随着社会的日益发展与进步,工业用及家庭用低压直流负荷越来越多地出现在当前的生产与生活当中;同时伴随着分布式电源的长足发展,光伏、储能等直流电源的使用也越来越多;交流配电网越来越无法满足直流电源和负荷的高效接入。目前国内外针对直流电源及负荷的点对点传输研究及示范应用较多,但每个示范工程都更侧重于直流输电场景,配用电场景涉及较少,而此类工程应用前景有限、局限性较强。因此对成网络型的中低压层级的交直流混合供电网架,以及交直混供方式下的控制和保护系统的设计进行研究,是对未来中低压直流的快速发展具有促进作用的。本文将围绕交直流混合配电网网架下的控制和保护技术进行研究。在网架结构方面,本文研究目前相关行业、不同国家和地区中低压直流系统的常用电压等级,根据本工程的特点选定适用于本示范工程的直流和交流系统的电压等级;分析本工程选址附近的交直流电源及负荷情况,为消纳周边光伏电源同时为解决数据中心大量直流负荷的需求,提出中压和低压层面、交流和直流混合供电的四端口柔性换流器,该换流器兼具柔性互联、交直流配电等多种功能,并据此构建区域性供电网络;在该网架的基础上,根据传输容量及压降理论进行导线截面的选取。本网架方案为解决地区光伏上网以及数据中心用电提供一个新的思路。在控制系统方面,本文针对四端口柔性换流器以及交直流配电网网架下的控制系统需求进行分析研究,划分控制系统结构,从整系统层级、分设备层级等方面分析并设计控制功能;系统级控制主要是对双电源系统的整体运行方式进行设计,提出基于电压偏差的主从控制策略,此种策略有通信时依靠通信快速实现直流电压切换接管,可以实现电压平滑接管且功率精确控制,无通讯时依靠直流电压偏差接管,避免了直流电压失稳,从而在有通讯与无通讯时均取得较好的控制效果;设备层级的控制主要是根据系统级控制策略相应选择定电压或定功率控制。本工程控制策略适用范围广、且简单高效。在保护系统方面,本文结合网架结构、电力行业保护规范,提出按分层分区的思想划分交流、直流、负荷、装置级等四类保护区域的想法;设计适用于本工程的交直流系统保护方案,提出基于换流器闭锁进行快速限流、光差保护快速定位、监控系统快速隔离故障的直流保护模式,该保护模式在简单快速隔离故障的同时,通过与柔性换流站容量相匹配的交流变压器及储能装置,保证下级负荷的不间断供电。在仿真分析方面,本文分析本工程的电力系统边界条件,根据各电压变换器的参数,在PSCAD软件里搭建本工程的仿真模型,针对不同故障类型及不同故障点处分别进行故障仿真测试和研究,分析控制系统的动作行为、各保护动作行为与保护之间的配合情况,论证本工程控制和保护方案设计的可行性。