直流电压

构网型的基本原理是控制网侧变流器输出电压的幅值/相位，使其作为自同步电压源并网，模拟同步机运行机制。电压源具备对电网内的有功、电压变化的自主响应机制，具备优异的动态性能但这也导致了在不同时间尺度上，其对直流电压维持能力和机侧能量提出了更高的要求。

回复电压法是利用固体材料在直流电压下的极化特性，获得VM曲线及其参数，研究这些参数与含水量和老化程度等的关系，对绝缘状况进行判断。 PDC法就是测量试品在阶跃电压作用下的充电（极化）电流和之后短路状态下的放电（去极化）电流。

±400kV海上风电柔性直流输电系统为江苏如东黄沙洋海域三个海上风电场的直流送出系统，该输电系统包括海上和陆上换流站及两站间连接的直流海缆，海上换流站交流侧6回220kV海缆出线，陆上换流站交流侧1回500kV出线，系统直流电压±400kV，直流电流1375A，直流出线1回，承担黄沙洋海域H6（400MW）、H8（300MW）及H10(400MW)三个风电场共1100MW总装机规模的电力输送。本技术产品自2018年开始研究，2021年正式投运，系世界上在运容量最大、电压等级最高的海上风电柔性直流输电系统，系统设计可靠性大于98.51%，系统损耗小于2%，各项性能指标处于世界领先水平，经济社会效益显著。

针对海上风电多端柔直系统岸上交流电网故障时的盈余功率问题，提出一种采用能量控制的多个海上换流站与风电机组的协调控制策略。在故障期间，部分海上换流站先启动能量控制，根据直流电压的变化抬升能量参考值，吸收直流系统中的盈余功率。剩余海上换流站对直流电压进行预测，当直流电压预测值超过限值后，剩余海上换流站启动能量控制吸收盈余功率。海上换流站在吸收盈余功率的同时对风电机组采用降压控制，根据换流站储能的增加情况降低风机侧交流电压参考值。风电机组网侧换流器根据交流电压的变化调节d轴电流参考值，减少输送到多端柔直系统的有功功率，避免多端柔直系统的直流电压越限。最后，在PSCAD/EMTDC中对不同类型的故障进行仿真，验证了所提协调控制策略的有效性。

针对逆变侧交流故障导致换相失败期间送端系统所遭受的有功冲击问题，首先，基于换相失败期间直流等值电路明确了换相失败后整流器有功波动的主导因素，并计及换相失败期间直流电压的波动特性分析了整流侧各电气量与控制量的响应机理，从而确定了整流侧各直流电气量与控制量暂态响应与送端系统传输有功极值时刻之间的关系。其次，基于换相失败期间的拉氏运算电路，推导建立了换相失败后送端系统各电气量的时域表达式，实现了整流器的暂态有功建模。通过划分时间区间对低压限流环节进行优化改进，利用直流电流时域表达式补偿直流电流指令值，提出了基于传输有功暂态极值时刻的有功支撑策略。最后，PSCAD与CIGRE-HVDC的仿真结果验证了理论分析的正确性与有功支撑策略的有效性。

柔性直流输电系统成套设计及核心装备系列国家标准，包括1《柔性直流输电系统成套设计规范》、2《柔性直流输电换流器技术规范》、3《柔性直流输电控制与保护设备技术要求》，均由南方电网科学研究有限责任公司牵头编写，为世界上首次制定，技术创新难度大，标准成果达到国际领先水平。 本项目之前，世界上尚无相关国际标准参考，南网科研院突破柔性直流输电技术领域三个重要技术方向，包括成套设计、换流器、控制保护核心技术，研究成果形成国家标准，规范了国内柔性直流输电系统成套及核心装备设计情况，为成套设计及核心装备设计、制造、试验、验收提供直接参考依据，意义重大。 项目团队依托国家863计划课题，通过多年技术攻关，完全掌握高柔性直流输电关键技术，在成套设计、换流器、控制保护等方面取得重大创新成果，形成技术标准，并率先实现工程应用，引起巨大社会反响： 1.标准1中第4、6、7部分，世界上首次提出了百千伏级高压柔性直流输电系统集成设计方法，实现了大规模新能源并网和区域电网互联的整体工程应用。 2.标准2中第5、6部分，世界上首次设计了自主化的高压大容量柔性直流输电换流阀关键装备，实现了直流电压从±160kV到±350kV、输送容量从百兆瓦到千兆瓦的跨越式突破。 3.标准3中第5部分，世界上首次提出了柔性直流输电控制与保护设备的体系化技术要求，有效支撑柔性直流输电工程控制保护系统的研发。 4.标准1中第9部分、标准2中第7部分、标准3中第6部分，世界上首次提出了覆盖柔性直流输电系统研究、装备研制、主设备试验的试验技术。 项目获得专利15项（发明专利12项）、软件著作权1项，发表论文14篇，专著1部。相关成果通过了中国电机工程学会及中国机械工业联合会的成果鉴定，鉴定委员会一致认为“多端柔性直流输电技术处于国际领先水平”、“研发的千兆瓦级柔性直流背靠背系统装备具有完全自主知识产权，达到国际领先水平”。 本系列标准已成功应用在云南电网与南网主网鲁西背靠背直流异步联网工程、乌东德电站送电广东广西特高压多端直流示范工程、三峡如东海上风电柔性直流输电示范项目中的系统成套设计、换流阀、控制保护等核心设备研制中，社会经济效益显著。 项目完成的国家标准是柔性直流输电技术成果转化为知识产权的直接体现，通过成功实施和推广应用，建成了产学研用科研团队，培养了大批专业技术人才，带动了国内高压大容量柔性直流输电换流器、控制保护等核心装备制造业的发展，提升了我国能源科技自主创新能力和国际竞争力，践行了国家创新驱动发展战略。

孤岛模式下交直流混合微电网可以通过互联变流器(interlinking converter, IC)实现交流微电网和直流微电网的功率互济。针对孤岛模式下IC采用传统下垂控制和基于比例积分(proportional-integral, PI)的电流控制方案存在惯性小、动态性能差的问题，提出了基于虚拟同步机(virtual synchronous generator, VSG)的新型控制策略。首先，在传统下垂控制的基础上，通过引入交流频率和直流电压的微分量，提出了改进的VSG控制方法，以提升系统的电压和频率稳定性。然后，在IC的电流环，提出了固定时间滑模控制(sliding mode control, SMC)方法，提高了系统的动态性能。接着，在交流微电网和直流微电网中引入了功率二次控制，实现了系统电压和频率恢复。最后，基于远宽StarSim硬件在环实时仿真平台搭建的交直流混合微电网模型，验证了所提新型控制策略可以实现交直流微电网子系统间功率互济，提升了系统的惯性和动态控制性能。

为改善PI控制下模块化多电平变换器(modular multilevel converter, MMC)的控制效果，提出了基于李雅普诺夫直接法的MMC控制策略。首先，建立MMC整流器的数学模型。其次，构造出MMC系统的李雅普诺夫能量函数。然后，在MMC数学模型和能量函数的基础上设计了控制系统。由奈奎斯特稳定判据分析了直流电压稳定性的影响因素，并在经典频域下通过伯德图对比分析了李雅普诺夫控制策略和PI控制策略的控制性能。最后，在负载阶跃、交流侧电压幅值阶跃和交流侧三相电压不平衡工况下对两种控制策略进行了仿真和半实物在环仿真研究。结果表明，李雅普诺夫控制策略较PI控制策略有着更好的控制效果，李雅普诺夫控制策略更适用于MMC此类非线性强耦合系统。