直流电流

等离子体点火技术是利用直流电流在介质一定气压的条 件下接触引弧，并在专业设计的燃烧器中心燃烧筒中形成温 度大于5000 开尔文、温度梯度极大的局部高温区，煤粉气流 通过该等离子体 “火核”受到高温作用，迅速吸热并释放出 挥发物，使煤粉颗粒破裂粉碎，迅速燃烧。从而节约锅炉启 动及低负荷稳燃所需的燃油。

±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。

高压直流(high voltage direct current，HVDC)换流器具有一定的动态无功调节能力，充分利用换流站的无功调节能力，可显著改善HVDC系统的稳定性能。文中研究了HVDC系统稳态运行时的无功功率可调节能力，分析了有功功率和无功功率相互耦合的特性，以国际大电网(conference International des grands reseaux electriques,CIGRE)的HVDC标准测试模型和贵广Ⅱ直流输电工程模型为算例，对稳态工况的直流电流可运行范围进行了解析，进而求出整流、逆变两侧的无功功率可调节能力，并将其应用在无功控制中。研究发现，CIGRE的HVDC标准测试模型对于容性的无功功率和感性的无功功率调节能力相近，而贵广Ⅱ直流输电工程模型对感性无功的调节能力远大于对容性无功的调节能力。在电磁暂态仿真程序PSCAD/EMTDC中验证了无功功率可调节能力的正确性和应用价值。

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。

特高压直流分层接入系统中，当逆变侧交流系统故障时，由于非故障层换相失败预防控制的启动时刻存在延迟，可能导致高低端换流器同时发生换相失败。为此，提出一种基于换相时间电压积分面积的高低端换流器协调控制策略。利用故障层换相失败预防控制可更快速对故障作出反应的特点，所提策略将故障层换相失败预防控制的输出量引入非故障层，使非故障层换相失败预防控制的启动时刻提前，增大非故障层换流器的关断角；同时对低压限流控制环节进行改造，减小故障过程中的直流电流。在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型对不同工况下所提策略进行验证。结果表明，该策略可显著提高非故障层换流器对故障的灵敏度，减小同时发生换相失败的风险。

直流输电输送了我国95%以上的跨区域电能，输电总容量相当于5.8个三峡工程装机容量。但目前直流输电系统缺乏有效的能效计量方法、高精度的直流计量及溯源成套设备和综合能效计量系统，因此在直流侧尚未开展电能计量，只能通过直流输电系统两端交流侧电能分析系统整体能耗，导致整个直流输电系统能耗是一个“黑匣子”，无法准确计量分析直流输电系统的能效水平。因此，亟需解决直流输电系统能效计量领域一系列技术难题，实现系统能效精准计量，推动直流输电系统进一步发展。通过产学研用协同攻关，项目取得了直流输电系统能效计量及溯源重大关键技术突破。 项目制定了国家计量检定规程JJG 1157-2018《直流电流互感器》等技术标准4项，规范了我国直流输电系统直流计量检定试验工作。项目获得发明专利授权13项，实用新型专利授权11项，软著4项，发表论文19篇，其中EI检索7篇，研制设备26套，开发系统及平台2套。中国电机工程学会鉴定认为：该成果在直流输电系统能效计量及溯源技术同类研究中，整体水平处于国际领先。

基于电网换相型变换器的高压直流输电系统(line commuted converter based high voltage direct current, LCC- HVDC)易发生换相失败，引起整流站交流母线暂态过电压。针对交流暂态过电压威胁送端系统安全运行的问题，提出LCC-HVDC送端交流暂态过电压控制方法。首先，通过分析换相失败下整流站暂态过电压特性，解析了整流站锁相偏差对触发角控制的影响，量化了整流站锁相偏差对整流站交流暂态过电压的影响。然后，基于送受端无功功率平衡关系，提出了补偿整流站不平衡无功的直流电流计算方法。接着，提出了补偿触发角动态误差的触发角指令值计算方法。在此基础上，提出了基于不平衡无功与触发角误差补偿的直流输电系统送端交流暂态过电压控制方法。最后，通过仿真算例证明所提方法对LCC-HVDC送端交流暂态过电压具有显著抑制效果。

数字化测量新技术在智能变电站以及直流换流站中得到了广泛应用，而电子式互感器作为高压直流输电系统(HVDC)关键的一次与二次连接设备，担负着整站的测量、保护与控制信号的采集与传输任务，因此为确保测量的准确性和可靠性，必须对电子式互感器各项性能进行测试评估以满足电网的安全稳定运行。 电子式互感器故障率较高，以电子式电流互感器为例，历年来国网21个直流工程中配置的电子式CT故障率约为常规电磁式CT的84倍，其中以本体故障，远端.模块故障，光接口板故障为主，并发生多起由于电子式CT故障造成保护误动闭锁直流的案例。近年来，电子式.互感器在南方电网得到广泛应用，亦发生多起由于电子式互感器采集器或合并单元异常而造成保护误动事件。电子式互感器故障已经严重影响到系统的安全稳定运行，需要引起高度重视，除工艺制造水平的加强外，需要进一步 完善检测手段。 HVDC接地极线路运行实际工况要求，其直流互感器能准确传变很小的直流电流、故障时智态大电流及额定电流，这对全量程下的宽频测量性能提出了很高要求。 针对以上问题，本课题研究搭建了大跨度量程下接地极线路用直流互感器频率及阶跃响应测试系统，提出一种稳态直流-谐波分量联合叠加的频率响应特性测试方法，完善了对直流互感器频率响应特性的评估。提出了一种基于数字-模拟仿真故障态的ECT传变测试方法，建立了电子式互感器频率混叠测试分析模型及其测试系统。采用数字仿真输出模拟现场不同故障类型的信号，有效解决了直流互感器谐波及故障态下的传变测试，项目的研究成果为接地极线路故障检测、保护、测距及运维提供了重要支撑。

课题历时4年多科研攻关，云集了国内外青海省、新疆、浙江省和四川省、广东省、及上海市的技术专家和武汉大学等著名高校的知名教授和学者，20多位高级工程师和多位享受国务院政府津贴专家、湖北省有突出贡献青年专家、国家电网公司优秀专家构成精英团队，在交直流混联电网直流电流分布理论模型、深层大地电阻率分布的勘测与反演技术、直流偏磁主动防御方法研究以及可投切式分布式接地极等方面取得了多项理论与应用创新，在国内外重要学术刊物及会议上发表了27篇高水平的学术论文（21篇EI收录），作为第一负责单位承担编制行业标准和企业标准3项，并完成了7项发明专利（授权）、2项软件著作权及2项实用新型专利授权，项目成果为我国直流输电的规划、设计、建设、运行提供有力的技术保障，为确保交流电网安全运行提供了技术支持，具有良好的社会效益和经济效益。在国家电网公司科技部的关怀下，在各省电力公司科研单位、运维单位的大力支持协作下，在湖北省电力公司的领导和支持下，在课题负责单位湖北省电力公司电力科学研究院的具体组织下，各课题参加单位武汉大学、中国电力科学研究院、青海电力科学研究院、上海电力科学研究院、新疆电力科学研究院、四川电力科学研究院、武汉新电电气技术有限公司等，在项目研究的实施过程中，均投入了大量的人力物力，提供了十分热情和大力的支持、帮助，付出了辛勤的努力，终于使本项课题研究如期完成预定任务，圆满达到了课题预期效果。

针对混合直流输电系统在其定直流电流控制器参数增大时容易发生直流电流振荡的问题，提出一种基于虚拟电阻的振荡抑制策略。该策略基于电流振荡分量和引入的虚拟电阻，产生与扰动分量反相的附加电压，实现对直流电流振荡的抑制。首先，建立混合直流输电系统的小信号模型，分析定直流电流控制器参数对系统小信号稳定性的影响。其次，提出基于虚拟电阻的振荡抑制策略，研究虚拟电阻对系统小信号稳定性的影响，并通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提控制策略的有效性。最后，分析在不同定直流电流控制参数下虚拟电阻的稳定范围。研究结果表明，所提控制策略能够有效解决直流电流振荡的问题，提高系统稳定性。