直流配电网
电力系统中的直流配电网络设计与优化
电力系统中的直流配电网络设计与优化随着清洁能源的快速发展和电动车的普及，直流配电网络在电力系统中的地位逐渐受到重视。
与传统的交流配电网络相比，直流配电网络具有更高的能效和更好的适应性，成为未来电力系统发展的重要方向之一。
本文将探讨电力系统中直流配电网络的设计与优化。
一、直流配电网络的优势1.1 高能效直流配电网络通过避免交流系统中的电压变换损耗和潜在的谐波问题，能够提供更高的能效。
直流电能的传输损耗较小，能够减少电能损耗，提高能源利用效率。
1.2 节约空间直流配电网络不需要大量的变压器和稳压器，节约了宝贵的空间资源。
尤其在城市中，直流配电网络能够减少设备的占地面积，提高土地利用率。
1.3 适应新能源接入直流配电网络能够更好地适应新能源的接入。
太阳能光伏发电和风能发电等清洁能源多为直流输出，通过直流配电网可以实现与其直接连接，避免了能量转换的损耗和不稳定性。
二、直流配电网络的设计原则2.1 灵活性和可扩展性直流配电网络的设计应具备良好的灵活性和可扩展性，能够适应电力系统的运行变化和未来的扩展需求。
在规划和设计阶段，应充分考虑未来的发展，留有足够的余地进行改造和扩容。
2.2 优化能源传输效率直流配电网络的设计需要优化能源传输效率。
例如，通过合理确定直流电压水平，减少输电线路的电阻损耗；采用高效的光伏逆变器和风力发电机组，提高清洁能源的转换效率等。
2.3 确保供电可靠性直流配电网络的设计需要确保供电的可靠性。
在网络规划中应充分考虑供电设备的冗余度和防护措施，以应对可能的故障和事故。
同时，应采用可靠的保护装置和监测系统，及时检测和处理潜在的问题，确保供电的连续性和稳定性。
三、直流配电网络的优化方法3.1 多能源互补优化直流配电网络的优化可以通过多能源互补的方式实现。
通过合理规划和配置清洁能源发电设备，如太阳能光伏、风力发电等，实现能源的多元化利用和优化调度，提高供电可靠性和能源利用效率。
3.2 节能优化与储能技术直流配电网络的优化可以结合节能技术和储能技术。
直流配电网
故障检测方法
2.电气量微分保护 分为电压微分保护和电流微分保护 优点：动作速度快 缺点：( 1) 电气量微分针对行波波头到达特性，因此只适用于故障 起始阶段。( 2) 电气量微分保护的定值整定依赖于仿真计算，缺乏 普适的定值整定方法。( 3) 直流配电网若采用架空线，电气量微分 保护易受雷电等噪声干扰，耐受过渡电阻的能力有限。
故障检测方法
3.测距式保护 分为行波测距保护和参数识别保护 优点：整定易于实现，不依赖仿真计算 缺点：（1）对于行波测距保护，由于直流配电网线路较短，行波 反射到达数识别保护易受负荷的影响，负荷分支可能 产生外吸或助增电流，影响线路参数辨识的准确性
缺点
1.需要通信设备，并且 每个分段开关都需要配 置定位装置，增加了设 备成本，经济性较差 2.直流配电网的馈线可 能存在T 接负荷分支， 这将对故障区域定位的 可靠性造成影响
后续的研究重点
1) 研究具有工程应用价值的暂态故障电气量提取与计算方法; 2) 研究基于故障暂态量的故障检测与定位方法; 3) 探索新的直流电网保护配置与配合方法。
直流配电网介绍
基于毕天姝等《直流配电网保护技术评述》总结
• 定义：直流配电网是通过高功率电力电子技术以直流形式将各 种电源、负荷以及储能设备联网运行的新型的电力网络 • 优势 ：（1）大量分布式电源与直流负荷接入直流配电网，相 较于交流配电网来说，减少了换流环节，降低了设备成本，提 高了能源效率；（2）相比于交流配电网，柔性直流配电网受交 流侧故障影响小，不增加交流侧短路容量；（3）直流配电网中 无需传输功率，无电容效应与集肤效应，供电半径及容量大、 效率高；（4）相比较于交流配电网，直流陪电网中的电能质量 问题更容易解决 • 有待提高之处：直流换流设备耐受过流的能力弱，且故障 恢复 控制措施相对复杂，对实现快速检测、故障定位及有选择的隔 离故障区域提出了更高的要求
直流配电网拓扑结构与可靠性研究
直流配电网拓扑结构与可靠性研究1、本文概述随着能源结构的转变和电力需求的增长，直流配电网以其高效、低损耗、易于控制等优点引起了人们的广泛关注。
直流配电网的拓扑结构和可靠性是保证其稳定运行的关键因素。
本文旨在深入探讨直流配电网的拓扑设计及其对系统可靠性的影响。
本文将总结直流配电网的基本概念、发展历史以及与传统交流配电网的比较优势。
接下来，将对直流配电网的几种常见拓扑结构进行详细分析，包括径向、环形、多端直流等，并比较这些结构的优缺点。
本文将在深入研究拓扑结构的基础上，进一步探讨直流配电网的可靠性分析。
这包括评估系统从故障中恢复的能力，建立系统组件的可靠性模型，以及基于不同拓扑结构计算可靠性指标。
本文将结合实际案例，分析特定直流配电网拓扑结构在实际运行中的性能，评估其可靠性，并提出优化建议。
通过这些研究，本文旨在为直流配电网的设计、运行和优化提供理论依据和实践指导，促进直流配电网健康发展。
2、直流配电网拓扑结构概述直流配电网作为新型电力系统的重要组成部分，其拓扑结构直接关系到系统的稳定性、可靠性和经济性。
本节将对直流配电网的主要拓扑结构进行概述，旨在为后续的可靠性分析提供理论依据。
辐射拓扑结构：辐射拓扑是直流配电网中最常见的结构，以直流母线为中心，每条支线呈放射状分布。
这种结构简单明了，易于控制和管理，但缺点是一旦总线发生故障，整个系统都会受到影响。
环形拓扑结构：环形拓扑通过多环路设计提高系统可靠性。
在这种结构中，电源和负载通过多个闭合电路连接。
当一个电路发生故障时，其他电路可以继续供电，确保供电的连续性。
但这也增加了系统的复杂性和成本。
多端直流输电（MTDC）系统：MTDC系统通过多个换流站与交流系统相连，实现多方向的电力流动。
这种结构有利于提高系统的灵活性和稳定性，但控制策略更为复杂。
混合拓扑结构：混合拓扑结合了辐射和环形网络的特点，确保了供电的可靠性，同时避免了过于复杂的系统。
这种结构在实际应用中非常常见。
直流配电网的研究现状与展望
直流配电网的研究现状与展望摘要：随着直流技术的发展，直流配电网得到越来越多的关注。
相较于交流配电网，直流配电网具有减少逆变环节、降低电能损耗、提高电能质量等优势，有巨大的发展前景。
对直流配电网的各种结构形式进行了比较，另外，对直流配电网的应用前景进行了分析和展望。
关键词：直流配电网；拓扑结构；控制保护前言：配电网是指从输电网到用户之间的网络结构，由配电线路、配电变压器及附属设施组成，在电力网中起分配电能的作用。
传统配电网采用交流配电方式，利用变压器的电磁感应原理改变电压。
直流配电技术涉及电网规划、工程经济、经济运行等一系列技术问题，本文从直流配电网的拓扑结构着手，详尽地说明了直流配电网技术的可行性与应用前景。
一、直流配电网的拓扑结构直流配电网系统的接线方式主要有放射状、环状与两端配电。
通常放射状配电网供电可靠性相对较低，但一次投资少，继电保护配合简单，故障识别及保护控制配合等相对容易; 环状与两端配电网供电可靠性相对较高，但一次投资高，继电保护整定复杂，故障识别和保护控制配合等也相对困难。
因此，直流配电网应根据供电可靠性、供电范围及投资等实际工程的需要，采用不同的电压等级和拓扑结构。
直流入户的实现涉及多级直流配电网，所选接线需保证供电可靠、电能质量高、经济性、运行灵活、操作安全等指标。
中压直流配电网的部分电能需经直流降压装置送到低压直流配电网再供用户使用，以放射状低压直流配电网为例，如图 1 所示。
二、直流配电网技术特点1、技术特点与传统交流配网相比，直流配电网主要有以下特点:(1)提高电能质量直流系统用户侧电能质量主要考量电压偏差和波动。
直流母线的存在隔离了用户侧频率偏差对更高电压等级配电网和输电网的影响，电能质量也可相应地进行区域化管理。
柔性直流配电网中的换流器可以灵活发出或吸收无功功率，从而动态补偿交流母线和用户负载的无功功率，并稳定交流母线和用户侧交流电压。
(2)有利于电网设备的优化设计直流配电网只有正负两极，能节省大量的线路建设费用。
直流配电网的关键技术
直流配电⽹的关键技术直流配电⽹的关键技术未来配电⽹的形态将是多个电压等级构成多层次环⽹状、交直流混联、具备统⼀规范的互联接⼝、基于复杂⽹络理论灵活⾃组⽹的架构模式。
直流配电⽹是未来能源互联⽹的基本⽀撑环节，以柔性直流技术为代表的中压配⽤电⽹也会是未来的发展趋势。
本期的主题为《直流配电⽹的关键技术》。
⽬前，直流配电⽹各项技术尚不成熟，需要进⾏更深⼊的研究。
(⼀)直流配电⽹的规划与设计1、直流配电⽹接地⽅式：⽆论是单极还是双极系统，都要对直流配电⽹VSC换流器直流侧的接地问题进⾏研究。
若直流侧不接地，接地电位将因VSC的开关频率⽽发⽣振荡，影响直流传输线上的电压。
因此，对于单极系统⽽⾔，直流侧多采⽤线路接地⽅式，⽽双极系统则采⽤分裂电容接地的⽅式。
此外，交流侧的联接变压器多数采⽤Yo/A或YdY接线⽅式，以避免构成零序回路对低压直流配电⽹影响。
2、直流配电⽹电压等级的选择：直流配电⽹电压等级是直流配电⽹研究的重要内容：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。
若考虑将交流配⽹改造为直流配⽹，直流电缆允许直流电压为交流额定线电压峰值，因此可据此对直流配电⽹的电压等级进⾏初步选择，即将现有中压交流配电⽹线电压的峰值选择为直流配⽹的额定电压。
在直流配⽹低压侧，过⼤的直流电压不利于负荷接⼊，且会引起较为严重的安全问题，因此需将电压中点接地成为双极系统，并利⽤线电压对⼤功率负载供电，⼩功率负载则利⽤单极对地电压供电，即每个极所接⼊的负荷并不完全平衡。
在⽬前欧洲230V交流配电⽹平台上，采⽤截⾯积分别为1.5mm2和2.5mm2的交流导线，对326V、230V、120V、48V四种直流电压进⾏了研究。
研究结果表明，当直流电压降低时，压降、电流和损耗快速增⾼，当直流电压下降⾄48V时，直流电流和直流压降均超出允许值。
当前，直流配⽹电压等级的选择⽅法尚未有定论，还需进⼀步的探索研究。
3、直流配电⽹储能设备的优化布点及其容量配置：在直流配⽹中配置蓄电池、超级电容等储能设备，可以达到提升⽹络运⾏稳定性，抑制直流电压闪变以及提⾼故障穿越能⼒的⽬的。
低电压直流配电网规划与优化设计
低电压直流配电网规划与优化设计随着能源消耗的不断增加和环境污染的加剧，传统的交流配电网面临着严峻的挑战。
而低电压直流配电网作为一种新型的配电方式，具有能源效率高、稳定性好、安全性高等优势，逐渐成为未来配电网的发展方向。
低电压直流配电网规划是实现高效能源分配和管理的关键一步。
首先，规划设计需要考虑到电网的整体布局，并将传统交流配电网转换为直流配电网的需要。
其次，需要进行负载预测和电力需求评估，以确定适当的变电站和输电线路的布置。
同时，还要考虑到电源接入的可行性和可靠性，确保供电的稳定性和安全性。
在优化设计方面，需要综合考虑传输损耗、电压稳定性、电流负载均衡等因素。
针对传输损耗，可以通过优化线路布局、选择合适的线径和杆塔间隔等措施来降低损耗。
对于电压稳定性，可以采用直流-直流变换器和电容器等装置来提高稳定性。
而电流负载均衡可以通过合理划分负载区域、布置合适的配电设备等方式来实现。
另外，低电压直流配电网的设计还需考虑到可再生能源的接入。
随着太阳能和风能等可再生能源的普及，其接入对电网的影响不容忽视。
因此，在规划和设计阶段，要充分考虑可再生能源的接入情况，合理配置逆变器和储能装置等设备，以实现能源的高效利用。
此外，智能化技术在低电压直流配电网中的应用也是优化设计的一大重点。
智能化技术可以通过实时监测和调度，实现对电网的智能管理，提高配电效率和可靠性。
例如，引入智能电表和智能监控系统，可以实时监测电网的运行状态，并进行故障诊断和隔离，提高供电的可靠性和安全性。
综上所述，低电压直流配电网规划与优化设计是实现能源高效分配和管理的重要环节。
在规划设计阶段，需要考虑电网整体布局和变电站输电线路的合理布置；在优化设计阶段，需要综合考虑传输损耗、电压稳定性和电流负载均衡等因素。
同时，还需充分考虑可再生能源的接入和智能化技术的应用，以实现低电压直流配电网的高效运行。
通过科学规划和优化设计，将为未来能源分配与管理带来更高的效率和可靠性。
交流配电网与直流配电网的经济性比较分析
交流配电网与直流配电网的经济性比较分析摘要：电力系统中电源的有效输出率一直是电力企业在发展过程中最为关注的问题。
过高的传输造价，将对电力系统产生一定的负面影响，更会影响到用户的正常使用。
为此，出于电力企业自身发展的需要以及用户实际需求，必须采用更加有效的配电方式，使得电网经济性更强。
本文就主要针对目前主要的两种配电方式进行比较，旨在对两种传输方式的经济性加以评估，使得配电系统更加具有经济性。
关键词：直流配电网；交流配电网；经济性结合国内近几年的发展形势来看，过于注重城市规划，而在配电网建设方面不够重视，导致当前配电网结合的实际负荷无法与城市发展的需求相适应。
用电负荷逐渐密集，配电网面临着巨大的压力，同时在高新产业迅速发展的情况下，对于电力的需求量更是呈现出直线上升的趋势。
可见，要充分满足城市发展对于电力的需求，关键点在于对配电网结构进行有效的调整与完善。
从国外的研究材料可以发现，与交流配电网相比，直流配电网在可控性、输电质量以及容量等层面均存在着极大的优势。
直流配电网通过提供供电容量以及增加电能质量的方式，实现对有功与无功功率的有效控制，将电力电子变流器的使用频率有效降低，达到控制运行成本以及减小输电损失量的作用，从根本上解决了当前配电网中分布式电源与电网间的矛盾，将分布式能源的综合价值全面彰显出来，可充分满足城市各个行业发展对于电力的需求。
1 交流配电网与直流配电网在传输容量以及负载方面的差异1.1 拓扑从拓扑的层面上分析就可以发现，直流配电网与交流配电网存在着极大的差异。
直流配电网主要由交流输电网以及换流站构成，其设备主要包括直流断路器、直流变压器、直流电缆以及换流站等，而交流配电网则涉及到交流电缆、交流断路器、变电站、交流变压器以及整流器等。
1.2 两种配电网在负载上的特点根据两类配电网的实际情况，负载大致存在于以下几方面：（1）针对部分电能质量需求极高的工业。
在运行中，主要借助变频技术，24h持续供电电源，达到增加电能质量以及用电效率的作用。
直流配电网的电压协调控制策略
直流配电网的电压协调控制策略摘要：随着经济高速增长，对电力可靠性和质量的需求不断增加，传统配电网面临诸多挑战。
直流配电装置与传统配电装置相比，在配电、传输容量、电能质量和可靠性方面具有显着优势。
为保证不同条件下电压稳定，引入了直流电压协调策略，优化了直流电压偏差和下降控制。
关键词：直流配电网；协调控制直流配电系统的控制由于直流电网的惯性小和弱阻尼而比交流系统的控制困难，尽管直流电压的应用前景广阔。
功率平衡是电压系统中的唯一指标。
因此，控制直流电压对直流电网的运行和稳定性很重要。
一、直流配电网系统组成协调控制策略1.系统组成。
（1）和并网换流站。
直流配电网通过多层模块电平换流器(MMC)连接到交流主网。
系统正常运行时，主换流站调节直流电压，当主换流站停止运行或由于主网故障而失去调压能力时，电压仍由换流站控制，以保持系统稳定性。
（2）分布式电源。
直流配电网的分布式电源主要有两种:直流和交流电源。
正常运行过程中，连接端口电压和电流调节确保光伏系统采用最佳伏安特性曲线，开环桨距角通过控制，直驱动风机采用最佳风曲线工作，确保光伏阵列和直驱风机均遵循最大功率点(MPPT)模式，提高新能源利用率；作为规划系统时应考虑的问题，不要增加分布式电源的整体渗透率。
否则，会影响系统的操作安全性。
（3）储能设备。
直流母线通过双向直流电源变压器连接。
本文包含转换器buck/boost。
当电池使用电池放电且处于boost模式时，将提供直流母线。
变频器在给电池充电、在buck模式下加载直流母线时工作，并存储多个电源。
(4)负荷单位。
对于直流变换器或直流配电网，直流变换器可通过传输控制确保负载侧直流电压的稳定性。
当系统缺少有效输入且需要减载时，负荷切除的顺序由负荷优先级决定。
2.确定参考值稳态运行。
整个网络的状态变量，包括每个节点的直流电源和输入功率，取决于直流电源拓扑和直流电源的有效参考值。
为确保在特定工作状态下的功耗不受限制，应使用波动计算制定适当的计划。
交流配电网与直流配电网的经济性比较
交流配电网与直流配电网的经济性比较摘要：在电力系统进行供电的过程中，其需要重点考虑的问题是，该系统的电源输出方面的效率问题。
倘若该系统的内部，需要的传输消耗高于运作成本，造成企业成本的大量消耗，将会对整体电力系统造成不良影响，也会对用电使用者的正常使用造成困扰。
面对这样的情况，就需要对电力系统中的电流传输方式进行探讨与比较。
在一般情况下分为两种，即直流配电网与交流配电网。
与此同时，该系统本身是一个比较庞大的系统，为了考虑到整个电力系统可以正常运行与经济效益问题，就必须要对其输电的形式进行研究与分析。
本文针对该问题，对直流与交流配电网的相关经济性方面的问题进行重点分析。
然后，根据对这两种传输方式分析结果，对其所适用的条件与范围进行研究与总结。
关键词：交流配电网；直流配电网；经济性；比较引言:针对这两种输电的方式进行经济性方面的比较，主要是指不同地区的电力系统在根据当地情况，以及内部系统所采取的直流与交流配电网的传输方式，以及在电力系统中所需要的经济方面的消耗做有效的数值计算，从而确保电力系统在正常运作过程中，使经济方面的消耗可以保持在平衡的状态。
而对其进行经济方面的比较，最根本的目的在于为了确保整个电力系统在正常的配电过程中，其传输的成本可以有效的控制，使整个系统可以正常运行与使用。
1进行经济性研究比较的意义对这两种电流的传输方式进行对比和研究，主要是为了确保相关的电力系统可以正常的运作。
倘若在该系统进行运作的过程中，其内部的电流传输出现故障时，电力系统可以按照这两种方式的研究对比结果进行有效地传输电力方式转化，这可以在很大程度上，确保该系统在供电时的效率与质量。
还可以保障电力系统获得一定的经济效益。
除此之外，在对直流与交流配电网的相关经济性研究时，会由于多种电力负荷的变化导致这两种输电方式，产生经济方面的差异，从而使电力系统的内部情况出现电流数值方面的改变。
在这种情况下，对直流与交流配电网进行经济性的研究与比较，就可以帮助相关企业或者国家进行筛选，选择更为恰当的输电方式。
直流配电网研究现状与发展
直流配电网研究现状与发展随着能源互联网和智能电网技术的快速发展，直流配电网的研究和应用逐渐成为电力行业的热点话题。
直流配电网具有高效、可靠、安全、环保等多方面的优势，对于提高能源利用效率、促进可再生能源利用和实现低碳发展具有重要意义。
本文将详细探讨直流配电网的研究现状与发展趋势。
直流配电网是指以直流电形式将发电端、输电端和用电端连接起来的电网系统。
相较于传统的交流配电网，直流配电网具有以下技术特点：(1)能源利用效率高：直流配电网采用直流电传输，避免了交流电传输过程中的能量损耗，提高了能源利用效率。
(2)供电可靠性高：直流配电网采用分布式能源系统，多个电源点相互备用，提高了供电的可靠性。
(3)兼容性强：直流配电网可以适应各种不同类型能源的接入，如太阳能、风能、储能等，有利于可再生能源的利用。
(4)环保性能好：直流配电网采用低碳、清洁的能源，对环境的影响较小。
目前，国内外学者针对直流配电网开展了广泛的研究。
在理论研究方面，主要集中在直流配电网的拓扑结构、运行控制策略、保护技术等方面。
在应用研究方面，主要集中在新能源接入、智能楼宇、港口电力供应等领域。
一些示范工程也相继建成，为直流配电网的推广应用提供了实践基础。
(1)新能源接入：直流配电网可以适应新能源的接入，提高新能源的消纳能力，促进能源结构的优化。
(2)智能楼宇：直流配电网在智能楼宇中具有广泛的应用前景，可以有效提高楼宇的能源利用效率和供电可靠性。
(3)港口电力供应：港口中的设备和设施需要大量的电力支持，直流配电网可以提供更加稳定、可靠的电力供应。
(4)工业园区：工业园区内的企业需要大量的电力和蒸汽等能源，直流配电网可以提供更加高效、可靠的能源供应。
尽管直流配电网具有诸多优势，但也存在一些挑战，如设备成本高、技术要求复杂等。
针对这些挑战，可以采取以下解决方案：(1)优化直流配电网的拓扑结构，降低设备成本和损耗。
(2)研发更加高效、可靠的电力电子设备，提高系统的稳定性和可靠性。
直流配电网电压控制技术综述
第40卷第2期592021 年 3 月电力工程技*Electric Power Engineering Technology DOI ：10T2158//2096E203T021T2T09直流配电网电压控制技术综述吴在军1,谢兴峰1,杨景刚1>2,司鑫尧2,杨媛平1,曹骁勇1(1.东南大学电气工程学院，江苏南京210096；2.国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，江苏南京211103)摘要：随着分布式可再生能源的快速发展以及电动汽车、数据中心等大量直流负荷的普及，交流配电网的运行和管理受到了挑战。
直流配电系统潮流灵活可控,可闭环运行,供电方式多样，具有更广阔的应用前景。
但是，相比交流系统的控制，直流配电系统的控制更加复杂。
直流电压作为衡量直流配电网有功功率平衡的唯一指标，其稳 定控制对直流配电网的可靠运行至关重要。
文中首先列举了直流配电网的典型拓扑结构和直流电压等级序列；然 后，总结了直流配电网中关键设备电力电子变流器的控制技术;接着，梳理了直流配电网的传统电压控制策略，并对目前一些改进的直流电网电压控制策略进行了深入分析和总结。
最后，指出了直流配电网电压控制需要重点关注和解决的问题，可为未来直流配电网直流电压控制的进一步研究提供思路和借鉴。
关键词:直流配电网；换流站控制；电力电子变压器控制；直流电压控制；控保一体化中图分类号:TM761 文献标志码：A 文章编号：2096-3203( 2021) 02-0059-090引言随着分布式可再生能源发电渗透率的提高和电动汽车充电站的普及，以及包含风、光、储的微电网的快速发展，交流配电网的运行和管理受到了挑战。
相比于交流配电网，直流配电系统可以实现闭 环运行，具有多种供电方式，潮流灵活可控,更有利 于整合和消纳如风力发电和太阳能发电等可再生 能源［1'3］%在向数据中心、商业中心、工业系统、电动汽车、高铁等直流负荷供电时，直流配电可省去 一级交流变直流的环节,提高供电效率［4'5］ %新型的碳化硅等电力电子器件具有更低的开关损耗和通态损耗，未来其在变流器中的应用可使得直流换 流站相比于同等容量的传统交流变压器具有更高 的效率&6(%另外，直流微电网和高压直流输电系统的快速发展也促使研究人员思考如何将两者互连, 而直流配电系统是很好的解决方法［7'8］ %美国弗吉尼亚理工CPES 中心最初提出了交直 流混合配电系统的构想［7］;美国北卡罗来纳大学提出了多端口能量路由器，可用于构建灵活的直流配 电系统［9］。
直流配电网研究现状与发展
直流配电网研究现状与发展一、本文概述随着可再生能源的快速发展和分布式电源的大规模接入，直流配电网以其高效、灵活、经济等优势逐渐受到广泛关注。
本文旨在全面梳理直流配电网的研究现状，深入剖析其关键技术和挑战，并展望其未来的发展趋势。
文章首先介绍直流配电网的基本概念、特点及其在全球能源转型中的重要作用，然后重点分析直流配电网的关键技术，包括直流配电系统架构、直流断路器、直流负荷、直流电源接入等。
接着，文章将探讨直流配电网的运行控制策略，包括保护控制、优化调度、稳定性分析等方面。
文章还将关注直流配电网在规划、设计、建设及运行维护中面临的挑战和解决方案。
文章将展望直流配电网的未来发展前景，为相关领域的研究和实践提供参考和借鉴。
二、直流配电网研究现状随着可再生能源的快速发展和电力电子技术的不断进步，直流配电网作为一种新型的配电方式，近年来受到了广泛的关注和研究。
直流配电网具有结构简单、效率高、电能质量优、易于实现智能化等优点，因此在未来的电力系统中具有重要的应用前景。
拓扑结构研究：直流配电网的拓扑结构是影响其运行性能的关键因素之一。
目前，研究者们提出了多种拓扑结构，如辐射状、环状、网状等，并针对不同的应用场景进行了对比分析。
同时，随着柔性直流输电技术的发展，基于柔性直流输电的直流配电网拓扑结构也成为了研究的热点。
控制策略研究：直流配电网的控制策略对于其稳定运行和电能质量控制至关重要。
目前，研究者们提出了多种控制策略，如电压控制、电流控制、功率控制等，并针对不同的控制目标进行了优化和改进。
同时，随着人工智能技术的发展，基于人工智能的控制策略也成为了研究的热点。
保护技术研究：直流配电网的保护技术是其安全运行的保障。
由于直流配电网的故障特征与交流配电网存在较大的差异，因此需要开发适合直流配电网的保护技术。
目前，研究者们提出了多种保护方案，如基于边界检测的保护、基于行波检测的保护等，并进行了实验验证和性能评估。
设备研发与应用：直流配电网的设备研发与应用是推动其发展的关键。
直流配电网络形态分析
直流配电网络形态分析直流配电网络可以从直流输电系统、太阳能光伏发电系统、储能电池系统等多个直流电源中获取电能，然后通过直流回路将电能传输到直流负载端。
相比较而言，交流配电网络需要通过交流-直流-交流的转换过程，存在能量转换的损耗。
首先，网络拓扑结构是直流配电网络形态分析的重要组成部分。
直流配电网络的拓扑结构可以是单级、多级或混合型的。
单级结构只包含一级配电单元和直流逆变器，适用于小规模和简单的配电系统。
多级结构拥有多个电压等级，其中每个电压等级都有相应的直流-直流变换器，可以降低输电损耗。
混合型结构则是单级和多级结构的混合体，可以根据实际需要来设计。
其次，调度策略是直流配电网络形态分析的另一个重要方面。
调度策略主要包括电流限制、电压控制和频率控制等。
电流限制是为了保护网络中的设备免受过载的影响，可以通过合理规划线路容量和负载均衡来实现。
电压控制是保证负载端电压稳定的手段，可以通过设置适当的直流-直流变压器来实现。
频率控制则是为了保证网络的稳定运行，可以通过控制直流发电机的转速来实现。
最后，保护方案是直流配电网络形态分析的重要环节。
由于直流配电网络中存在高电压和大电流的情况，对于故障的快速检测和隔离非常重要。
常用的保护方案包括差动保护、过电流保护和电压保护等。
差动保护可以检测网络上的电流差异，当差异超过设定值时，自动切断故障线路。
过电流保护可以检测网络上的过电流情况，当电流超过设定值时，自动切断故障线路。
电压保护可以检测网络上的电压异常，当电压超过设定值时，自动切断故障线路。
综上所述，直流配电网络的形态分析是为了确定最佳的拓扑结构、调度策略和保护方案，以提高能源效率、减少能源损耗和提高系统可靠性。
随着直流配电网络的不断发展和应用，形态分析将成为其优化设计和运行的重要手段，对于推动清洁能源转型和建设智能城市具有重要意义。
探析直流配电网运行控制关键技术
探析直流配电网运行控制关键技术摘要：配电网设计人员急需对配电网技术做出有效创新，使配电网在新型源荷接入数量不断增多的情况下保持供电效率及稳定性。
相比于传统纯交流配电网而言，直流混合配电网在供电水平、控制能力、供电质量上具有显著优势，对于提高供电效率、节约电力公司运营成本、适应新型源荷接入等方面具有至关重要意义。
本文从配电网网架结构技术、配电网规划技术、配电网优化技术以及配电网故障维修技术这几个角度对直流混合配电网关键技术进行探索，希望对相关单位起到参考作用。
关键词：直流配电网；运行控制；关键技术引言随着经济快速发展，人们对于供电质量与效率的要求不断增加，导致配电网负荷愈加密集；另一方面，新型源荷的不断接入，一定程度上会对配电网工作时的稳定性造成影响，给配电网的安全程度与电力企业经济带来了不小冲击。
然而传统交流配电网供电能力有限，难以适应配电网发展的新要求。
随着越来越多的分布式新能源和新型电力设备等新型负荷接入，这种不匹配问题会更加严重，电力企业迫切需要创新技术以提高自身灵活性，在各类严峻的挑战中稳步发展[1]。
1面向新型源荷接入的直流混合配电网的研究意义在传统的配电网中，只有交流配电网，上述直流源荷都需要通过交流/直流变流器变化后接入与之电压等级相对应的交流配电网中。
假如可以将上述直流源荷直接接入对应等级的直流配电网中，不仅可以省略使用变流器这一步骤，减小电力与经济损耗，还可以有效保证配电网的供电质量与供电稳定性[2]。
因此，诞生了直流配电网技术。
直流混合配电网能够同时使交流、直流供电兼容，不仅能够降低电力系统的复杂程度，实现功率互补，还可以进行交直互相支撑，有效增加配电网的安全与稳定，其也是未来配电网的发展趋势。
此外，该类型的混合配电网中不存在直流部分与交流部分不同步等问题，可以有效避免来自交流侧的干扰和故障。
交流直流混合配电网及时地使用可实现对电力输送功率的有效控制，不仅可以在稳态运行情况下保障直流电的高效对接，并可以在非稳态状态下实现快速的跨区功率转换。
直流配电网故障分析和继电保护策略分析
识别和隔离直流配电网故障的时候，需要充分的考虑直流配电系统特点和业务需求，摆脱交流电系统的继电保护体系来研究直流电继电保护。对直流配电网进行继电保护和隔离故障，就要有机结合这两者之间的共同点，适用不同点，对实际的电力工程中隔离故障工作提出符合实际，具有新理念的继电保护原理。继电保护要和直流配电网的应用场景想结合，如果技术条件能够允许，那么就要在追求成本控制的同时加快发展速度。继电保护还需要结合测量系统，在进行继电保护工作时，要综合考虑系统动态特性以及测量产生的误差，避免因为不确定因素导致工作开展出现阻碍。
参考文献：
不能简单的将保护直流配电网和研究控制分隔开来，因为受控性的电力电子器件大多数的都存在于直流配电网中，那么直流配电网故障特征已经开始从很早之前的物理特性向着控制特性转变，电力工程研究工作人员在探究如何保护直流配电网的过程中，就需要充分的结合控制方式特点，从而能够保证控制保护“一体化”推动整个配电网系统进步。
若是直流配电网系统利用其中一极进行接地，那么另一极的接地故障相当于极间短路，那么接地的这一极出现接地故障时不会对系统正常运行造成影响的，这时的换流变压器接地方式更是不会影响其故障特性。若是直流系统和换流变压器都没有接地，那么单极故障电流就只能借助于线路的杂散电容构成一条通路，故障电流不大。可是在电力系统在正常运行的时候，是难以知晓直流线路正极与负极电压的，并且不能恢复因故障而造成的不平衡电压。电网系统中换流变压器阀侧中性点接地的时候，若出现直流接地故障就会使得变压器接地点和故障接地点利用直流配电网换流器构成放电回路，这时候就会将故障特性和故障电阻之间形成必要的关系，清楚故障之后，直流线路的正极和负极电压都可以恢复到直流配电网的正常水平。
直流配电网
2013/6/26
柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
1 基于VSC的柔性直流输电技术
由于较传统的高压直流输电具有明显的技术 优势，基于VSC的柔性直流输电技术不仅应用于 常规的输电工程，而且已经研究使用在一些新的 应用场合，主要有： • 海上风电场互联的中压直流电网(medium voltage DC collector grids for off-shore wind farms) • 直流微网( DC microgrids) • 城市直流配电网( DC power distribution grids)
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hfliang@
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柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
2 直流配电网应用前景及优势
保证电能质量 由于柔性直流输电的技术优势，即逆变器可 以瞬时控制交流侧输出的电压幅值、相角，传输 的有功、无功功率可以快速、独立的控制。因此， 通过控制交流侧输出的电压和频率，电能质量可 以得到有效的保证。在直流配电系统中，电源侧 或用户侧发生的故障或扰动并不会影响到另一侧， 因此更好的解决了电能质量问题。
2013/6/26 hfliang@ 24
柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
3 直流配电网的网架结构
直流配电网拓扑结构主要包含电力电子 换流器和连接它们的直流线路。由于现有的 配电系统由交流系统组成，因此直-交流混 合系统成为直流配电技术应用的第一步。一 个典型的直-交流配电网络如图所示：
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hfliang@
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柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
1 基于VSC的柔性直流输电技术
1990年，McGill大学的BoonTeCk Ooi提出使用 PWM(Pulse Width Modulation)控制电压源型换流 器(Voltage Source Converter, VSC)进行直流输电， 即后来发展形成的柔性直流输电技术。柔性直流 输电技术是一种以电压源换流器、可控关断装置 和脉宽调制(PWM)技术为基础的新型的直流输电 技术。
直流配电网运行控制关键技术研究综述
直流配电网运行控制关键技术研究综述现阶段，随着社会的发展，我国的直流配电工程的发展也突飞猛进。
分布式电源由于具有距离负荷近、输电损失小、换流环节少、损耗低以及便于可再生能源应用等特点，受到越来越多的关注。
随着社会经济水平地提高，电力系统中出现了大量的直流负荷，利用直流配电网可以省略交流电网的AC-DC环节，使能耗得到降低。
与交流配电网相比，直流配电网络本身具有线路成本低、传输损耗低、电源可靠性高、节能环保等优势。
因此，建设和发展直流配电网在分布式能源接入、环保等方面具有重大意义。
标签：直流配电网;运行控制;关键技术研究综述引言以柔性直流为基础的配电网柔性互联与交直流混合配电网结构将给传统的配电系统运行方式带来巨大变革和挑战。
介绍一个含大规模新能源接入、集中式储能和负荷，以及融合交、直流微电网的典型多端直流配电网系统，并阐述了基本的分层运行控制框架;然后针对底层稳定控制，分析了直流配电网电压基本控制策略;接着从直流配电网电压波动抑制、直流配电网稳定与阻尼控制，以及直流配电网多运行模式切换控制3个方面综述了提升直流配电网稳定性的关键控制技术。
1直流配电网分层运行控制框架本文提出就地控制层、协调控制层以及能量优化3层控制体系。
就地控制器属于装置级控制层，直流配电网内各装置或子系统仅通过实时就地量测的电气量信息进行快速稳定控制;协调控制层以及优化控制尽管时间尺度不同，但均会涉及到多装置间或多子系统间，甚至系统全局的运行、控制状态等数据的交互和通信，本文将其统一归纳为系统级控制，主要目的是对直流配电网进行协调控制及实现全局优化运行。
需要指出的是，针对不同拓扑结构的直流配电网，根据系统运行方式和控制目标的不同，应选择合理的就地控制器算法和系统级协调优化控制策略。
在就地控制层，关键控制目标之一便是直流电压稳定控制，拓扑结构和运行方式对直流电压控制方式的影响较大;对于系统级控制来说，简单直流配电网可以采用集中优化控制，而对于复杂直流配电网，为保证多尺度协调控制的高可靠性、灵活性，分布式协同优化不失为一种可行方案。
直流配电网直流侧电网结构示意图
附 录 A 直流配电网直流侧电网结构示意图单端单路辐射状直流微电网直流侧电网结构见图A.1，单端环式直流微电网直流侧电网结构见图A.2，双端式直流微电网直流侧电网结构见图A.3，多端式树枝状直流微电网直流侧电网结构见图A.4，多端环式直流微电网直流侧电网结构见图A.5。
图A.1 单端单路辐射状拓扑示意图图A.2 单端环状拓扑示意图图A.3 双端拓扑示意图图A.4 多端树枝状拓扑示意图电源端直流母线电源端直流母线（π接）（T 接）电源端直流母线电源端直流母线电源端直流母线电源端直流母线图A.5 多端环状拓扑示意图注1：电源端直流母线位于电源侧，上级电网/电源通过对应接口装置与其连接，所连上级电网/电源既可以是交流也可以是直流，或两种形式并存；注2：图中单纯直流负荷用单向背向母线的箭头表示，含分布式电源及储能供电区域的负荷用双向箭头表示，该表示方式表现了2种不同类型的等效负荷；注3：图中包含了T接与π接两种接线方式，实际工程中可根据需要进行选择；注4：图中一路直流线路指同一送电走廊的两极或三极直流导线，当直流系统采用单极（或对称单极）的接线型式时每路直流线路具有两极直流导线，当直流系统采用双极的接线型式时每路直流线路具有三极直流导线；注5：注1-注4的说明均适用于本标准其他拓扑示意图。
a）单极结构：直流配电网中仅有一个直流母线电压等级。
其结构形式如图1所示：图A.6 单极结构形式示意图b）双极结构：直流配电网采取双极供电的方式，直流母线分正负两条。
交流电网变流器图A.7 双极结构形式示意图c）伪双极：母线与双极结构相似，直流回路中点通过电容器或其他方式接地，一极故障另一极不能单独运行。
图A.8 伪双极结构形式示意图。
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hfliang@
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柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
1 基于VSC的柔性直流输电技术
VSC采用PWM技术，开关频率相对较高，经过 低通滤波后就可得到所需交流电压，从而简化 了换流站的结构，并使所需滤波装置的容量也 大大减小。目前，柔性直流输电技术不仅在高 压输电领域达到±300kV，1GW的输电能力，而 且应用在诸如几十MW的小容量工程中同样经济 同时，换流站的占地面积仅为同容量下传统直 流输电的20％左右。
2013/6/26
hfliang@
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柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
2 直流配电网应用前景及优势
保证电能质量 由于柔性直流输电的技术优势，即逆变器可 以瞬时控制交流侧输出的电压幅值、相角，传输 的有功、无功功率可以快速、独立的控制。因此， 通过控制交流侧输出的电压和频率，电能质量可 以得到有效的保证。在直流配电系统中，电源侧 或用户侧发生的故障或扰动并不会影响到另一侧， 因此更好的解决了电能质量问题。
基于VSC的直流配电网研究
梁海峰 教一楼305室 hfliang@
2013/6/26
柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
直流配电网研究综述
直流配电网技术基础——基于VSC的柔
性直流输电技术
直流配电网应用前景及优势
直流配电网网架结构
直流配电网未来研究课题
hfliang@ 2
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hfliang@
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柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
1 基于VSC的柔性直流输电技术
因此，传统的直流输电技术不能向弱交流系 统或无源网络供电，只有应用于远距离、大容量 输电才能发挥其经济上的优势等。
随着电力电子技术的发展，新的全控型器件 问世，从而促进了直流输电技术的发展，基于 VSC的柔性直流输电技术应运而生。
2013/6/26 hfliang@ 18
柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
2 直流配电网应用前景及优势
保证电能质量 随着供电可靠性和电能质量越来越受到用户 和电网的重视，电能质量成为评价配电系统最重 要的指标之一。近几十年间，FACTS被广泛应用 到现有的高压、中压交流电网中以改善电能质量。 然而电能质量问题可以在直流配电网中得以更好 的解决。
2013/6/26 hfliang@ 21
柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
2 直流配电网应用前景及优势
提高系统可靠性 此外，由于我国沿海负荷中心城市越来越依 赖远距离大容量输电，使得系统短路容量偏大， 威胁到系统的安全运行。采用柔性直流输电技术， 通过快速控制，几乎不增加配电网的短路容量， 这一点尤其适应于我国的特大型城市。
2013/6/26
hfliang@
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柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
1 基于VSC的柔性直流输电技术
传统的高压直流输电技术(HVDC)已经存在超 过了五十年。自1954年第一个商业化高压直流输 电(HVDC)工程投入运行以来，HVDC在远距离大 功率输电、海底电缆送电、不同额定频率或相同 额定频率交流系统之间的非同步联接等场合得到 了广泛应用。然而，由于常规HVDC采用的相控换 流器 (Phase Commutated Converter，PCC)需要由线 路提供换相电压，所以也存在一些明显的局限。
2013/6/26 hfliang@ 20
柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
2 直流配电网应用前景及优势
提高系统可靠性 由于系统传输的有功、无功功率几乎可以进 行瞬时控制，从而使系统运行灵活性大大增强。 • 当直流线路没有功率运行时，逆变侧换流器可 作为下级交流系统的STATCOM运行 • 通过无功功率控制，电压稳定性可以大幅提高 • 由于系统的快速响应，暂态稳定性得到了改善 • 系统振荡可以通过快速注入有功、无功缓解 • 抑制系统次同步谐振
2013/6/26
hfliang@
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柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
2 直流配电网应用前景及优势
适应未来电网的负荷发展需求 随着电子信息技术的发展，电子产品如电脑、 手机将成为未来负荷中重要的组成部分。而这些 电子产品属于直流负荷，因此，直流配电网将变 得更加经济。 随着家用新能源的发展，未来房屋将可能通 过光伏、燃料电池系统实现自给自足。直流配电 网更负荷未来电网发展的趋势。
2013/6/26
柔ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ直流输电(VSC-HVDC)技术
1 基于VSC的柔性直流输电技术
目前，直流输电技术主要分为：
常规HVDC——采用线换相电流源换流器 （Line-Commutated CSC） 柔性直流输电——基于可自换相电压源换 流器的直流输电 (Self-Commutated VSC)
2013/6/26
hfliang@
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柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
2 直流配电网应用前景及优势
适于分布式电源、微网、储能系统、电动汽车 的广泛接入 然而，这些系统的正常运行离不开电力电子 变换装置的控制。与传统的交流网络相比，在直 流配电系统中，新能源电源发出的电能可以直接 供给负载或储存在储能系统中，提高了系统的运 行效率。
2013/6/26 hfliang@ 12
柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
2 直流配电网应用前景及优势
基于VSC的柔性直流输电技术在未来城市电 网的应用前景和优势主要有： • 提高新能源电源的接入效率 • 适于分布式电源、微网、储能系统、电动汽车 的广泛接入 • 保证电能质量 • 提高系统可靠性 • 适应未来电网的负荷发展需求 • 输电走廊、城市景观等电网建设的需要
2013/6/26 hfliang@ 11
柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
2 直流配电网应用前景及优势
在配电领域，现有的10/0.4 kV 三相交流系统 正面临着越来越大的挑战。现有城市电网存在的 网架结构薄弱、短路电流偏大、动态无功不足等 问题迫切需要采用更加灵活、经济、环保的输电 方式来解决。同时，由于新能源技术的不断发展， 未来分布式电源、微网的广泛接入将导致电网电 源的高度分散化。因此，基于VSC的直流配电网 在未来城市电网中有相当大的应用潜力。
2013/6/26 hfliang@ 24
柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
3 直流配电网的网架结构
直流配电网拓扑结构主要包含电力电子 换流器和连接它们的直流线路。由于现有的 配电系统由交流系统组成，因此直-交流混 合系统成为直流配电技术应用的第一步。一 个典型的直-交流配电网络如图所示：
2013/6/26
hfliang@
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柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
1 基于VSC的柔性直流输电技术
VSC能够通过控制自关断，可以工作在无源逆 变方式，所以不需要外加的换相电压，受端系 统可以是弱交流系统或是无源网络，使利用直 流线路为远距离的孤立负荷送电成为可能。 正常运行时，VSC可以同时且独立地控制有功 功率和无功功率，控制灵活方便。
2013/6/26
hfliang@
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柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
2013/6/26 hfliang@ 13
柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
2 直流配电网应用前景及优势
提高新能源电源的接入效率 随着环境污染的加剧，学者们不断研究可再 生清洁能源替代传统的化石能源。在常用的可再 生清洁能源中，光伏发电、燃料电池本身属于直 流电源；风力发电也通常使用含有直流部分的电 力电子变换装置以实现系统性能的优化。
hfliang@ 10
2013/6/26
柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
1 基于VSC的柔性直流输电技术
由于较传统的高压直流输电具有明显的技术 优势，基于VSC的柔性直流输电技术不仅应用于 常规的输电工程，而且已经研究使用在一些新的 应用场合，主要有： • 海上风电场互联的中压直流电网(medium voltage DC collector grids for off-shore wind farms) • 直流微网( DC microgrids) • 城市直流配电网( DC power distribution grids)
2013/6/26
hfliang@
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柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
1 基于VSC的柔性直流输电技术
1990年，McGill大学的BoonTeCk Ooi提出使用 PWM(Pulse Width Modulation)控制电压源型换流 器(Voltage Source Converter, VSC)进行直流输电， 即后来发展形成的柔性直流输电技术。柔性直流 输电技术是一种以电压源换流器、可控关断装置 和脉宽调制(PWM)技术为基础的新型的直流输电 技术。
2013/6/26 hfliang@ 15
柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
2 直流配电网应用前景及优势
适于分布式电源、微网、储能系统、电动汽车 的广泛接入 随着新能源技术的发展，用户将广泛使用小 容量新能源电源以实现节能环保、自给自足的需 求。因此，未来电网电源必然会高度分散化。包 含新能源电源的分布式发电系统、微网以及储能 系统将大量广泛的接入到配电网当中。
2013/6/26 hfliang@ 23
柔性直流输电(VSC-HVDC)技术
2 直流配电网应用前景及优势
输电走廊、城市景观等电网建设的需要 直流配电网采用地埋式直流电缆，在同样的 输电走廊，直流输电的输电能力是交流输电线路 的1.5倍，而且可以利用现有可行的输电走廊进行 地下铺设，无交变电磁场、无油污染、可以在无 电磁干扰及无需额外输电走廊的情况下，完成城 市电网的增容改造，同时以地埋式电缆代替架空 线，美化了市容。