一种全直流电力系统

摘要

本发明公开了一种全直流电力系统。本发明包括至少一个全直流电力子系统，全直流电力子系统包括用于新能源或储能系统并网的第一直流电源子系统、用于新能源系统并网的第二直流电源子系统、用于新能源系统并网的第三直流电源子系统、用于新能源或储能系统并网的第四直流电源子系统、用于新能源或储能系统并网的第五直流电源子系统、高压直流输电网络和至少一个直流输电子系统。本发明将源荷储以直流网络形式互联，在源侧和储侧，可以大范围内平抑新能源发电的波动性和间歇性，最大限度降低其对电网产生的冲击；在网侧，完成大规模新能源大范围潮流调节和控制，提高电网的安全稳定性；在荷侧，可实现分布式直流电源、负荷的高效接入和灵活管理。

权利要求

1.一种全直流电力系统，包括多个全直流电力子系统，其特征在于，所述的全直流电力子系统包括用于新能源或储能系统并网的第一直流电源子系统、用于新能源系统并网的第二直流电源子系统、用于新能源系统并网的第三直流电源子系统、用于新能源或储能系统并网的第四直流电源子系统、用于新能源或储能系统并网的第五直流电源子系统、高压直流输电网络和至少一个直流输电子系统；

所述的第一直流电源子系统采用工频交流汇集‑VSC整流送出，所述的第二直流电源子系统采用工频交流汇集‑二极管整流送出，所述的第三直流电源子系统采用中频交流汇集‑二极管整流送出，所述的第四直流电源子系统采用串联升压型直流汇集‑直流送出，所述的第五直流电源子系统采用并联升压型直流汇集‑直流送出方式；

第一至第五直流电源子系统分别与高压直流输电网络的一侧连接，所述高压直流输电网络的另一侧与直流输电子系统连接；

所述的直流输电子系统包括用于特高压直流输电的第一直流输电子系统；所述第一直流输电子系统包括电网换相换流器、高压直流变压器和直流开关，第二交流电网通过电网换相换流器将交流整流成直流，然后通过高压直流变压器将电网换相换流器出口的直流电压降至高压直流输电网络的直流电压，最后经过直流开关连接至高压直流输电网络；

所述的直流输电子系统还包括用于柔性直流输电的第二直流输电子系统；所述第二直流输电子系统包括电压源换流器和直流开关，第一交流电网通过电压源换流器将交流整流成直流，然后通过直流开关连接至高压直流输电网络；

所述的直流输电子系统还包括用于直流配用电的第三直流输电子系统；所述第三直流输电子系统包括直流开关、高压直流变压器和直流配用电系统，从高压直流输电网络吸收能量，经过直流开关和高压直流变压器将高压直流降至中压直流后，连接至直流配用电系统；

通过高压直流变压器或直流线路将两个全直流电力子系统连接，实现子系统之间的潮流互济。

2.根据权利要求1所述的一种全直流电力系统，其特征在于，所述的第一直流电源子系统包括第一新能源或储能系统、光伏逆变器、交流变压器、电压源换流器和直流开关；

当第一新能源系统为光伏时，光伏电池板组串经过光伏逆变器后汇集接入交流变压器，再通过电压源换流器将交流整流成直流，经过直流开关接入高压直流输电网络；当第一新能源系统为风电时，交流风机在海上平台汇集接入交流变压器，再通过电压源换流器将交流整流成直流，经过直流开关接入高压直流输电网络。

3.根据权利要求1所述的一种全直流电力系统，其特征在于，所述的第二直流电源子系统包括第二新能源系统、光伏逆变器、工频交流变压器、二极管整流阀和直流开关；

当第二新能源系统为光伏时，光伏电池板组串经过光伏逆变器后汇集接入工频交流变压器，经工频交流变压器升压后形成高压交流母线，一方面高压交流母线直接连接至交流电网，实现光伏交流汇集‑交流送出，另一方面高压交流母线还通过二极管整流阀交流整流成直流，经过直流开关接入高压直流输电网络；

当第二新能源系统为风电时，交流风机在海上平台汇集接入工频交流变压器，经工频交流变压器升压后形成高压交流母线，一方面高压交流母线直接连接至交流电网，实现风电交流汇集‑交流送出，另一方面高压交流母线还通过二极管整流阀将交流整流成直流，经过直流开关接入高压直流输电网络。

4.根据权利要求1所述的一种全直流电力系统，其特征在于，所述的第三直流电源子系统包括第三新能源系统、光伏逆变器、中频交流变压器、二极管整流阀和直流开关；

当第三新能源系统为光伏时，光伏电池板组串经过光伏逆变器形成中频交流后汇集接入中频交流变压器，经中频交流变压器升压后形成高压中频交流母线，通过二极管整流阀将交流整流成直流，经过直流开关接入高压直流输电网络；

当第三新能源系统为风电时，交流风机在海上平台汇集接入中频交流变压器，经中频交流变压器升压后形成高压中频交流母线，通过二极管整流阀将交流整流成直流，经过直流开关接入高压直流输电网络。

5.根据权利要求1所述的一种全直流电力系统，其特征在于，所述的第四直流电源子系统包括第四新能源或储能系统、高压直流变压器、直流配用电系统和直流开关；

当直流变压器采用双向拓扑结构时，该第四直流电源子系统的潮流实现双向流通，适用于新能源和储能系统接入，反之则只适用于新能源接入；第四新能源系统采用“串联升压+高压直流变压器”的系统架构时，新能源子单元通过串联形成中压直流电压，然后通过高压直流变压器升压至高压直流，经直流开关连接至高压直流输电网络。

6.根据权利要求1所述的一种全直流电力系统，其特征在于，所述的第五直流电源子系统包括第五新能源或储能系统、中压直流变压器、高压直流变压器、直流配用电系统、直流开关；

当直流变压器采用双向拓扑结构时，该第五直流电源子系统的潮流实现双向流通，适用于新能源和储能系统接入，反之则只适用于新能源接入；第五新能源系统采用“中压直流变压器+高压直流变压器”的系统架构时，通过中压直流变压器升压至中压直流电压，多条支路在中压直流母线处并联汇集，然后通过高压直流变压器升压至高压直流，经直流开关连接至高压直流输电网络。

说明书

一种全直流电力系统

技术领域

[0001] 本发明属于直流电力系统领域，具体地说是一种全直流电力系统。

背景技术

[0002] 加强加快风光等新能源开发利用、提升电网用电效率成为必然趋势。传统交流能量挂钩频率，而传统的发电机组越来越少，电网惯量降低，大容量的电能变化容易形成频率振荡，大规模、高比例新能源接入对交流电网运行稳定带来了巨大挑战。同时，随着电动汽车充电站、大型数据中心、通信设备等直流负荷的急剧增长，以及直流风机、光伏等直流电源与储能大容量接入，新型电力系统源荷储直流特征日趋显著，若源荷储仍通过交流电网联络，既增加了转换环节和并网难度，而且会降低系统整体效率，造成电能质量和供电可靠性下降。

[0003] 国内在直流技术方面的研究如下：

[0004] 在源侧，目前新能源主要采用交流汇集‑交流送出、交流汇集‑直流送出的方式接入，但当大规模新能源采用这两种形式接入比较弱的交流电网时，对电网的承载力和稳定性带来严峻挑战。根据已投运工程的运行经验发现，新能源若采用交流汇集‑交流送出技术，受长电缆的影响，出现谐波放大甚至系统震荡的问题。新能源若采用交流汇集‑直流送出技术，易出现宽频、振荡问题，虽然目前采用开闭环转换策略规避宽频振荡，但是当交流系统故障或过载工况时，柔直转闭环控制仍存在振荡风险。

[0005] 在网侧，目前国内外已投运的直流输电工程中主要的网架结构有端对端、多端、直流电网三种结构。

[0006] 在荷侧，目前国内建设的系列直流配网工程已经实现电动汽车充电站、大型数据中心、通信设备等直流负荷的接入，未来随着直流负荷的发展，将进一步促进全直流电力系统的发展。

[0007] 在储侧，目前集中式储能主要采用交流接入的形式，在配网、微网应用场景下有直流接入的案例。

[0008] 总体来说，目前直流技术已经渗透进入源网荷储各侧，但是开发程度均处于示范探索阶段，各个工程之间的联系性和继承性较少。

发明内容

[0009] 本发明所要解决的技术问题是提供一种集源网荷储为一体的全直流电力系统，其将源荷储以直流网络形式互联，构建全直流电力系统的系统架构。

[0010] 为此，本发明采用如下的技术方案：一种全直流电力系统，包括至少一个全直流电力子系统，所述的全直流电力子系统包括用于新能源或储能系统并网的第一直流电源子系统、用于新能源系统并网的第二直流电源子系统、用于新能源系统并网的第三直流电源子系统、用于新能源或储能系统并网的第四直流电源子系统、用于新能源或储能系统并网的第五直流电源子系统、高压直流输电网络和至少一个直流输电子系统；

[0011] 所述的第一至第五直流电源子系统分别采用工频交流汇集‑VSC整流送出、工频交流汇集‑二极管整流送出、中频交流汇集‑二极管整流送出、串联升压型直流汇集‑直流送出和并联升压型直流汇集‑直流送出方式；第一至第五直流电源子系统分别与高压直流输电网络的一侧连接，所述高压直流输电网络的另一侧与直流输电子系统连接。

[0012] 进一步地，所述的直流输电子系统包括用于特高压直流输电的第一直流输电子系统；

[0013] 所述第一直流输电子系统包括电网换相换流器、高压直流变压器和直流开关，第二交流电网通过电网换相换流器将交流整流成直流，然后通过高压直流变压器将电网换相换流器出口的直流电压降至高压直流输电网络的直流电压，最后经过直流开关连接至高压直流输电网络。

[0014] 进一步地，所述的直流输电子系统还包括用于柔性直流输电的第二直流输电子系统；

[0015] 所述第二直流输电子系统包括电压源换流器和直流开关，第一交流电网通过电压源换流器将交流整流成直流，然后通过直流开关连接至高压直流输电网络。

[0016] 进一步地，所述的直流输电子系统还包括用于直流配用电的第三直流输电子系统；

[0017] 所述第三直流输电子系统包括直流开关、高压直流变压器和直流配用电系统，从高压直流输电网络吸收能量，经过直流开关和高压直流变压器将高压直流降至中压直流后，连接至直流配用电系统。

[0018] 进一步地，所述的第一直流电源子系统包括第一新能源或储能系统、光伏逆变器、交流变压器、电压源换流器和直流开关；

[0019] 当第一新能源系统为光伏时，光伏电池板组串经过光伏逆变器后汇集接入交流变压器，再通过电压源换流器将交流整流成直流，经过直流开关接入高压直流输电网络；当第一新能源系统为风电时，交流风机在海上平台汇集接入交流变压器，再通过电压源换流器将交流整流成直流，经过直流开关接入高压直流输电网络。

[0020] 进一步地，所述的第二直流电源子系统包括第二新能源系统、光伏逆变器、工频交流变压器、二极管整流阀和直流开关；

[0021] 当第二新能源系统为光伏时，光伏电池板组串经过光伏逆变器后汇集接入工频交流变压器，经工频交流变压器升压后形成高压交流母线，一方面高压交流母线直接连接至交流电网，实现光伏交流汇集‑交流送出，另一方面高压交流母线还通过二极管整流阀交流整流成直流，经过直流开关接入高压直流输电网络；

[0022] 当第二新能源系统为风电时，交流风机在海上平台汇集接入工频交流变压器，经工频交流变压器升压后形成高压交流母线，一方面高压交流母线直接连接至交流电网，实现风电交流汇集‑交流送出，另一方面高压交流母线还通过二极管整流阀将交流整流成直流，经过直流开关接入高压直流输电网络。

[0023] 进一步地，所述的第三直流电源子系统包括第三新能源系统、光伏逆变器、中频交流变压器、二极管整流阀和直流开关；

[0024] 当第三新能源系统为光伏时，光伏电池板组串经过光伏逆变器形成中频交流后汇集接入中频交流变压器，经中频交流变压器升压后形成高压中频交流母线，通过二极管整流阀将交流整流成直流，经过直流开关接入高压直流输电网络；

[0025] 当第三新能源系统为风电时，交流风机在海上平台汇集接入中频交流变压器，经中频交流变压器升压后形成高压中频交流母线，通过二极管整流阀将交流整流成直流，经过直流开关接入高压直流输电网络。

[0026] 进一步地，所述的第四直流电源子系统包括第四新能源或储能系统、高压直流变压器、直流配用电系统和直流开关；

[0027] 当直流变压器采用双向拓扑结构时，该第四直流电源子系统的潮流实现双向流通，适用于新能源和储能系统接入，反之则只适用于新能源接入；第四新能源系统采用“串联升压+高压直流变压器”的系统架构时，新能源子单元通过串联形成中压直流电压，然后通过高压直流变压器升压至高压直流，经直流开关连接至高压直流输电网络；此外，中压直流电压还可引入直流配电系统，形成新能源直流汇集‑直流送出‑直流消纳的新态势。

[0028] 进一步地，所述的第五直流电源子系统包括第五新能源或储能系统、中压直流变压器、高压直流变压器、直流配用电系统、直流开关；

[0029] 当直流变压器采用双向拓扑结构时，该第五直流电源子系统的潮流实现双向流通，适用于新能源和储能系统接入，反之则只适用于新能源接入；第五新能源系统采用“中压直流变压器+高压直流变压器”的系统架构时，通过中压直流变压器升压至中压直流电压，多条支路在中压直流母线处并联汇集，然后通过高压直流变压器升压至高压直流，经直流开关连接至高压直流输电网络；此外，中压直流电压等级还可引入直流配电系统，形成新能源直流汇集‑直流送出‑直流消纳的新态势。

[0030] 进一步地，所述的全直流电力系统包括多个全直流电力子系统，通过高压直流变压器或直流线路将两个全直流电力子系统连接，实现子系统之间的潮流互济。

[0031] 多个全直流电力子系统的直流电压等级不可能完全相等，因此对于直流电压相等的全直流电力子系统，可以通过直流线路直接连接，实现子系统之间的潮流互济；对于直流电压不相等的全直流电力子系统，需要通过高压直流变压器将两个子系统互连，实现子系统之间的潮流互济。

[0032] 本发明具有的有益效果如下：本发明将源荷储以直流网络形式互联，在源侧和储侧，通过多形式电源、储能互补与直流电网灵活快速的调节能力相结合，可以大范围内平抑新能源发电的波动性和间歇性，最大限度降低其对电网产生的冲击；在网侧，通过直流网络多受端供电、多落点用电，完成大规模新能源大范围潮流调节和控制，实现清洁能源的广域优化配置，提高电网的安全稳定性；在荷侧，可实现分布式直流电源、负荷的高效接入和灵活管理。

[0033] 本发明集源网荷储为一体的全直流电力系统是构建新型电力系统必不可少的技术手段，具有广阔的发展前景和推广价值。

附图说明

[0034] 图1为本发明全直流电力系统的结构框图；

[0035] 图2为本发明交流直驱风机内部的结构示意图；

[0036] 图3为本发明直流直驱风机内部的结构示意图；

[0037] 图4为本发明第一直流电源子系统光伏工频交流汇集‑VSC整流送出模式示意图；

[0038] 图5为本发明第一直流电源子系统风电工频交流汇集‑VSC整流送出模式示意图；

[0039] 图6为本发明第二直流电源子系统光伏工频交流汇集‑二极管整流送出模式示意图；

[0040] 图7为本发明第二直流电源子系统风电工频交流汇集‑二极管整流送出模式示意图；

[0041] 图8为本发明混合式柔性电力变压器的结构示意图；

[0042] 图9为本发明第三直流电源子系统光伏中频交流汇集‑二极管整流送出模式示意图；

[0043] 图10为本发明第三直流电源子系统风电中频交流汇集‑二极管整流送出模式示意图；

[0044] 图11为本发明第四直流电源子系统新能源串联升压型直流汇集‑直流送出模式示意图；

[0045] 图12为本发明第五直流电源子系统新能源并联升压型直流汇集‑直流送出模式示意图；

[0046] 图13为本发明二极管开关的结构示意图。

具体实施方式

[0047] 以下将结合说明书附图，对本发明进行更为详细的描述，需要说明的是，以下参照附图对本发明进行的描述仅是示意性的，而非限制性的。各个不同实施例之间可以进行相互组合，以构成未在以下描述中示出的其他实施例。

[0048] 如图1所示，本实施例提供一种全直流电力系统，其由N+1个全直流电力子系统构成，分为第一全直流电力子系统、第二全直流电力子系统、第三全直流电力子系统、第N全直流电力子系统和第N+1全直流电力子系统。

[0049] 从全直流电力系统层面看，多个全直流电力子系统的直流电压等级不可能完全相等，因此对于直流电压相等的全直流电力子系统，可以通过直流线路直接连接，实现系统之间的潮流互济，如第一全直流电力子系统、第三全直流电力子系统至第N全直流电力子系统通过直流线路连接；对于直流电压不相等的全直流电力子系统，需要通过高压直流变压器将两个系统互连，实现系统之间的潮流互济，如第二全直流电力子系统与第N+1全直流电力子系统通过高压直流变压器连接。

[0050] 从全直流电力子系统层面看，以第一全直流电力子系统为例介绍。

[0051] 第一全直流电力子系统由用于新能源或储能系统并网的第一直流电源子系统、用于新能源系统并网的第二直流电源子系统、用于新能源系统并网的第三直流电源子系统、用于新能源或储能系统并网的第四直流电源子系统、用于新能源或储能系统并网的第五直流电源子系统、高压直流输电网络及第一、第二和第三直流输电子系统组成。

[0052] 所述的第一至第五直流电源子系统分别采用工频交流汇集‑VSC整流送出、工频交流汇集‑二极管整流送出、中频交流汇集‑二极管整流送出、串联升压型直流汇集‑直流送出和并联升压型直流汇集‑直流送出方式；第一至第五直流电源子系统分别与高压直流输电网络的一侧连接，所述高压直流输电网络的另一侧与三个直流输电子系统连接。

[0053] 一、直流电源子系统

[0054] 直流电源子系统主要包含风电、光伏等新能源和储能系统的接入，储能系统主要为电池储能系统。

[0055] 从输出特性上看目前常用的双馈、直驱风机输出均为交流，光伏、储能输出均为直流。图2为直驱风机的结构，先通过AC/DC转换器整流，后通过DC/AC转换器逆变，再经交流变压器升压，将风能转为50Hz交流电输出。通过对直驱风机进行改动，将原有的逆变环节改造成直流升压环节（即将DC/AC转换器和交流变压器用DC/DC转换器替换），实现风电的直流汇集，如图3所示。采用交流汇集的方案，若新能源为交流输出特性，只需将新能源输出通过交流变压器升压汇集即可；若新能源为直流输出特性，还需将新能源由直流逆变成交流并经交流变压器升压汇集。采用直流汇集的方案，若新能源为直流输出特性，只需将新能源输出通过直流变压器升压汇集即可；若新能源为交流输出特性，还需将新能源由交流整流成直流并经直流变压器升压汇集。

[0056] 由于储能的潮流需要双向流动，对应的电力电子设备需要具备双向潮流流通的功能。对于光伏，其潮流单向流通，并且当光照达到一定强度时通过自取能即可满足辅助系统的用电需求，无需从高压侧反向取电，因此对应的电力电子设备采用单向拓扑结构以获取较优的经济性。对于风电，其潮流单向流通，但其黑启动时由于风机需要先启动控制系统调整叶片状态，此时辅助系统无法通过风机取电，因此需要从高压侧反向取电，因此对应的电力电子设备通常采用双向拓扑结构。第二、三直流电源子系统包含二极管整流阀，潮流只能单向流动，因此，图1中第二、三直流电源子系统不适用于储能，并且对于风机来说，其辅助系统需要外引新的交流电源。

[0057] 第一、二、三直流电源子系统均采用了交流汇集的方式。

[0058] 第一直流电源子系统包含第一新能源/储能系统、光伏逆变器（新能源为光伏时包含）、交流变压器、电压源换流器（VSC）和直流开关。该系统潮流可以双向流通，因此适用于新能源或者储能系统。如图4所示，当新能源为光伏时，光伏电池板组串经过MPPT变换器以及光伏逆变器逆变成交流后，先经过一级交流变压器升压汇集于中压交流母线，再经过一级交流变压器升压汇集至高压交流母线，再通过电压源换流器（VSC）将交流整流成直流，经过直流开关接入高压直流输电网络。如图5所示，当新能源为风电时，交流风机在海上平台汇集至中压交流母线，再经过交流变压器升压汇集至高压交流母线，经电压源换流器（VSC）将交流整流成直流，经过直流开关接入高压直流输电网络。

[0059] 第二直流电源子系统包含第二新能源系统、光伏逆变器（新能源为光伏时包含）、工频交流变压器、二极管整流阀（DRU）和直流开关。由于包含二极管整流阀，该系统的潮流只能单向流通，因此仅适用于新能源系统接入。如图6所示，当新能源为光伏时，光伏电池板组串经过MPPT变换器和光伏逆变器逆变成交流后，先经过一级工频交流变压器升压汇集于中压工频交流母线，再经过一级工频交流变压器升压汇集至高压工频交流母线，一方面高压工频交流母线直接连接至交流电网，实现光伏交流汇集‑交流送出，另一方面高压工频交流母线还可通过二极管整流阀（DRU）将交流整流成直流，经过直流开关接入高压直流输电网络。如图7所示，当新能源为风电时，交流风机在海上平台汇集于中压工频交流母线，接入工频交流变压器，经工频交流变压器升压后形成高压工频交流母线，一方面高压工频交流母线直接连接至交流电网，实现光伏交流汇集‑交流送出，另一方面高压工频交流母线还可通过二极管整流阀（DRU）将交流整流成直流，经过直流开关接入高压直流输电网络。

[0060] 该系统中新能源可以采用交流和直流两种方式送出，互为冗余备用，提升新能源送出的可靠性。当交流送出支路断开时，新能源通过DRU后以直流方式送出，此时前级风机内的逆变器或者光伏逆变器需要采用构网型控制策略，稳定DRU交流侧电压的频率和幅值。当直流送出支路断开时，新能源通过高压交流母线连接至交流电网，此时前级风机内的逆变器或者光伏逆变器需要采用跟网型控制策略，跟踪交流电网的电压和相位。当交直流送出支路均保持连接状态时，由于高压交流母线连接至交流电网，其电压受交流电网电压钳位，而后级采用DRU，无法控制潮流，为了实现新能源的可控送出，需要在DRU前增加调压变压器。考虑到新能源的波动性和随机性，对调压变压器的调节频次、调节速度和调节能力提出了很高的要求，因此采用图8中的混合式柔性电力变压器。混合式柔性电力变压器拓扑由主变压器以及背靠背交直交变换器组成，主变压器中W1为一次绕组，W2、W3为二次绕组，三个绕组两端的电压分别为u1、u2、u3，其中W1与电网相连接，W2与负载相连负责为负载Load供电，W3连接AC/DC变换器实现对线路电流的控制，AC/DC变换器的直流侧与DC/AC变换器相连，通过调节DC/AC变换器的输出电压u4，即可调整变压器一次绕组两端电压u1，从一次绕组感应到二次绕组的电压u2也同步改变。

[0061] 第三直流电源子系统包含第三新能源系统、光伏逆变器（新能源为光伏时包含）、中频交流变压器、二极管整流阀（DRU）和直流开关。由于包含二极管整流阀，该系统的潮流只能单向流通，因此仅适用于新能源系统接入。如图9所示，当新能源为光伏时，光伏电池板组串经过MPPT变换器以及光伏逆变器，形成中频交流后汇集接入一级中频交流变压器，升压汇集于中压工频交流母线，再经过一级中频交流变压器升压汇集至高压中频交流母线，通过二极管整流阀（DRU）将交流整流成直流，经过直流开关接入高压直流输电网络。如图10所示，当新能源为风电时，交流风机在海上平台汇集于中压中频交流母线，接入中频交流变压器，经变压器升压后形成高压中频交流母线，通过二极管整流阀（DRU）将交流整流成直流，经过直流开关接入高压直流输电网络。该系统中交流环节采用中频，相比于工频可以极大降低变压器等磁性元件的体积和成本，更快地开断故障电流，此外DRU也降低了电力电子设备成本和控制系统引入的不确定性。此系统中风机内的逆变器或者光伏逆变器需要采用构网型控制策略，稳定DRU交流侧电压的频率和幅值。

[0062] 第四、五直流电源子系统均采用了直流汇集‑直流送出的方式并网。

[0063] 第四直流电源子系统包含第四新能源/储能系统、高压直流变压器、直流配用电系统、直流开关。当直流变压器采用双向拓扑结构时，该系统的潮流可实现双向流通，因此适用于新能源和储能系统接入，反之则只适用于新能源接入。第四直流电源子系统采用“串联升压+高压直流变压器”的系统架构，新能源子单元通过串联形成中压直流电压，然后通过高压直流变压器升压至高压直流，经直流开关连接至高压直流输电网络。此外中压直流电压等级还可引入直流配电系统，形成新能源直流汇集‑直流送出‑直流消纳的新态势。此系统架构电力电子变换环节减少，整体成本降低，效率较高，但是当发生直流单极接地故障时，会出现两端靠近极线的新能源绝缘水平较高的问题，此外受限于串联运行，新能源无法运行于最优状态。如图11所示，当新能源为风机时，将直流风机的直流输出侧通过直接串联形成中压直流电压，当新能源为光伏时，将光伏组串通过MPPT（最大功率点跟踪）环节后直接串联形成中压直流电压，再经过高压直流变压器升压至高压直流后连接至高压直流输电网络。

[0064] 第五直流电源子系统包含第五新能源/储能系统、中压直流变压器、高压直流变压器、直流配用电系统、直流开关。当直流变压器采用双向拓扑结构，该系统的潮流可实现双向流通，因此适用于新能源和储能系统接入，反之则只适用于新能源接入。如图12所示，第五直流电源子系统采用“中压直流变压器+高压直流变压器”的系统架构，新能源子单元通过中压直流变压器升压至中压直流电压，多条支路在中压直流母线处并联汇集，然后通过高压直流变压器升压至高压直流，经直流开关连接至高压直流输电网络。此外中压直流电压等级还可引入直流配电系统，形成新能源直流汇集‑直流送出‑直流消纳的新态势。此系统架构需要两级升压，整体效率不如第二直流电源子系统，但是不存在新能源绝缘偏高、无法运行于最优状态的问题。

[0065] 二、直流输电子系统

[0066] 第一直流输电子系统包含电网换相换流器（LCC）、高压直流变压器、直流开关，主要针对特高压直流输电的应用场景，第二交流电网通过电网换相换流器将交流整流成直流，由于电网换相换流器的出口直流电压等级高于电压源换流器的出口电压，因此需要通过高压直流变压器将电网换相换流器出口的直流电压降至直流输电网络的直流电压，然后经过直流开关连接至直流输电网络。受电网换相换流器特性影响，第一直流输电系统的潮流方向固定为第二交流电网传送至直流输电网络。

[0067] 第二直流输电子系统包含电压源换流器、直流开关，主要针对柔性直流输电的应用场景。第一交流电网通过电压源换流器将交流整流成直流，然后通过直流开关连接至高压直流输电网络。由于电压源换流器可以实现潮流的双向控制，因此第一交流电网既可以向直流输电网络输出能量，又可以从直流输电网络吸收能量。

[0068] 第三直流输电子系统包含直流开关、高压直流变压器和直流配用电系统，主要针对直流配用电的应用场景。从直流输电网络吸收能量，经过直流开关、高压直流变压器将高压直流降至中压直流后，连接至直流配用电系统，考虑到直流配用电系统中除了负荷以外还包含新能源，当新能源有较多盈余时，可通过高压直流变压器馈入直流输电网络。因此第三直流输电子系统也可以实现潮流的双向流动。

[0069] 高压直流输电网络将直流电源子系统和直流输电子系统联络起来，可以是放射状或者网孔状，针对多路直流在直流母线处汇集的情况，可以将各条支路的直流开关合并成一个多端口直流开关，提升直流开断设备的经济性。针对复杂网孔状直流输电网络，需要在线路上安装直流潮流控制器，实现对直流输电线路潮流的控制。针对故障电流超标的线路，需要安装故障电流抑制器，防止故障电流损坏设备。

[0070] 三、直流变压器的选取原则

[0071] 全直流电力系统中的直流变压器可根据变比需求选择合适的拓扑，对于变比小于5的应用场景，一般选择非隔离型直流变压器，获取较高的经济性；对于变比大于5的应用场景，一般选择隔离型直流变压器，通过变压器实现较大的变比。对于需要潮流双向流动的场合，直流变压器需要选择双向拓扑结构；对于只需潮流单向传输的场合，直流变压器选择单向拓扑结构。

[0072] 四、直流开关的配置原则

[0073] 全直流电力系统中的直流开关可选择具备开断故障电流能力的直流断路器、具备开断额定电流能力的直流负荷开关、具备阻断高压侧故障电流的二极管开关等，二极管开关的结构如图13所示，二极管开关主要包括二极管组件、交流断路器以及限流电抗器。对于支路故障，二极管D1、D2用于阻断±20kV直流母线侧馈入的故障电流；交流断路器KM1、KM2待故障电流降为0后隔离故障线路；对于±20kV直流母线侧故障，限流电抗器L1、L2用于限制故障电流，保护二极管。对于需要快速开断短路电流的场景，选择直流断路器；对于需要快速开断额定电流的场景，选择直流负荷开关；对于电流方向单一的支路可以选择二极管开关，阻断高压侧馈入的短路电流。

[0074] 对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。