中压直流系统核心装备、稳定运行和可靠组网关键技术

需求背景

预计到2030年，我国分布式新能源将达到5亿千瓦以上，渗透率达到30%，电动汽车达到8000万辆。随着光伏等分布式新能源的高比例接入，以及电动汽车充电桩、大型数据中心等新基建负荷的不断增长，电能供给侧、消费侧的直流化特征日益明显。而直流配电系统可实现高渗透率分布式新能源的高效直接接入，同时灵活接纳电动汽车、数据中心等直流负荷，减少电能变换环节，提高供配电效率。因此，直流配电系统是实现“双碳”目标、构建以新能源为主体的新型电力系统的重要解决方案之一，需要开展“中压直流系统核心装备、稳定运行和可靠组网关键技术”研究，以实现中压直流配电系统稳定可靠安全运行以及的核心装备的紧凑化、高效化。

需解决的主要技术难题

1.在直流配电系统中，各种电能变换装备，如直流变压器、电力电子变压器、直流断路器等核心装备，相比于传统成熟的低电压小功率电能变换装置，面临容量大、端口电压比高、绝缘耐压高等挑战。

2.直流配电系统呈现多电压等级（±10kV、750V、48V等）形态，大量电力电子装置接入不同电压等级直流母线，多等级间电力电子装置的耦合作用复杂，如何保证多电压等级直流系统稳定是挑战之一。

3.直流系统线路阻抗较小，一旦发生短路故障，短路电流上速率快，会造成关变流器损坏或闭锁，另一方面短路电流会将直流母线电压拉低，影响所挂在同母线上的设备以及负荷，因此必须限制短路电流并保持直流母线电压稳定，同时实现故障自愈。

期望实现的主要技术目标

1.高功率密度和变换效率直流变压器：相比传统DAB模块的端口电压/容量扩展不小于2倍，减少所需的功率模块数量不低于50%；

2.多电压等级直流系统的稳定性评估与提升技术：基于系统级等效环路增益、子系统级阻抗比和母线节点阻抗的多维度系统稳定判据；面向负载级的功率自适应并联虚拟阻抗控制策略与面向系统级多频率失稳的母线串联虚拟阻抗控制策略，形成多层级宽频振荡抑制方案，改善系统稳定性。

3.多电压等级直流配网系统的故障快速自愈技术：研制智能阻断单元和阻尼断路器，通过高速保护判断（百微秒内），实现对冲击故障电流的快速阻断和限流控制，智能阻断单元具备可控斩波功能，减小故障恢复冲击电流，直流馈线故障后快速自愈实现实现不超过6ms。