半月刊

ISSN 1000-1026

CN 32-1180/TP

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  • 2020年第44卷第9期文章目次
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    • >观点
    • 基于数据驱动的电力系统灾变演化及防控研究与展望

      2020, 44(9):1-11. DOI: 10.7500/AEPS20190226004

      摘要 (249) HTML (355) PDF 936.75 K (532) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着电力信息物理融合的深入,电力系统呈现出结构复杂化、外部致灾因子易发等发展趋势。在对电力系统灾变研究现状分析的基础上,针对电力系统灾变演化及防控问题,提出电力系统“孕灾-传灾-报灾-防灾”灾变过程理论。首先,基于大数据驱动分析致灾因子与电力系统孕灾机理及其耦合关系;其次,研究致灾因子的孕育、演化、临界态、涌现与传递机理;再次,基于对外部致灾因子的物联网实时监测技术研究致灾因子及灾变的评估和预警机制;然后,基于态势感知技术分析灾变的主动防控策略,从灾变防控手段库构建、灾变发展趋势感知预测、防控手段智能决策以及灵敏度评估等方面进行分析。最后,提出应用于电力系统灾变防控的大数据分析流程框架。

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    • >专题报告
    • 新一代智能电网技术标准体系架构设计及需求分析

      2020, 44(9):12-20. DOI: 10.7500/AEPS20191012006

      摘要 (301) HTML (280) PDF 741.05 K (618) 评论 (0) 收藏

      摘要:坚强智能电网是国家电网有限公司实现电网高质量发展的物质基础。随着内外部形势的变化,原有的智能电网技术标准体系已经无法适应新时期标准化工作的要求,需要进行优化和完善。文中梳理了国内企业及联盟、国际标准组织和国外主要国家的标准体系研究现状,秉承继承性、创新性与实用性的原则,设计了新的智能电网标准体系分层架构和概念模型,构建了智能电网标准体系的总体框架,进行了综合与规划、智能发电、特高压输变电、智能配电、智能用电、调度控制与交易、信息通信及共性支撑技术8个专业方向的标准需求分析。最后,按照“重要性、迫切性、关联性”的原则,提出了各专业方向标准工作的重点行动计划。

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    • >学术研究
    • 多能源网络的广义电路分析理论——(一)支路模型

      2020, 44(9):21-32. DOI: 10.7500/AEPS20200209001

      摘要 (249) HTML (148) PDF 1.06 M (763) 评论 (0) 收藏

      摘要:多种能源形式的互补与耦合为多能源系统集成带来巨大价值,但不同能源形式遵循不同的物理规律和数学表征形式,为综合分析与协同优化带来了挑战。文中基于拉普拉斯变换这一分析系统动态过程的有力工具,提出了多能源网络的广义电路分析理论。首先,建立了多能源网络支路层能量流的统一数学方程,提出了以拉普拉斯变换为基础的广义电路建模方法,将多能源网络在时域的复杂传输特性转换为拉普拉斯域简单的代数问题,提出了各能源系统能量流的分布参数电路模型,进一步提出了以“支路”为整体单位的支路层能量流集中参数传输模型。文中提出的多能源网络广义电路支路模型能够科学地分析支路层能量流的稳态与动态特性,揭示多能源网络能量流的共性,为多能源系统全网络分析奠定基础。

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    • 基于深度强化学习的自适应不确定性经济调度

      2020, 44(9):33-42. DOI: 10.7500/AEPS20190706003

      摘要 (314) HTML (123) PDF 1.02 M (666) 评论 (0) 收藏

      摘要:当风电、光伏等间歇性电源大规模接入电力系统时,为应对其出力的不确定性,电力系统经济调度模型需建立在对不确定性建模的基础上,建模精确度将直接影响调度结果的精确度。但当系统同时包含风电、光伏和负荷复杂的不确定性时,对系统整体不确定性进行精确建模显得尤为困难。针对这一问题,引入深度强化学习中深度确定性策略梯度算法,避免对复杂的不确定性进行建模,利用其与环境交互、根据反馈学习改进策略的机制,自适应不确定性的变化。为确保算法适用性,进行了模型泛化方法的设计,针对算法稳定性问题进行了感知-学习比例调整和改进经验回放的机制设计。算例结果表明,所提方法能在自适应系统不确定性的基础上,实现任意场景下的电力系统动态经济调度。

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    • 考虑UPFC控制模式的N-1安全约束最优潮流及应用

      2020, 44(9):43-51. DOI: 10.7500/AEPS20190416005

      摘要 (131) HTML (19) PDF 736.61 K (504) 评论 (0) 收藏

      摘要:统一潮流控制器(UPFC)能有效解决电网潮流分布不均引起的一系列问题,近年来受到广泛关注。为进一步挖掘UPFC控制潜力、提高电网运行的安全性,提出了一种考虑UPFC控制模式的N-1安全约束最优潮流模型。首先,建立了考虑UPFC双回线结构的等效功率注入模型;其次,结合中国苏州南部500 kV实际电网算例,分析了UPFC控制模式对静态安全性的影响,指出了在潮流优化过程中考虑UPFC控制模式的必要性;最终,构建以静态安全裕度为目标的优化模型,并在优化的过程中充分计及UPFC控制模式对系统N-1故障后潮流分布的影响,实现系统运行参数与UPFC控制模式的共同择优。基于苏州南部电网的仿真算例表明,所提的潮流优化方法能够充分挖掘UPFC的静态控制潜力,显著提高系统的静态安全水平。

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    • 交直流交叉跨越碰线故障及其保护风险分析

      2020, 44(9):52-59. DOI: 10.7500/AEPS20190310003

      摘要 (105) HTML (28) PDF 801.70 K (442) 评论 (0) 收藏

      摘要:中国直流输电工程输送距离长、跨度大,与交流线路跨越的情况日益增多。电网出现了新的故障形式——交直流碰线故障,其故障特征及对继电保护的影响研究比较匮乏。对碰线故障的特征进行理论分析,基于详细直流工程PSCAD/EMTDC仿真平台搭建交直流同塔模型,对碰线故障引起的特征量及其影响因素进行研究,并分析其对交直流保护动作特性的潜在挑战。仿真结果表明:碰线故障引入的工频分量会使直流线路行波保护动作率降低;行波保护与交直流碰线保护在保护配合范围内存在动作死区;交流距离保护灵敏度下降。

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    • 极端天气下智能配电网的弹性评估

      2020, 44(9):60-68. DOI: 10.7500/AEPS20190418008

      摘要 (191) HTML (89) PDF 827.20 K (510) 评论 (0) 收藏

      摘要:近年来受极端天气的影响,配电网大范围停电事故率不断上升,能够防御自然灾害、减小停电事故影响的弹性配电网引起了人们的重视。为了更好地评估配电网应对极端灾害的弹性,文中提出了一种智能配电网弹性评估方法。首先,建立了极端天气下的故障模型用以量化极端天气对配电网的影响。其次,针对极端天气的随机性,文中通过蒙特卡洛法模拟极端天气场景并采用K-means聚类算法对场景进行缩减,根据脆弱性曲线可以得到配电网各支路的时变故障率。考虑到负荷、可再生能源出力的不确定性,采用拉丁超立方抽样抽取负荷、可再生能源出力和配电网故障场景对配电网进行弹性评估。然后,为了全面准确地反映含分布式电源的配电网弹性,将配电网遭受自然灾害时分为防灾和减灾2个阶段,并基于此构建了包括配电网防御时间、弹性恢复系数、孤岛可持续时间覆盖率和重要负荷平均中断时间在内的弹性评估指标体系。最后,对一包含2条馈线的实际配电系统的弹性进行仿真评估,并考虑了电力线路类型、光伏渗透率和联络线对配电网弹性的影响,验证了所提评估方法的有效性。

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    • 多重控制信息失效下配电网电压波动性的评估

      2020, 44(9):69-77. DOI: 10.7500/AEPS20190710002

      摘要 (107) HTML (206) PDF 806.05 K (470) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着可再生能源接入以及电压管理系统的应用,配电网愈发依赖信息通信系统,以实现对配电网的主动控制,控制信息失效必然会对系统状态造成影响。为评估信息失效对配电网电压的影响,文中首先考虑多种失效因素建立信息系统有效性模型,其次提出表征电压波动性的分布指数和越限概率指标,然后给出不同故障类型下电压波动影响的分析方法,最后采用序贯蒙特卡洛模拟进行信息系统故障下的指标评估。测试系统验证了模型可行性并探讨了不同信息失效因素对电压波动性的影响,为配电网信息物理系统的规划和运行提供了实用性技术支撑。

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    • 基于电网电压增量前馈补偿的光伏并网系统故障后恢复控制

      2020, 44(9):78-85. DOI: 10.7500/AEPS20190710006

      摘要 (140) HTML (212) PDF 928.63 K (305) 评论 (0) 收藏

      摘要:光伏直流升压汇集系统经较大过渡电阻的故障清除后,存在直流变压器难以切换回原有控制策略的问题。针对此,在分析故障点过渡电阻和直流电压波动量之间关系的基础上,提出了一种基于电网电压增量前馈补偿的故障后恢复控制策略。在故障清除时,通过监测电网电压增量值,采用修正逆变器控制外环直流电压参考值的方式短时增大直流母线电压的波动量,从而使直流变压器实现控制策略的可靠切换。仿真结果表明,所提方法在交流电网经较大过渡电阻发生的故障被清除后,光伏侧控制策略能可靠且快速地进行切换,有效提高了光伏的利用率。

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    • 物联感知环境下电动汽车充电等待时间分布的预测方法

      2020, 44(9):86-94. DOI: 10.7500/AEPS20190523010

      摘要 (156) HTML (26) PDF 834.54 K (445) 评论 (0) 收藏

      摘要:已有的充电站等待时间研究往往忽略不同车辆充电需求的时变差异性,为全面描述充电等待时间的时变规律,文中提出了物联感知环境下电动汽车充电等待时间分布的预测方法。首先,确定充电站到达车辆数分布和充电时长分布,采用M/G/n排队模型模拟充电站排队等待系统,求解电动汽车充电等待时间分布函数。其次,建立用户选择充电站效用函数,利用Multi-logit模型对各个充电站内的充电需求进行预测。再者,根据充电需求预测值和网联充电站实时数据更新平均到达率、服务时间变异系数,提出电动汽车充电等待时间短时分布的预测算法。最后,以某城市某区域为例,验证了该分布的准确性,并通过路径选择分析了充电等待时间分布和可靠性对充电站的影响,为减少充电站排队拥堵和均衡电网负荷提供决策依据。

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    • 采用GA-BPNN与TLS模型的风电机组异常辨识方法

      2020, 44(9):95-102. DOI: 10.7500/AEPS20190203002

      摘要 (128) HTML (20) PDF 694.34 K (405) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于反向传播神经网络(BPNN)建立了风电机组状态参数预测模型,并采用遗传算法(GA)对BPNN模型的初始权重与阈值进行优化,有效消除环境因素对风电机组状态参数的影响;采用TLS(t-location scale)分布模型刻画不同风速区间下预测残差的分布特性,基于矩估计方法实现TLS分布参数估计,并在此基础上提出了计及风速影响的状态残差异常程度量化指标。以某风电场的1.5 MW双馈风电机组为例进行了异常分析,结果验证了模型的有效性和准确性。

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    • 基于特征融合与深度学习的非侵入式负荷辨识算法

      2020, 44(9):103-110. DOI: 10.7500/AEPS20190625010

      摘要 (246) HTML (232) PDF 1.24 M (474) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对使用单一设备特征进行负荷辨识存在的局限性,提出了一种基于特征融合与深度学习的非侵入式负荷辨识算法。通过分析设备的高频采样数据提取了V-I轨迹图像特征与功率数值特征。利用人工神经网络的高级特征提取能力,实现了V-I轨迹图像特征与功率数值特征的融合。最后以复合特征作为设备新的特征训练反向传播(BP)神经网络进行非侵入式负荷辨识。使用PLAID数据集对算法辨识效果进行了验证,并对比了不同分类算法对特征融合的有效性与负荷辨识能力。结果表明,该算法利用不同特征之间的互补性,克服了使用V-I轨迹特征无法反映设备功率大小的缺点,从而提高了V-I轨迹特征的负荷辨识能力,并且在嵌入式设备中的运算速度为毫秒级。

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    • >研制与开发
    • 主动配电网能量管理与分布式资源集群控制

      2020, 44(9):111-118. DOI: 10.7500/AEPS20191030001

      摘要 (229) HTML (318) PDF 736.10 K (403) 评论 (0) 收藏

      摘要:大量分布式资源并网运行的主动配电网,若采用传统集中式的调控决策体系,面临控制敏捷性、系统可靠性、海量通信和信息隐私等问题。文中设计了“集群自律-群间协调-输配协同”的主动配电网能量管理与运行调控的体系结构,并开发了相应的系统。然后,重点介绍了这种集群控制、多级协调的调控体系特点和关键技术:①主动配电网网络分析技术;②分布式集群调控技术;③考虑不确定性的配电网有功和无功协调优化技术;④输配电网分布式协调调度技术。最后,简要介绍了该系统在高比例分布式可再生能源配电网的应用效果,并对后续的研究方向进行了展望。

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    • 户用多微网系统的事件驱动型自动需求响应策略

      2020, 44(9):119-127. DOI: 10.7500/AEPS20190521001

      摘要 (133) HTML (230) PDF 699.39 K (333) 评论 (0) 收藏

      摘要:考虑到户用负荷的多样性、丰富性及用电随机性带给户用多微网系统互联运行的极大挑战,提出一种基于事件驱动机制的自动需求响应策略。采用事件驱动机制,将户用微网的运行状况划分为不同的事件。根据事件驱动信号,结合价格激励与调度潜力引导负荷完成自身用电优化,以此实现自动需求响应。在此基础上,将能级概念引入能量共享模型中,通过对多微网系统中各个子微网的能级计算,决定微网间的交互功率,降低了网间与网内的耦合性,使得能量共享模型具有较低的复杂性。以某一户用多微网系统为例进行仿真分析,仿真结果表明所提算法能够有效降低户用多微网系统的运行成本,提高优化效率。

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    • 基于特征提取的面向边缘数据中心的窃电监测

      2020, 44(9):128-134. DOI: 10.7500/AEPS20190624003

      摘要 (149) HTML (257) PDF 641.85 K (495) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着电网信息物理系统的发展,一部分数据处理功能逐渐下沉到靠近终端用户的边缘层。为了给后续分析提供可靠的数据源,及时发现异常用电行为,窃电监测是边缘数据中心重要功能之一。文中提出一种针对边缘数据中心的窃电监测方法,该方法利用深度卷积生成对抗网络(DCGAN)鉴别器提取得到的特征,在边缘数据中心对二范数线性支持向量机(L2SVM)进行训练。实验结果证实,DCGAN具有较好的收敛性能,鉴别器提取得到的正常与窃电行为用电特征具有明显划分,且比基于主成分分析(PCA)特征提取方法更加有效,此外,与基于径向基核函数的支持向量机(SVM)反窃电方法相比,所提方法准确度更好且计算复杂度低,适合边缘数据中心部署。

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    • 基于优化极限学习机的电压暂降源识别方法

      2020, 44(9):135-143. DOI: 10.7500/AEPS20190809004

      摘要 (124) HTML (198) PDF 1.14 M (333) 评论 (0) 收藏

      摘要:准确识别电压暂降源对暂降责任分摊和治理决策至关重要。文中提出一种基于优化极限学习机的电压暂降源识别方法。通过直接提取电压暂降波形的时域特征和经S变换提取能量熵和奇异熵2种时频域特征,构建基于时域和时频域的特征向量,弥补现有方法仅采用时频变换提取特征,可能丢失仅存在于时域内的重要信息而影响识别精度的不足。针对极限学习机输入权值和隐含层偏置随机产生的不足,采用遗传算法对其进行优化,构建优化极限学习机模型,解决利用模式识别存在模型复杂和耗时较长,难以实现快速识别的问题。应用仿真数据和实测数据验证了所提特征向量和优化极限学习机模型的有效性;并与其他方法相比,证明所提模型简单、训练和分类识别速度快,识别精度更高,适用于边缘计算,可实现电压暂降源的快速准确识别。

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    • 二维空间重构电流特征轨迹的变压器差动保护判据

      2020, 44(9):144-150. DOI: 10.7500/AEPS20190612003

      摘要 (153) HTML (204) PDF 827.61 K (314) 评论 (0) 收藏

      摘要:在故障电流的影响下,变压器差动保护两侧电流互感器(TA)易发生饱和,使传变的电流波形发生畸变,严重影响变压器差动保护的正确动作。针对TA饱和造成的变压器差动保护误动或拒动的问题,对不同故障类型下变压器两侧电流波形相位关系特性进行对比分析,提出将两侧电流进行二维空间重构,应用重构后的特征轨迹构造变压器差动保护新判据,以识别伴随TA饱和的变压器各类故障。通过仿真和动模试验,验证新判据有较高的可靠性和灵敏性,并且具备较强抗TA饱和的能力。

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    • 适用于稳控装置的逆变站送出交流线路故障跳闸判据

      2020, 44(9):151-157. DOI: 10.7500/AEPS20190920006

      摘要 (54) HTML (29) PDF 735.74 K (421) 评论 (0) 收藏

      摘要:直流换相失败给逆变站近区交流电网的故障特征带来了显著变化。理论分析了直流换相失败对逆变站送出交流故障线路的电流有效值的影响规律,指出了稳控装置所用的传统故障跳闸判据存在不适应场景的原因;进一步基于实时数字仿真平台(RTDS),验证了理论分析所述的不适应场景;通过分析直流系统短路后的交流等值网络,结合故障时电流序分量和相间余弦电压等电气量特征,提出了适应逆变站送出交流线路的故障跳闸新判据;最后,RTDS仿真结果验证了新判据的有效性和可靠性。

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    • 基于故障行波沿线突变和模型匹配的辐射状配电网故障定位

      2020, 44(9):158-163. DOI: 10.7500/AEPS20190522001

      摘要 (109) HTML (156) PDF 695.63 K (332) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对辐射状配电网拓扑结构复杂,故障分支难以辨识等问题,文中在定义拓扑主干的基础上,利用主成分分析(PCA)和支持向量机(SVM)构造PCA-SVM模型提取故障电流行波的曲线簇特征,划分故障区段并定义为割集。然后,通过正、反向电压行波构造测距函数,提取行波突变点沿线分布特征,并根据突变点幅值、极性以及时窗和线长间的关系剔除无效突变点,甄别出有效突变点。对于无法剔除的干扰突变点,采用“测后模拟”结合故障支路判别式进一步滤除,甄别出有效突变点,从而实现辐射状配电网准确故障定位。最后,应用PSCAD仿真软件对不同分支的故障进行实验,结果表明所提方法能实现故障点的准确定位。

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    • 仅利用零序电流的谐振接地系统接地故障方向算法

      2020, 44(9):164-170. DOI: 10.7500/AEPS20190319001

      摘要 (159) HTML (158) PDF 969.98 K (254) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于多数终端难以获得零序电压或三相电压信号,限制了暂态功率方向法在小电流接地故障定位、多级保护、分界技术的应用。分析了谐振接地系统单相接地时故障点上游与下游的零序电流工频分量、暂态主谐振分量以及衰减直流分量与故障初相角的关系,发现可利用零序电流工频分量作为零序电压的极化相量,进一步识别故障方向。当零序电流工频分量初相位分别在(-45°,75°)或(135°,255°)以内,暂态主谐振分量初相位分别在(-30°,30°)或(150°,210°)以内时,或者衰减直流分量与工频分量幅值之比大于预设门槛时,故障方向为正,否则故障方向为负。仿真和现场实际故障数据验证了算法的正确性。

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    • 基于机电信号融合的DFIG定子绕组匝间短路故障诊断

      2020, 44(9):171-178. DOI: 10.7500/AEPS20190913001

      摘要 (126) HTML (91) PDF 765.45 K (533) 评论 (0) 收藏

      摘要:定子绕组匝间短路故障是双馈异步发电机(DFIG)常见的故障形式,发生概率高达30%,直接威胁到发电机的安全运行。发电机在复杂多变的环境下运行时,单一故障特征往往难以精准地反映故障,从而易产生误判、漏判的情况。文中提出一种基于电气、机械信号融合的定子绕组匝间短路故障诊断新方法——负序电流差与定子径向振动信号的二倍频分量联合诊断。首先利用支持向量机分别计算单一故障特征下的匝间短路故障概率;然后将其作为D-S证据理论的基本概率分配,依托证据组合规则,得出定子绕组匝间短路的最终诊断结果。实验结果表明:与基于单一信号的故障诊断方法相比,该方法能够更有效地诊断定子绕组匝间短路故障并可靠识别短路匝数,提高故障诊断的精确度,可推广应用至海上风电等对故障识别精度要求更高的领域。

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    • 基于电压与功率前馈的电能路由器储能端口优化控制策略

      2020, 44(9):179-186. DOI: 10.7500/AEPS20190801002

      摘要 (110) HTML (97) PDF 1.18 M (655) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对采用双向Buck/Boost拓扑作为电能路由器储能端口时存在的储能端口并网启动电流冲击和离网母线电压波动的问题,提出了一种储能端口电压前馈与负载功率前馈相结合的电能路由器储能端口并离网优化控制策略。该方法通过前馈储能侧电压抑制储能端口的并网启动冲击电流,消除离网下储能侧电压波动对母线电压的影响,同时利用基于以太网控制自动化技术(EtherCAT)的电能路由器快速控制通信单元前馈负载功率,抑制离网下负载突变产生的母线电压扰动,节省电流采样成本。理论分析与实验结果验证了所提优化控制策略的有效性。

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    • >综述
    • 中高压直流断路器拓扑综述

      2020, 44(9):187-199. DOI: 10.7500/AEPS20191021006

      摘要 (154) HTML (70) PDF 748.50 K (511) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着直流输配电系统的发展,直流系统对故障电流抑制和清除的要求增加,采用直流断路器能够很好地解决清除直流故障时快速性、稳定性和经济性的问题。文中论述了直流断路器的发展现状,对近年来国内外提出的直流断路器拓扑进行归纳总结。在此基础上,就机械式、Z源结构、组合式、级联模块、器件组合型直流断路器拓扑以及直流断路器测试电路进行了详细讨论。论述了各个方面的拓扑原理、使用优点以及面临的主要问题,对同一方面所涉及的文献进行了归纳对比。最后,提出了直流断路器未来可能的发展方向及相关问题。

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