负荷逐渐趋于配置变频调速装置一起使用,直接为这些负载提供直流电效率更高㊂3)没有频率稳定㊁无功功率和交流充电电流等问题交流系统运行时需要控制电压幅值㊁频率和相位,而直流系统则只需要控制电压幅值,不用涉及频率稳定和无功功率等问题㊂此外,无论是从提高线路可靠性角度还是从不破坏景观角度出发,配电网采用电缆线路已经是趋势㊂由于电缆沿线电容大,配送交流电时会产生很大的电容充电电流,既增加了线路损耗,也降低了线路输电容量㊂而如果采用直流输电,上述问题都可以避免㊂此外,直流配电网还具有电能配送能力强㊁供电半径大㊁可提高电能质量㊁易于实现分布式电源互联等优点㊂2 直流配电系统面临的挑战典型的直流配电系统将具有如图1所示的基本构成㊂然而,在真正实现以直流为主导的配电方式之前,还将面临诸多挑战,有很多关键技术问题需要解决㊂图1 直流配电系统基本构成F i g.1 B a s i c s t r u c t u r e o fD Cd i s t r i b u t i o n s y s t e m2.1 直流配电系统网络结构设计与优化由于配送的电能的形式有根本不同,直流电的配送网络与传统三相交流电的配送网络会有很大的区别㊂因此,研究如何构建合理的网络是直流配电系统发展的首要任务㊂这实际上是一个全局性问题,需要从整个配电系统层面出发,综合考虑网络对分布式电源的接纳能力㊁电能配送能力㊁供电可靠性㊁网络建设和运行的成本,以及安全性等多方面因素㊂从网络层次而言,类似于交流配电系统,直流配电系统也将是一种多级配电网互相配合的网络,如高压直流配电网㊁中压直流配电网㊁低压与超低压直流配电网等㊂各级配电网功能不尽相同,互相配合和补充,共同完成向用户提供电力的任务㊂从网络接线方式而言,直流配电系统的网络结构可以设计成辐射形㊁环状或者网状㊂不同结构具38㊃研制与开发㊃ 王 丹,等 直流配电系统技术分析及设计构想有不同的供电可靠性㊁成本及控制复杂程度㊂在实际设计时,需要根据具体的应用场合,结合投资能力选择合适的网络形式㊂对于已经建有交流配电网的地区,如果将已有的交流配电网全部拆除再建直流电网,其经济性值得商榷㊂因此,采用交流(原有)与直流(扩建)混合配电的方案,并逐渐过渡到全直流配电,理论上更合理㊂此外,在直流配电系统网络结构设计时,还需要综合考虑直流变电站的合理分布问题㊂2.2 直流配电系统电压等级的选取如上文所述,直流配电系统将包含有多个电压等级配电网㊂电压等级这一参数对整个系统有着根本性的影响㊂电压等级的选择应重点考虑3个因素[43]:①直流配电网的供电距离(供电半径);②电气绝缘和保护;③系统成本和设计难度㊂目前的文献主要研究的是系统末端的低压与超低压直流配电网的电压等级问题㊂如文献[2]认为400V 作为数据中心供电系统的电压等级可具有更高的效率㊂文献[21,44]认为,家用直流配电系统应有2个直流电压等级:一个是380V 高压等级,用于向供热系统㊁空调系统㊁厨房及其他大型家电供电;另一个是48V 低压等级,用于向小型家电供电㊂尽管目前关于低压直流配电系统的电压等级问题还没有达成共识,但对于直流配电网终端而言,倾向性意见认为380V 是性价比较高的直流电压等级㊂对于国内配电系统实际情况而言,家用电器和各种商业电器多采用单相220V 交流供电,因此,所设计的终端网络电压等级应能适应当前实际情况㊂从另一个角度而言,电压等级的确定本身还涉及序列标准化问题㊂这将直接关系到系统规划㊁设备生产,以及系统运行等诸多方面㊂文献[45-47]探讨了高压直流输电和柔性直流输电的电压等级问题,对于研究直流配电系统电压等级序列问题有参考价值㊂系统地研究出科学㊁合理和优化的直流配电系统电压等级序列,提出既满足现在需求,也符合未来发展要求的电压等级标准,对于推广直流配电技术意义深远㊂2.3 高效电能变换与控制技术如同变压器在交流配电系统中不可或缺一样,直流配电系统中也需要专门实现电压(电能)变换的装置,用于实现直流配电网与负载和上级电网的接口,并实现直流配电网内部电压等级的转换㊂这些变换可以通过直流型电子电力变压器㊁交直流混合型电子电力变压器[48]或通用的电力电子变换器实现㊂本文将它们统称为直流变压器㊂与传统交流配电网变压器的不同之处在于,直流变压器不仅可实现电压等级变换与/或电位隔离,而且还具有频率变换㊁潮流控制㊁监控和故障保护等功能㊂它们是直流配电系统的基础设备,其成本㊁可靠性㊁运行效率及控制能力等对电网的投资成本㊁可靠性㊁效率和可控性等有最直接的影响㊂概括而言,直流变压器应具有成本低㊁功率密度高㊁可靠性高㊁效率高㊁灵活调控能力强,以及动态响应快等优点㊂这必将对电力电子变换器的设计和制造技术提出更高要求㊂因此,研制各类新型的(高压)大功率电力电子器件并提出新的变换器拓扑成为关键之一㊂近几年开始受到重点关注的S i C 器件提供了一个新的方向[49-50],有望藉此制造出功率密度和效率更高的变换器㊂交流配电变压器的效率目前普遍可以做到97%以上(从轻载到满载),而电力电子装置的效率在满载时虽然很高,但在10%负载下效率只有50%㊂因此,研制无论是在轻载还是重载下都具有高效率的电力电子装置仍然任重而道远㊂采用模块化并联技术是一个可能的解决途径,文献[51]提出了一种通过多模块并联及控制技术实现轻载下达到高效率的D C /D C 变换器技术㊂另一方面,这些数量众多的电力电子装置功能不尽相同,如实现与上级电网接口㊁与分布式电源接口㊁与交流负载或直流负载接口等㊂它们实际都处于并列运行状态,其特性对系统的稳态和暂态运行都有影响㊂因此,为保证整个直流配电系统能安全稳定工作,高效的控制不可或缺㊂对直流配电系统而言,直流电压控制和均流控制最为基本㊂维持稳态和暂态工况下系统直流电压稳定,是直流配电系统控制的首要任务㊂在电力电子变换器并联运行方面,尽管目前有大量的文献对直流配电网的相关控制进行了探索[52-56],但从直流配电网的系统层面进行研究仍然有一定的难度,这主要体现在:①并列运行的变压器/变换器数量巨大,而且类型众多,这将涉及不同类型变压器/变换器群的并列运行;②变压器/变换器互联的是大量不同性质的电源和负载,对变压器/变换器有着迥异的约束条件,增加了并列运行策略的复杂性㊂2.4 保护与开关设备技术安全是实际系统运行时必须予以保证的㊂电力系统的安全体现在要有合适的接地措施,并在故障时保障电气设备安全[3]㊂这涉及3个方面的内容:①系统接地;②继电保护系统;③开关设备(保护动作执行者)㊂针对上述问题,传统交流系统形成了一套比较完善的标准和规范㊂而直流系统则缺乏这方面的标准和经验,只是最近十多年来,才在直流牵引㊁高压直流输电方面逐步形成了相关的标准规范㊂直流配48 2013,37(8)电系统与高压直流输电和牵引系统等有很大差异,这些规范和标准只有借鉴意义㊂已有文献对低压直流配电系统双极性接线时的中线接地问题[5],以及各类小规模直流供电系统接地问题[37-38]进行了研究,得到了一些有价值的结论㊂但对直流配电系统而言,接地问题是一个全网的综合性问题,研究直流配电系统的网络接地问题仍然必要㊂直流配电系统无论是故障类型还是故障后果与交流配电网都有不同,实际中相关保护既缺乏标准,也缺少运行经验㊂大量电力电子装置的存在,给保护配合带来了挑战,但同时也为保护提供了新的手段㊂因此,直流配电系统的保护与传统交流系统的保护会有很大区别㊂如何充分发挥变换器的快速通断能力,实现快速而简单的保护是直流配电系统保护需要解决的问题㊂开关设备是隔离故障线路或故障区域,防止故障扩大化,保障系统正常部分安全运行的关键㊂由于直流电流没有自然过零点,直流电流的分断比交流电流的分断困难,因此,相较于交流开关设备,直流开关设备的制造要困难得多㊂近二十年来,研究者们在相关领域进行了大量研究,在中低压领域已出现了可开断数十千安的直流断路器[39]㊂但研究低成本的大容量直流开关设备仍然充满挑战,近期而言,采用机械和半导体混合式的开关设备是一个可行的方案[57-58]㊂3 直流配电系统案例图2给出了一个基于电子电力变压器的直流配电网构想㊂它由多级直流网相互配合,以满足不同范围的电能输送和分配要求,并允许用户侧小型分布式电源和大型新能源发电接入㊂图2 多级直流配电网络F i g.2 M u l t i-l e v e lD Cd i s t r i b u t i o nn e t w o r k 这种直流网络的优点主要体现在:①各级直流电网间相互解耦;②电子电力变压器的快速调节能力可以有效限制故障电流上升,可降低对直流开关设备的要求㊂然而,全直流的配电网目前仍然只是愿景㊂近期最可能率先实现直流制的是处于配电网末端的低压配电系统,如家用供电系统和楼宇供电系统等㊂图3给出了一个以家用供电系统为例的具体的终端直流配电系统设计案例㊂该案例考虑以下几点:①接入的光伏发电(P V)电源容量为3k W;②为提高供电可靠性,配备储能单元(采用蓄电池);③满足交流负荷(最大3k W)和直流负荷(1.5k W)用电需求;保留现有的交流系统()㊂图3 家用直流配电系统基本结构F i g.3 B a s i c s t r u c t u r e o f r e s i d e n t i a lD Cd i s t r i b u t i o n s y s te m该结构的特点是:①直流母线采用了比较安全的电压等级48V;②蓄电池储能单元直接接在直流母线上,可靠性和效率都很高;③P V电源通过最简单的B u c k变换器接入系统,变换器效率高;④48V 直流母线采用负极接地方式,且与220V交流母线实现电位隔离;⑤直流母线与交流母线间接口允许功率双向流动,从而可充分利用P V电源能量,同时也兼顾了交㊁直流负荷的供电可靠性㊂基于该系统,针对以下工况进行了仿真:初始状态为系统离网运行,P V电源作为唯一电源供电,直流负载为1.5k W,多余的能量由蓄电池缓冲;0.1s 时,投入3k W交流负载;0.5s时,系统并入电网;1.0s时,P V电源最大输出功率减小㊂整个过程的仿真结果如图4所示㊂由上述仿真结果可以看出,0.1s之前,P V电源产生的功率大于负荷所需,多余的能量用于给蓄电池充电;投入交流负荷后,由于P V电源输出功率不足,缺额由蓄电池补充;并入交流电网后,能量缺额将由电网缓冲,当P V电源的功率减小至不足以支撑直流负荷需要时,电网将通过逆变器为直流负荷提供能量㊂58㊃研制与开发㊃ 王 丹,等 直流配电系统技术分析及设计构想图4 家用直流配电系统仿真结果F i g.4 S i m u l a t i o n r e s u l t s o f r e s i d e n t i a lD C d i s t r i b u t i o n s ys t e m 从上述微型的终端配电系统案例可以看出,在直流网络中,可以很容易地实现潮流的灵活控制㊂4 结语直流配电系统是一个以直流制为主导的电能配送系统,具有解决现代配电系统面临的挑战的潜力㊂加紧对直流配电系统网络结构㊁电压等级选取等基本问题的研究是目前首要任务,研究低成本㊁高效率的电能变换与控制技术,研制大容量直流开关设备以及开发高可靠的保护系统是推动直流配电技术发展的关键㊂尽管直流配电系统的运行控制与交流系统相比要简单很多,但直流配电系统的运行与控制有其特殊性,特别是直流配电系统存在很多电力电子变换装置㊂这些电力电子变换装置在提升直流系统可控性的同时,也增加了系统的复杂性㊂本文只是对直流配电方式进行了初步探索,更深入的研究有待进一步开展㊂参考文献[1]L O B E N S T E I N R W ,S U L Z B E R G E R C .E y e w i t n e s st o D C h i s t o r y [J ].I E E E P o w e ra n dE n e r g y M a ga z i n e ,2008,6(3):84-90.[2]P R A T T A ,K UMA RP ,A L D R I D G ETV.E v a l u a t i o n o f 400VD Cd i s t r i b u t i o ni nt e l c oa n d d a t ac e n t e r st oi m p r o v ee n e r g ye f f i c i e n c y [C ]//P r o c e e d i n g s o f t h e 29t h I n t e r n a t i o n a l T e l e c o mm u n i c a t i o n sE n e r g y C o n f e r e n c e ,S e pt e m b e r 30-O c t o b e r 4,2007,R o m e ,I t a l y:32-39.[3]C I E Z K I J G ,A S H T O N R W.S e l e c t i o na n ds t a b i l i t y is s u e s a s s o c i a t e dw i t han a v y s h i pb o a r dD Cz o n a l e l ec t r i cd i s t 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n f e r e n c e,A u g u s t14-16,2004,X i’a n,C h i n a:1740-1745.[19]X I O N GL,P E N G W,P O H CL.Ah y b r i dA C/D C m i c r o g r i da n d i t sc o o r d i n a t i o nc o n t r o l[J].I E E E T r a n so nS m a r tG r i d, 2011,2(2):278-286.[20]K A K I G A N O H,M I U R AY,I S ET.L o w-v o l t a g e b i p o l a r-t y p eD C m i c r o g r i df o rs u p e rh i g h q u a l i t y d i s t r i b u t i o n[J].IE E ET r a n s o nP o w e rE l e c t r o n i c s,2010,25(12):3066-3075.[21]B O R O Y E V I C H D,C V E T K O V I CI,D O N G D,e t a l.F u t u r ee l e c t r o n i c p o w e rd i s t r i b u t i o ns y s t e m s:ac o n t e m p l a t i v ev i e w[C]//P r o c e e d i n g so ft h e12t hI n t e r n a t i o n a lC o n f e r e n c eo nO p t i m i z a t i o n o f E l e c t r i c a la n d E l e c t r o n i c E q u i p m e n t,M a y 20-22,2010,B a s o v:1369-1380.[22]A B B A SA M,L E H NP W.Au n i f i e d p o w e r d e l i v e r y s o l u t i o nf o r i n t eg r a t i n g D E Ri n t od i s t r i b u t i o nn e t w o r k sth r o u g h V S C b a s e dD Cs y s t e m[C]//P r o c e e di n g so f2009I E E E P o w e r&E n e r g y S o c i e t y G e n e r a lM e e t i n g,J u l y26-30,2009,C a l g a r y,C a n a d a:6p.[23]MA R U Y AMA M,N O Z A K IY,F U K U I A,e ta l.S t a b i l i t ya n a l y s i s o f h i g h-v o l t a g eD C p o w e r d i s t r ib u t i o n s y s t e mi nc l ud i n g l o n g fe e d e r s[C]//P r o c e e d i n g s of t h e29t h I n t e r n a t i o n a l T e l e c o mm u n i c a t i o n s E n e rg y C o n f e r e n c e,S e p t e m b e r30-O c t o b e r4,2007,R o m e,I t a l y:211-215.[24]T H OM P S O N D J.D C v o l t a g e s t a b i l i z a t i o n c o n t r o l i n t e l e c o mm u n i c a t i o n sD Cd i s t r i b u t i o n s y s t e m s[C]//P r o c e e d i n g s o f t h e24t h A n n u a l I n t e r n a t i o n a lT e l e c o mm u n i c a t i o n sE n e r g yC o n f e r e n c e,S e p t e m b e r29-O c t o b e r3,2002,Q u e b e c,C a n a d a: 74-78.[25]L O G U E D L,K R E I N P T.P r e v e n t i n g i n s t a b i l i t y i n D Cd i s t r i b u t i o n s y s te m s b y u s i n g p o w e r b uf f e r i n g[C]//P r o c e e d i n g s o f t h e32n d A n n u a lP o w e rE l e c t r o n i c sS p e c i a l i s t sC o n f e r e n c e,J a n u a r y17-21,2001,V a n c o u v e r,C a n a d a:33-37.[26]Z HA N G H,S A U D E MO N T C,R O B Y N SB,e ta l.S t a b i l i t ya n a l y s i s o n t h eD C p o w e rd i s t r ib u t i o ns y s t e m o fm o r ee l ec t r i c a i r c r a f t[C]//P r o c e ed i n g s o ft h e13r dI n te r n a t i o n a l P o w e rE l e c t r o n i c sa n d M o t i o n C o n t r o lC o n f e r e n c e,S e p t e m b e r1-3, 2008,P o z n a n,P o l a n d:1523-1528.[27]S A L O N E N P,N U U T I N E N P,P A R T A N E N J.P r o t e c t i o n s c h e m e f o rL V D Cd i s t r i b u t i o n s y s t e m[C]//P r o c e e d i n g s o f t h e 20t h I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o nE l e c t r i c i t y D i s t r i b u t i o n,J u n e 8-11,2009,P r a g u e,C z e c hR e p u b l i c:4p.[28]S A L O N E N P,N U U T I N E N P,P E L T O N I E M I P,e t a l.L V D C d i s t r i b u t i o n s y s t e m p r o t e c t i o n:s o l u t i o n s, i m p l e m e n t a t i o na n d m e a s u r e m e n t s[C]//P r o c e e d i n g so ft h e 13t h E u r o p e a n C o n f e r e n c e o n P o w e r E l e c t r o n i c s a n dA p p l i c a t i o n s,S e p t e m b e r8-10,2009,B a r c e l o n a,S p a i n:10p.[29]S A L OMO N S S O N D,S O D E RL,S A N N I N O A.P r o t e c t i o no f l o w-v o l t a g e D C m i c r o g r i d s[J].I E E E T r a n s o n P o w e rD e l i v e r y,2009,24(3):1045-1053.[30]C U Z N E R R M,V E N K A T A R AMA N A NG.T h e s t a t u s o f D Cm i c r o-g r i d p r o t e c t i o n[C]//P r o c e e d i n g s o fI E E E I n d u s t r yA p p l i c a t i o n s S o c i e t y A n n u a l M e e t i n g,O c t o b e r5-9,2008,E d m o n t o n,C a n a d a:8p.[31]M E S U T E B,N I K H I L R M.O v e r c u r r e n t p r o t e c t i o n o n v o l t a g e-s o u r c e-c o n v e r t e r-b a s e d m u l t i t e r m i n a l D C d i s t r i b u t i o n s y s t e m s[J].I E E E T r a n so nP o w e rD e l i v e r y,2007,22(1): 406-412.[32]N I L S S O N D,S A N N I N O A.L o a d m o d e l l i n g f o rs t e a d y-s t a t ea n d t r a n s i e n t a n a l y s i s o f l o w-v o l t a g e D C s y s t e m s[C]//P r o c e e d i n g so ft h e39t hI A S A n n u a l M e e t i n g,O c t o b e r3-7, 2004,S e a t t l e,WA,U S A:774-780.[33]S A L OMO N S S O N D,S A N N I N O A.L o a d m o d e l l i n g f o r s t e a d y-s t a t e a n dt r a n s i e n ta n a l y s i so f l o w-v o l t a g eD Cs y s t e m s [J].I E TE l e c t r i cP o w e rA p p l i c a t i o n s,2007,1(5):690-696.[34]F L E I S C H E R K,MU N N I N G S R S.P o w e rs y s t e m sa n a l y s i sf o r d i r e c t c u r r e n t(D C)d i s t r i b u t i o ns y s t e m s[J].I E E E T r a n s o n I n d u s t r y A p p l i c a t i o n s,1996,32(5):982-989. 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eof e l e c t r o n i c p o w e r t r a n s f o r m e r [C ]//P r o c e e d i ng so f 2009I E E E P E S /I A S C o n f e r e n c e o n S u s t a i n a b l e A l t e r n a t i v e E n e r g y ,S e p t e m b e r 20-30,2009,V a l e n c i a ,S p a i n :5p.[49]WA N GJ ,HU A N G A Q.D e s i g n a n d c h a r a c t e r i z a t i o no f h i g h -v o l t a g es i l i c o n c a r b i d ee m i t t e rt u r n -o f ft h y r i s t o r [J ].I E E E T r a n s o nP o w e rE l e c t r o n i c s ,2009,24(5):1189-1197.[50]D A S M K ,Z H A N GJ ,C A L L A N A N R ,e t a l .A13k V4H -S i Cn -c h a n n e l I G B T w i t hl o w Rd i f f ,o n a n df a s ts w i t c h i n g [J ].M a te r i a l s S c i e n c eF o r u m ,2009,600:1183-1186.[51]K A J O U K ELA ,S C HU L ZSE .H i g h e f f i c i e n c y p o w e r s ys t e m w i t h p l u r a l p a r a l l e l D C /D C c o n v e r t e r s :U n i t e d S t a t e s,6166934[P ].2000-12-26.[52]C HOIK ,A H N C H.A no p t i m a ld e s i g n m e t h o do fv o l t a ge d r o pf o r D Cd i s t r i b u t i o n s ys t e mb a s e d o n i n v e s t m e n t c o s t [C ]//P r o c e e d i n gs o f t h e 18t h I n t e r n a t i o n a l T e l e c o mm u n i c a t i o n s E n e r g y Co n f e r e n c e ,O c t o b e r 6-10,1996,B o s t o n ,MA ,U S A :592-596.[53]Z HA N G R ,L E E F C ,B O R O Y E V I C H D ,e ta l .A Cl o a dc o nd i t i o ne r a n dD Cb u s c o n d i t i o n e rf o r aD Cd i s t r i b u t i o n p o w e rs y s t e m [C ]//P r o c e e d i n gso ft h e31s t A n n u a lI E E E P o w e r E l e c t r o n i c s S p e c i a l i s t sC o n f e r e n c e ,J u n e 18-23,2000,G a l w a y,I r e l a n d :107-112.[54]MA HMO O D IM ,G H A R E H P E T I A N GB ,A B E D IM ,e t a l .As u i t a b l ec o n t r o l s t r a t e g y f o rs o u r c ec o n v e r t e r sa n dan o v e l l o a d -g e n e r a t i o n v o l t a g e c o n t r o l s c h e m e f o r D C v o l t a g e d e t e r m i n a t i o n i nD Cd i s t r i b u t i o ns y s t e m s [C ]//P r o c e e d i n gso f I E E EI n t e r n a t i o n a lP o w e ra n dE n e r g y C o n f e r e n c e ,N o v e m b e r 28-29,2006,P u t r a j a y a ,M a l a ys i a :363-367.[55]N O R O O Z I A N R ,A B E D IM ,G HA R E H P E T I A N G ,e t a l .An o v e lc o n t r o l s t r a t e g y fo r l o a d c o n v e r t e r o f D C i s o l a t e d d i s t r i b u t i o ns y s t e m u n d e ru n b a l a n c e dl o a d i n g co n d i t i o n s [J ].J o u r n a lo f Z h e j i a n g U n i v e r s i t y :S c i e n c e A ,2009,10(6):890-899.[56]L I E X ,D O N G C .C o n t r o la n do p e r a t i o no fa D C m i c r o gr i d w i t hv a r i a b l e g e n e r a t i o na n de n e r g y s t o r a ge [J ].I E E E T r a n s o nP o w e rD e l i v e r y ,2011,26(4):2513-2522.[57]M E Y E RC ,K OWA L M ,d eD O N C K E RR W.C i r c u i t b r e a k e rc o n c e p t s f o r f u t u r e h i g h -p o w e r D C -a p p l i c a t i o n s [C ]//P r o c e ed i n g so f t h e40t hI n d u s t r y A p p l i c a t i o n sS o c ie t y An n u a l M e e t i n g ,O c t o b e r 2-6,2005,H o n g K o n g ,C h i n a :860-866.[58]M E Y E RJ M ,R U F E R A.A D Ch yb r i dc i r c u i tb r e a k e rw i t h u l t r a -f a s t c o n t a c t o p e n i n g a nd i n te g r a t e d g a t e -c o mm u t a t ed t h y r i s t o r s (I G C T s )[J ].I E E ET r a n s o nP o we r D e l i v e r y,2006,21(2):646-651.王 丹(1977 ),男,通信作者,博士,副教授,主要研究方向:大型发电机励磁控制㊁大功率电力电子技术在电力系统中的应用㊂E -m a i l :w a n gd a n @m a i l .h u s t .e d u .c n 毛承雄(1964 ),男,博士,教授,主要研究方向:大型发电机励磁控制㊁大功率电力电子技术在电力系统中的应用㊂E -m a i l :c x m a o @m a i l .h u s t .e d u .c n陆继明(1956 ),男,硕士,教授,主要研究方向:大型发电机励磁控制㊁大功率电力电子技术在电力系统中的应用㊂E -m a i l :l u j i m i n g@m a i l .h u s t .e d u .c n 编辑 ()万志超T e c h n i c a l A n a l y s i s a n dD e s i g nC o n c e p t o fD CD i s t r i b u t i o nS ys t e m WA N G D a n 1敩M A OC h e n g x i o n g 1敩L UJ i m i n g 1敩C H E N X u n 2敩Z E N GJ i e 2敩Z HA N GJ u n f e n g2敤1敭C o l l e g e o fE l e c t r i c a l a n dE l e c t r o n i cE n g i n e e r i n g 敩H u a z h o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y敩W u h a n430074敩C h i n a 敾2敭E l e c t r i cP o w e rR e s e a r c h I n s t i t u t e o fG u a n g d o n g G r i dC o r p o r a t i o n 敩G u a n gz h o u510080敩C h i n a 敥A b s t r a c t 敽N o w a d a y s 敩d i s t r i b u t i o ns y s t e m sa r ef a c i n g c h a l l e n g e ss u c ha s 敽i n c r e a s i n g o p e r a t i o ne f f i c i e n c y 敩e n h a n c i n g se r v i c e r e l i a b i l i t y 敩i m p r o v i n gp o w e r q u a l i t y a n ds af e -i n t e r c o n n e c t i n g d i s t r i b u t e d g e n e r a t i o n s 敩w h i c ho nt h eo t h e rh a n d 敩p r o v i d en e w d e v e l o p i n g o p p o r t u n i t i e s f o r d i s t r i b u t i n g t e c h n o l o g y 敭Ad i r e c t c u r r e n t 敤D C 敥d i s t r i b u t i o n s y s t e mi s p r o p o s e d t o t r yt o r e s o l v e t h e i s s u e s 敭T h eb a s i c p r i n c i p l ea n dt e c h n o l o g y c h a r a c t e r i s t i c so fD C d i s t r i b u t i o ns y s t e m a r es u mm a r i z e da n ds o m eo fi t sk e y t e c h n o l o g i e s a n d f e a s i b i l i t y a r e a n a l y z e d 敭A ne l e c t r o n i c p o w e r t r a n s f o r m e r -b a s e d m u l t i -l e v e lD Cd i s t r i b u t i o ns y s t e mc o n c e p t i s p r o p o s e d 敭A s a c a s e s t u d y 敩a c o n c r e t e l o wv o l t a g eD Cd i s t r i b u t i o n s y s t e mf o r r e s i d e n t i a l a p p l i c a t i o n i s d e s i gn e d i nd e t a i l e d a n d i s d e m o n s t r a t e db y si m u l a t i o n 敭T h i sw o r k i s s u p p o r t e db y Na t i o n a lN a t u r a l S c i e n c eF o u n d a t i o no f C h i n a 敤N o 敭51277083敩N o 敭50807020敥敩N a t i o n a l B a s i c R e s e a r c hP r o g r a mo f C h i n a 敤973P r o g r a m 敥敤N o 敭2009C B 219702敥a n dS c i e n t i f i cR e s e a r c hF o u n d a t i o n f o r t h eR e t u r n e dO v e r s e a C h i n e s eS c h o l a r s 敩M i n i s t r y ofE d u c a t i o no fC h i n a 敭K e y wo r d s 敽d i r e c t c u r r e n t 敤D C 敥敾d i s t r i b u t i o n s y s t e m敾r e n e w a b l e e n e r g y 敾e l e c t r o n i c p o w e r t r a n s f o r m e r 敤E P T 敥88 2013,37(8)。