本文對±10kV基于柔性直流技術的智能配電網與10kV交流電網之間的連接方式，結合理論分析和仿真計算分析交直流側故障之間的相互影響，并從系統運行可靠性和經濟性角度提出基于柔性直流技術的智能配電系統與交流電網之間的推薦的連接方式。
交直流系統之間的連接方式
典型的±10kV基于柔性直流技術的智能配電網主回路結構圖如圖1，交流側接入10kV交流配電網，交直流側不存在電壓匹配的問題，交直流系統之間的連接方式存在配置聯接變壓器和不配置聯接變壓器兩種情況。
系統主回路接線是理論分析和仿真建模的基礎，不同的連接方式下，交直流側接地方式不同，對應系統主回路接線就存在不同的結構，具體如下：
1 配置聯接變壓器
直流配電系統換流器通過Dyn聯結的10kV/10kV聯接變壓器與10kV交流母線或線路連接，10kV交流系統通過Z型接地變壓器經小電阻或消弧線圈接地。
2 不配置聯接變壓器
換流器通過交流電抗器直接與10kV交流母線或線路連接。根據10kV交流配電系統接地方式，直流系統的接地方式有三種可能，對應的主回路接線也有三種情況。其中，當10kV交流系統經小電阻或消弧線圈接地時，該接地點可作為直流側的地電位參考點；當10kV交流系統不接地時，直流配電系統可通過直流變壓器高壓側電容中點經高電阻接地方式，為直流側提供地電位參考點。
交直流系統相互影響理論分析
結合交流配電系統的接地方式，從理論上分析了交流側故障對直流側電壓和電流的影響，及直流側故障對交流側電壓和電流的影響。其中，交流系統故障考慮單相接地故障和三相短路故障，直流系統故障考慮單極接地故障和雙極短路故障。分析結果表明：配置獨立的聯接變壓器時，交流系統單相接地故障對直流側單極對地電壓及極間電壓均不產生影響；而不配置聯接變壓器時，單相接地故障下直流單極對地電壓將會出現基頻共模振蕩而產生過電壓。配置聯接變壓器時，交流系統三相短路故障產生并傳遞到換流閥和直流線路的故障電流小于不配置聯接變壓器的情況，且故障電流對換流閥、橋臂電抗器的沖擊也較不配置聯接變壓器時小。
直流側單極接地故障下，配置聯接變壓器時，交直流系統接地點相互獨立，交流系統電壓和電流幾乎不受影響；不配置聯接變壓器時，交直流系統共用接地點，單極接地時交流母線對地電壓也將出現持續直流分量而產生過電壓，對交流系統設備絕緣造成較大影響。直流雙極短路時，系統中將出現很大的故障電流，電流通過換流閥中的反并聯二極管傳到交流側，從而對交流系統造成影響。
建模與仿真分析
根據系統配置聯接變壓器和不配置聯接變壓器時的系統主回路接線圖，在PSCAD中搭建了不同連接方式下±10kV基于柔性直流技術的智能配電網仿真模型，仿真計算各種連接方式下交流側單相接地故障、三相短路故障、直流側單極接地故障和雙極短路故障四種故障工況下，直流配電系統關鍵位置的過電壓和過電流。仿真結果表明：
1）配置聯接變壓器時，交流系統單相接地故障下，接地電阻兩端最大電壓為5kV，直流側電壓和電流倍數均為1；交流系統三相短路故障下，交流母線上流過的短路電流最大值為11.22kA，該電流在橋臂電抗器兩端產生的過電壓為正常運行時的5.7倍；直流側單極接地故障下，交流母線對地電壓受影響較??；直流側雙極短路故障下，直流電抗器和橋臂電抗器上會產生很大的過電壓，交流母線電壓也升高到較高水平。
2）不配置聯接變壓器時，交流系統經小電阻接地、經消弧線圈接地和不接地三種接線情況：交流單相接地故障下，直流系統地電位參考點的最大過電壓值分別為5.2kV、42.8kV、10.3kV，直流側電壓/電流倍數分別為2.98/1.17、6.92/1.2、2.04/1.2；交流系統三相短路故障下，橋臂電抗器兩端過電壓倍數分別為7.9、11.5、11.5；直流側單極接地故障下，交流系統經消弧線圈接地時直流側極間電壓無法維持穩定，而交流系統其他兩種接線情況下交流系統中都將出現持續的直流分量，從而產生過電壓，交流母線對地電壓過電壓倍數分別為2.53、2.72、2.2；直流側雙極短路故障下，直流電抗器和橋臂電抗器上均會產生很大的過電壓，交流母線電壓均升高到較高水平。
不同接線形式下通過換流閥的電流和橋臂電抗器兩端的電壓波形分別如圖2中的(a)和(b)所示。其中，曲線1為配置聯接變壓器的情況，曲線2、3、4分別為不配置聯接變壓器交流系統經小電阻接地、經消弧線圈接地、不接地時的情況。
由此可知，配置聯接變壓器時，可以選擇通流能力更小的換流閥和絕緣水平較低的橋臂電抗器，從而大大提高系統運行可靠性，并節約成本。
上述理論分析及仿真結果均表明配置聯接變壓器能有效隔離交直流系統之間的故障，減小交直流側故障對彼此關鍵設備的沖擊，提高交直流配電系統運行的可靠性。因此，建議±10kV柔性直流配電系統通過聯接變壓器與10kV交流配電網連接。
結論
本文結合理論與仿真分析，得出配置聯接變壓器時，交流系統單相接地故障下，直流側電壓和電流基本不受影響；直流單極接地故障下，交流母線電壓幾乎不受影響，系統可持續運行，從而大大提高了直流配電系統的可靠性，且配置聯接變壓器時，交流側三相短路故障對換流閥電流沖擊和對橋臂電抗器的電壓沖擊，明顯小于不配置聯接變壓器的情況，可降低對關鍵設備的要求，從而大大節約成本。因此，建議基于柔性直流技術的智能配電網通過聯接變壓器與交流配電網連接。同時，本文的研究思路可為不同電壓等級的直流配電網與交流電網的連接方式的研究提供借鑒和參考。 來源：電力系統自動化微信公眾號
