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2024年 第57卷 第4期    刊出日期：2024-04-28

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2024, 57(4):  0-0. 

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综合能源系统优化配置策略

基于能量枢纽的沼–风–光综合能源系统双层协同优化配置

李梓萌, 王天阔, 胡鹏飞, 于彦雪, 杜翼, 蔡期塬

2024, 57(4):  1-13.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202303062

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针对沼-风-光乡村综合能源系统协同优化问题，构建了综合能源系统能量枢纽模型，并提出沼-风-光综合能源系统配置-运行协同优化双层规划模型，上层以年化总成本最小和碳排放量最小为目标，采用NSGA-II算法获取配置方案Pareto最优解集；下层以运行成本（包括碳排放成本）最小为目标获取最优运行方案，引入启发性规则，排除上层输入配置方案可能存在的设备冗余，加速上层优化配置。通过对福建某乡村沼-风-光综合能源系统进行算例验证，结果证明了所提优化配置和运行方案的多元性和优越性。

基于综合优化目标的低碳园区能源系统规划配置

王扬, 路菲, 李骥, 谈竹奎, 孙宗宇, 徐伟, 宋子宏, 刘振鹏

2024, 57(4):  14-24.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202306117

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低碳园区复合式能源系统合理的规划与配置对提升系统能效、降低成本、减少污染物排放等具有重要意义。首先，基于园区用能需求快速预测方法和能源系统动态仿真平台，提出了以综合评价指标为导向的低碳园区复合式能源系统优化规划配置方法，建立了虎克-捷夫算法和粒子群算法相融合的混合优化算法。然后，以典型低碳园区冷热电三联供耦合地源热泵、蓄能与燃气锅炉的多能系统为例，对比分析了不同优化算法的配置结果和优化速度，研究了综合优化目标最优、全生命周期成本、能耗最低等不同优化目标对容量优化配置结果和系统典型日运行情况的影响。结果表明，本文提出的优化配置方法和混合优化算法可以保证寻优能力、优化精确度，同时提高了优化计算性能。以综合评价目标最优的能源系统配置结果可以兼顾系统成本、经济运行、环境影响及低碳排放等多方因素，更有利于构建低碳园区最优能源形态。

含电动汽车的工业园区综合能源系统优化调度

吕志鹏, 宋振浩, 李立生, 刘洋

2024, 57(4):  25-31.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202402003

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提出了一种含电动汽车负荷的工业园区综合能源系统优化调度策略。首先，基于不同时段的负荷特性差异以及电动汽车用户的需求差异，建立电动汽车柔性充放电模型；其次，针对园区中氢能需求，建立了相关的氢能设备模型；然后，将电动汽车集群、分布式光伏和氢能设备集成至综合能源系统中，经由二阶锥松弛处理形成一体化数学模型；最后考虑具有太阳能光伏与电动汽车集群的工业园区综合能源系统能量管理与能源交易，进一步分析其日常运行状态。研究结果表明：所提策略能兼顾综合能源系统运行收益和风险成本的平衡。

需求响应激励下耦合电转气、碳捕集设备的综合能源系统优化

高月芬, 员成博, 孔凡鹏, 王雪松

2024, 57(4):  32-41.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202307056

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为了充分调动用户侧柔性负荷资源，发挥氢能的低碳特性，本文提出了一种需求响应激励下耦合两阶段电转气和碳捕集设备的综合能源系统优化方法。首先，构建两阶段电转气、碳捕集、氢燃料电池和储氢罐等设备组成的氢基综合能源系统。其次，结合负荷能源转换间耦合关系与调节特性，引入阶梯型需求响应激励机制并对补偿基价、区间长度、价格增长率3个参数进行自适应优化。最后，设置多种场景，用多目标灰狼算法对系统的供能侧、需求侧和阶梯型需求响应激励机制进行优化求解。结果表明，基于此方法系统运行的总成本和CO₂排放量都有所降低。

新能源

考虑碳排放约束的新能源与调峰资源优化配置方法

李虎军, 张栋, 吕梦璇, 邓方钊, 杨萌, 元博

2024, 57(4):  42-51.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202303046

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“双碳”目标下，随着新能源并网装机规模加速增长，系统调峰需求快速增长，新能源与系统调峰资源协同优化发展成为高质量构建新型电力系统的重点之一。本文引入碳排放约束，构建了综合考虑新增机组投资与系统运行成本的新能源与调峰资源优化配置模型，针对不同新能源利用率目标，设置多个发展场景，研究了不同场景下的电力系统运行经济性。考虑未来以省（市）为单位进行碳减排评估与考核，以中部地区的省级电网为研究算例，验证了所提模型方法的有效性。

可再生能源电解水制氢系统规划优化与生产模拟

张丝钰, 张宁, 代红才, 冯长有, 周专, 朱克平

2024, 57(4):  52-60.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202306045

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可再生能源电解水制备所得的氢气，可助力部分难以实现电气化替代的部门深度脱碳，并推动不同部门和能源网络之间形成协同效应。系统配置与生产运行方案的优化是降低绿氢制取成本、提升其经济竞争力的关键。本文提出了一种可再生能源电解水制氢系统规划优化与生产模拟模型，深入分析风电/光伏、电化学储能等关键设备以及电解槽的容量配比、电价水平等关键因素对氢气平准化成本的影响机理，并结合西北、东南2个代表性地区开展典型案例研究。研究结果表明，用电成本是影响绿氢经济性的主要因素，绿氢项目向新能源富集地区聚集，在少数优质资源地的绿氢制取成本已降至20元/kg左右。若未来电价水平与当前基本持平，绿氢项目运行模式将逐步由并网向将电网作为备用的模式转变。研究结论可为绿氢项目的规划建设提供理论指导与重要参考。

国外新能源高占比电力系统电力供应保障措施及启示

叶小宁, 王彩霞, 李琼慧, 杨超

2024, 57(4):  61-67.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202310101

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随着全球能源转型深入推进，新能源快速发展，新能源高占比电力系统供应保障问题日益凸显，近期已成为部分国家关注的焦点。为此，首先详细分析了新能源出力特性以及在电力平衡、负荷支撑度等方面对电力供应保障的挑战；其次选取德国、美国和日本等新能源发展较早占比较高的典型国家，从政策法规、监测预警、调度运行管理等方面，深入研究了其在新能源高占比电力系统中采取的保障电力安全可靠供应的实践经验；最后结合中国新型电力系统建设的实际情况，提出了对中国新能源发展的启示，为中国电力供应保障提供一定的参考借鉴。

基于虚拟惯量控制的新型电力系统功率差前馈振荡抑制方法

王雪, 刘林, 卓庆东, 张海鹏, 杨苓, 许方园, 曹雨晨

2024, 57(4):  68-76.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202312027

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为了解决新型电力系统的低惯量、弱阻尼问题，虚拟同步发电机技术备受关注。但虚拟同步发电机在为系统提供惯量和阻尼的同时，也使得系统在受扰动影响时产生有功振荡问题，并且容易产生稳态误差。为此，提出基于虚拟惯量控制的新型电力系统功率差额前馈振荡抑制方法，优化虚拟同步发电机控制，有效地减小了系统在扰动下产生的有功功率和频率冲击，改善了系统的动态稳定性。同时，分别建立常规控制、普通微分前馈控制和功率差前馈控制等控制策略的有功闭环小信号模型，并给出相关参数设计方法。仿真验证表明，所提策略对解决动态振荡、稳态误差问题的有效性与优越性。

可再生能源配额制下风光储联合参与现货市场的交易决策

武群丽, 朱新宇

2024, 57(4):  77-88.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202306053

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可再生能源配额制与现货市场建设的并行推进引起风电发电商、光伏发电商及储能电站（风光储）联合参与现货市场的交易决策发生变化。通过构建双层交易决策模型，对可再生能源配额制下风光储联合参与日前电能量及调频辅助服务市场的交易决策进行求解分析。模型上层以风光储总利润最大化为目标，同时考虑到风光储的内部调控，求解风光储最优交易策略；下层实现日前电能量和调频辅助服务市场的联合出清及绿色证书市场的清算。通过库恩-塔克（Karush-Kuhn-Tucker，KKT）条件、强对偶定理等方法将双层模型转换为混合整数线性规划问题进行求解。最后，通过算例验证了所提模型的有效性。结果表明：所提框架与模型能够优化风光储报量报价决策；可再生能源配额制的引入丰富了风光储的套利手段，风光储内部调控更加活跃；风光渗透率及配额制考核权重的变化对风光储的交易决策有重要影响。

电动汽车充电机器人发展现状和标准需求

杨磊, 浑连明, 祖国强, 李树军, 李心达, 郭俊龙, 张玉涛

2024, 57(4):  89-99.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202306108

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在全球碳减排的背景下，电动汽车数量迅速增加，电动汽车充电机器人作为一种智能充电装备受到国内外广泛关注，但目前充电机器人相关技术的梳理、归纳、总结和标准化等工作仍未开展系统性研究。首先，全面梳理了国内外电动汽车充电机器人的发展现状和技术路线，从结构设计、识别定位、柔顺控制和控制系统4个方面进行了综述。其次，提出了涵盖现有主流机器人的分类方法，提炼了机器人的特点和适用场景。进而，分析电动汽车充电机器人标准现状，提出了充电机器人术语、分类和通用技术等标准需求，构建了机器人标准体系。最后，探索了电动汽车充电机器人在自动化、智能化、规模化、多功能化和互联互通5个维度的应用与发展趋势，并对其在自动驾驶、自动泊车和车网友好互动等方面的应用潜力进行展望。

基于组合深度学习的光伏功率日前概率预测模型

高岩, 吴汉斌, 张纪欣, 张华铭, 张沛

2024, 57(4):  100-110.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202306080

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为准确量化复杂场景下光伏预测功率的不确定性，提出了一种基于时序卷积网络-注意力机制-长短期记忆网络组合的光伏功率短期概率预测方法。首先，基于多种相关性分析方法选出与光伏功率强相关的气象因素；然后，基于时序卷积网络的特征提取能力和长短期记忆网络的时序特征建模能力，并结合注意力机制和分位数回归，建立组合深度学习预测模型；最后，采用核密度估计方法生成连续概率密度函数。以实际集中式和分布式光伏电站为案例进行分析，结果表明：与长短期记忆网络、时序卷积网络、时序卷积网络-注意力机制和时序卷积网络-长短期记忆网络相比，所提方法在确保最优预测区间的同时，可以提升概率密度预测的性能。

计及分布式光伏承载力的配电网侧独立储能充放电策略

张宇, 魏新迟, 冯凯辉, 时珊珊, 孟子涵, 梁媛

2024, 57(4):  111-117.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202305016

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在“双碳”目标、新型电力系统加快推进下，中国分布式光伏呈现快速发展态势，在高比例分布式光伏接入地区易发生电网电压升高越限和反向潮流设备过载等问题，影响分布式光伏接入配电网承载力。充分考虑配电网侧独立储能调节作用，研究提出了提高分布式光伏接入电网承载力水平的独立储能优化配置及充放电策略。考虑了基于时序潮流和两步式迭代的配电网侧独立储能应用综合成本效益，以系统成本最小为原则，科学合理确定独立储能配置容量和充放电控制策略。选取某村低压配电网为案例，通过配电系统经济分析和优化软件（DEAP），仿真分析了所提独立储能充放电控制策略的有效性。

电网

考虑极限诱导分岔的静态电压稳定域

刘道兵, 齐越, 李世春, 鲍妙生, 郭营营, 李珏岑

2024, 57(4):  118-129.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202304063

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随着高比例可再生能源在电力系统中的广泛应用，可再生能源的波动性和随机性对电力系统静态电压稳定评估带来挑战，电力系统静态电压稳定域（static voltage stability region，SVSR）可以全面分析和监测电力系统电压稳定性，其关键是快速准确地构建稳定域边界。针对传统连续潮流法和非线性规划法计算量大的问题，提出一种基于SVSR边界拓扑性质的SVSR边界构建优化模型，根据边界连续且光滑的性质，由已知边界点通过预测-校正方法直接计算相邻边界点。在此模型基础上提出一种极限诱导分岔识别方法，构建考虑极限诱导分岔的SVSR边界。最后通过算例分析验证了所提方法的可行性和准确性。

闽粤联网直流工程与SVG/HAPF协同运行特性及现场试验

雷霄, 许锐文, 郑宁敏, 李德才, 刘世成

2024, 57(4):  130-138.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202306033

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闽粤联网背靠背直流输电工程配置了专用于大容量高压直流工程滤波的高压直流工程滤波的高压有源滤波器（high voltage active power filter，HAPF）和静止无功发生器（static var generator，SVG），以分别满足换流站两侧的滤波需求和无功功率支撑。根据闽粤工程的特点，提出了完整的直流系统带电试验方案和HAPF、SVG与直流协同运行试验方案，验证了设备的可用性及与直流系统的适配性。针对实际运行中SVG故障退出事件，深入分析了SVG的高压暂态响应过程中多因素引起的连锁反应过程，并根据针对性的优化控制策略，提出了SVG单体设备高压/低压/三相不平衡暂态控制带电试验方案，以及验证SVG故障下SVG与直流系统全过程整体控制策略的系统试验方案，通过现场实施，验证了优化策略的正确性和有效性。

双极型LCC-HVDC直流系统作为黑启动电源的启动方法及策略

王清未, 刘之滨, 陈炳奇, 林济铿

2024, 57(4):  139-150.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202307082

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科学合理的黑启动电源及方案是应对电网灾变停电的最有效策略，可加快其系统恢复进程，大幅减少停电损失。双极型换相换流器型高压直流系统（LCC-HVDC）具有调节灵活输电容量大的优势，但其作为黑启动电源存在一定的困难。提出了以双极型LCC-HVDC为黑启动电源的黑启动方法及完整过程，实现向受端无源网络恢复供电，以加速其恢复进程。首先给出了双极型LCC-HVDC作为黑启动电源时所面临的问题及相应的解决策略；进而给出了双极型LCC-HVDC作为黑启动电源恢复向受端无源网络恢复供电的实现过程。该过程包括2个阶段，第1阶段实现双极型LCC-HVDC的仿融冰模式启动；第2阶段为从仿融冰模式过渡到向受端无源网络恢复供电过程。算例证实了该启动方法的有效性和正确性。该方法使双极型LCC-HVDC具备了黑启动能力，并利用直流系统为受端电网的系统恢复过程提供了电压和频率支撑。

基于有限关键节点及Wasserstein距离的配网拓扑识别

赵耀, 陈永江, 纪坤华, 王云

2024, 57(4):  151-161.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202303122

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明确配电网结构是配电网最优潮流、安全评估、网络重建、故障定位的基础。针对现有配电网拓扑识别方法缺乏结合现有网络结构参数和潮流信息，仅通过量测数据来进行拓扑识别效率低的问题，提出一种基于有限关键节点及Wasserstein距离的配电网拓扑识别方法。首先，利用子空间扰动模型证明配网拓扑变化时，可以利用有限的关键节点来进行拓扑识别，基于熵值法的混合K-Shell算法引入影响度概念，通过影响度与节点电气距离得出节点的重要度，确定配电网拓扑结构中的关键节点。其次，基于密度的噪声应用聚类算法通过电压、电流、有功、无功等4个特征来进行节点的聚类，将其他节点与关键节点进行类别归属，再结合Wasserstein距离得出节点间的连接关系从而得出配电网的拓扑结构。最后，通过IEEE 33节点算例和某小区实例，验证该方法的有效性。该方法极大地提高配电网拓扑识别效率与正确率，实现了配网拓扑结构的动态识别。

基于VMD-SE的电力负荷分量的多特征短期预测

邵必林, 纪丹阳

2024, 57(4):  162-170.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202303085

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为提高电力负荷的预测精度，提出一种基于VMD-SE的电力负荷分量的多特征短期预测方法。首先采用变分模态分解（VMD）将原始负荷分解为一系列模态分量与残差，VMD的分解层数由样本熵值（sample entropy，SE）确定；然后对比原始负荷与模态分量的SE值，重构为平稳分量和波动分量，来降低运算规模；同时利用皮尔逊相关系数来筛选特征变量，删除特征冗余，建立灰狼算法优化后的支持向量回归模型（GWO-SVR）和长短期记忆神经网络（LSTM）分别对平稳分量和波动分量预测；最后以某地区2018—2020年用电负荷为例进行实验。实验证明：此模型精准度高达94.7%，平均绝对百分误差降低到2.98%，具有更好的精准性和适用性。

基于桥臂调制波调整的多端柔直系统直流过电压抑制策略

彭茂兰, 冯雷, 王宇, 徐李清, 赵薇, 郭春义

2024, 57(4):  171-181.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202311116

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基于模块化多电平换流器（modular multilevel converter，MMC）的多端柔性直流输电系统能够实现多电源供电和多落点受电，运行方式灵活，是解决清洁能源并网和消纳问题的有效技术手段。然而当系统受端交流侧发生故障时将出现盈余功率，导致直流过电压问题。对此，提出一种基于桥臂调制波动态调整的多端柔直系统直流过电压抑制策略。所提策略通过在换流阀桥臂调制波中引入直流电压偏差控制，动态调整暂态期间桥臂调制波的直流电压参考值，从而减少桥臂投入的子模块数量，最终达到抑制直流过电压的目的。为验证所提控制策略的有效性，在PSCAD/EMTDC中搭建了送端光水打捆经四端柔性直流输电的外送系统，给出了所提控制策略的参数设计方法。通过设置受端交流系统不同工况，对比研究了所提控制策略投入后的系统直流过电压特性，结果表明所提控制策略可以有效抑制因受端交流侧故障引起的多端柔性直流输电系统的直流过电压。

考虑阻塞分摊和分配公平的微网群竞争交易机制

时珊珊, 冯然, 方陈, 刘舒, 邓莉荣, 王皓靖, 陈浦

2024, 57(4):  182-189.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202306011

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节点边际电价机制难以保证微网真实报价，可能导致市场效率损失。同时考虑到输电线路阻塞情况频发，提出一种考虑阻塞分摊和分配公平的微网群竞争交易机制。首先，基于Vickrey-Clarke-Groves（VCG）理论，提出一种促进微网真实报价的支付模型；其次，由于VCG类机制的固有问题是收支不平衡，且系统存在阻塞加剧了这一不平衡情况，提出一种基于责任分摊法的系统收支不平衡量处理方法，按照微网对阻塞的影响程度将阻塞成本分摊，并将除去阻塞成本的剩余系统收支不平衡量均摊给消费型微网；最后，仿真结果充分验证了所提机制的有效性。

基于智能融合终端云边协同的智能台区实用化设计及应用

陈伟铭, 陈金玉, 范元亮, 吴涵, 李泽文, 王光达, 李怡然

2024, 57(4):  190-199.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202303110

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智能融合终端是配电物联网中智能配电台区的核心管理单元和边缘计算节点，为提升智能融合终端在智能台区实用化应用，提出基于智能融合终端云边协同的智能台区实用化应用设计方法。重点阐述了低压拓扑自动生成、分时分路停送电验证拓扑、可开放容量分析3个应用案例的原理，并介绍了3个案例在智能融合终端、配电主站和移动设备端3个层级的设计和实际应用，提升台区智能化和实用化水平，为智能融合终端在配电物联网台区的实用化应用和云边协同提供参考。

基于不确定参数的变电站碳储量预估方法

陈巳阳, 韩利, 方济中, 丁五行, 成诚, 李文, 张源, 钱勇

2024, 57(4):  200-210.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202311078

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设备资产运维精益管理系统（power production management system，PMS）SF₆气体量数据不全且误差较大，无法为电网企业核算碳储量以及实现待建变电站碳规划提供基础数据。针对上述情况，研究了计及母线和断路器的变电站碳储量核算方法，并结合宁夏电网现场实测数据，通过MIC法筛选神经网络输入参数，构建了6输入参数的GA-BP、PSO-BP、HPO-BP神经网络模型，结果表明HPO-BP神经网络模型的评估指标及预估结果相对误差（6.28%）均优于其余2种神经网络模型，可以准确核算断路器SF₆气体量。针对参数不确定情况，根据PCCs法分析不同参数之间的线性关系，构建了3输入参数的HPO-BP神经网络模型，预估结果相对误差为9.72%。通过遍历输出方式，在参数不确定情况下输出多组断路器SF₆气体量预估数据，利用求和累积方法获取变电站总SF₆气体量，并量化为变电站碳储量，从而为电网企业实现“双碳”目标提供数据支撑。

基于卷积神经网络的暂稳极限功率计算

娄奇鹤, 李荣盛, 谭捷, 袁铁江

2024, 57(4):  211-219.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202301008

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目前求取联络线暂态稳定传输功率极限的时域仿真法和基于李雅普诺夫稳定性理论的直接法计算过程复杂，针对此问题，提出基于卷积神经网络的输电断面暂态稳定极限功率计算方法。首先将系统运行的数据与实验仿真数据相结合，转化为输电断面特征属性，选择输电断面关键特征，将其作为神经网络的输入层向量，然后经过多次训练构建出系统关键特征与输电断面暂态稳定极限功率的非线性映射关系。最后以IEEE14节点进行算例分析，验证了计算方法的可靠性以及有效性。

中压配电线路断线高阻接地故障精细化诊断方法

郑鹏, 韩鹏程, 王国栋, 娄颖

2024, 57(4):  220-228.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202306046

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电力系统中可能会出现多个位置电压降低或电流异常的情况，导致中压直流配电网相关故障信号特征会发生明显的形变波动，超过正常的波动区间，导致故障诊断精细化程度下降。提出了中压配电线路断线高阻接地故障精细化诊断方法。在构建高阻接地电阻模型的基础上，采用小波能量矩算法获取中压配电线路断线高阻接地故障特征，将提取的故障特征输入最小二乘多级支持向量机中，实现中压配电线路断线高阻接地故障精细化诊断。仿真结果表明：所提方法获取的故障相电压波形差异小于2.3%；故障相电流波形相似度高于98%；诊断时间较短，故障诊断时的最高识别率可达到98%，平均识别准确率达到了95%；收敛值达到0.97。由此可知，所提方法抗干扰性能强，可以准确识别光伏能源接入中压配电线路断线高阻接地故障，保证光伏能源接入中压配电线路后的稳定运行。