實現對綠色清潔能源的開發和利用已成為目前解決傳統能源短缺和環境惡化等問題的必然趨勢。而保證對大規模新能源的消納和高效利用，需要有效的輸電技術作為支撐。在大規模遠距離輸電技術中，多端直流輸電技術的輸送距離遠、輸送容量大，并且運行方式比較靈活，因而成為了現階段解決大規模可再生能源并網等問題的主要手段之一。

在傳統柔性交流輸電系統中，通過引入潮流控制裝置可以有效提高輸電網絡的潮流控制能力。同理，為了便于實現對直流輸電網絡內部的潮流控制，避免各輸電線路上因電流分配不合理而引起的不必要的線路損耗，甚至換流站過載等問題，可以在多端直流輸電系統中引入直流潮流控制器。

但由于直流輸電系統不存在無功功率、電抗和相角，故其線路潮流的控制只能依靠調節輸電線路的電阻或者直流電壓來實現。因此，目前針對DPFC的設計思路主要有兩種，即線路電阻控制型和線路直流電壓控制型。

①對于線路電阻控制型DPFC，文獻[6-8]分別設計了不同的實現方案。這類控制方案實現簡便，但只能單向調節線路等效電阻，對系統的潮流調節能力有限。②對于線路直流電壓控制型DPFC，根據電壓的調節手段可以分為兩類，即直流變壓器型和串聯可調電壓源型。

相比較而言，串聯可調電壓源型DPFC可避免控制器輸入與輸出側同時承受系統級的高壓和功率，降低了對功率器件的應力要求和系統損耗，因此已成為目前關注較為廣泛的一類DPFC。

針對串聯可調電壓源型DPFC，文獻[11-14]基于共同電容控制的思想，分別設計了不同的主電路拓撲。其主要思想是將同一個電容分時地接入兩條不同的輸電線路來改變輸電線路的直流電壓。這種方案所需功率器件相對較少，但其電容需在不同線路中進行頻繁切換，會在輸電線路中額外引入紋波電流，嚴重時甚至會引起諧振，從而影響系統的正常運行。

文獻[16]對此進行了改進，提出了一種在兩條線路中分別接入一個電容來控制輸電線路直流電壓的線間潮流控制器。該種方案相當于在兩條線路中分別接入了一個穩態電壓源，避免了電容在線路中進行切換而引起的電流紋波問題，但其在潮流發生反轉時無法正常工作。

文獻[17,18]對此進行了進一步改進，通過增加一定數量的開關管和引入了多線圈耦合電感，保證了控制器所連接線路的電流方向不同時，控制器依然能夠正常工作，進而實現了對線路潮流的反轉控制。但需要注意的是，以上現有的DPFC均表現為兩端口特性，且不易進行端口的拓展。若需同時實現對多條線路的潮流控制時，應用存在一定的局限。

然而，目前針對能同時輔助控制多條線路潮流的DPFC的研究還尚處于起步階段，文獻[19,20]初步研究了具備多端口輸出特性的DPFC，但文獻[19]提出的拓撲實質上屬于共同電容控制方案的拓展，依然存在電流紋波的問題。而文獻[20]需在每條控制線路中串入電壓源型DC-AC換流器，隨著線路的增多，該方案電路拓撲及控制系統會變得相對復雜；并且其端口電壓的生成依賴于對輸電系統母線電壓的調節，控制自主性有待進一步增強。

為此，在現有文獻的研究基礎上，為實現對多端輸電系統線路潮流的全面與靈活的控制，本文基于串聯電壓源型DPFC的范疇提出了一種新型的多端口直流潮流控制器（Modular Multi-portDC Power FlowController, MM-DPFC）。文中首先詳細分析了該控制器的拓撲結構與工作原理；然后，為保證該控制器的有效運行，設計了相應的控制策略；最后，分別在仿真和實驗平臺中對該潮流控制器的性能進行了多種不同工況下的驗證。

附圖1MM-DPFC樣機平臺實物圖

結論

本文針對適用于多端直流輸電系統的直流潮流控制器技術問題進行了研究：

1）基于串聯受控電壓源的思想提出了一種模塊化多端口直流潮流控制器（MM-DPFC）。其具備以下特征：①在DPFC的范疇，其同時保留了傳統DPFC無需配備外部電源、輸電線路功率雙向可控以及多端口輸出的優勢；②在多端口DPFC的范疇，其保證了控制器各端口輸出電壓的完全本地控制，解決了傳統多端口DPFC需對輸電系統主換流站輸出直流電壓進行調節的問題，增強了其控制方式的靈活性與系統可靠性；③主電路和控制系統均采用標準模塊化的設計，更易于實現工程后期的端口的拓展與系統冗余。

2）建立了多端口DPFC接入直流輸電系統的數學模型，并基于此詳細分析了所提控制器工作原理；同時，設計了相應的系統控制策略保證了該控制器的有效運行。

3）在仿真和實驗平臺中分別搭建了五端與三端直流輸電系統，對該潮流控制器的性能進行了穩態、潮流反轉、功率階躍以及故障缺失等多種不同工況下的驗證，結果表明了該控制器的有效性。

4）MM-DPFC的基本模塊單元目前需采用多個隔離變壓器與電感，下一步將針對如何簡化其基本模塊單元的拓撲結構與降低工程造價展開研究。

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適用于多端直流輸電系統的模塊化多端口直流潮流控制器