本文對±10kV基于柔性直流技術(shù)的智能配電網(wǎng)與10kV交流電網(wǎng)之間的連接方式，結(jié)合理論分析和仿真計算分析交直流側(cè)故障之間的相互影響，并從系統(tǒng)運行可靠性和經(jīng)濟性角度提出基于柔性直流技術(shù)的智能配電系統(tǒng)與交流電網(wǎng)之間的推薦的連接方式。
交直流系統(tǒng)之間的連接方式
典型的±10kV基于柔性直流技術(shù)的智能配電網(wǎng)主回路結(jié)構(gòu)圖如圖1，交流側(cè)接入10kV交流配電網(wǎng)，交直流側(cè)不存在電壓匹配的問題，交直流系統(tǒng)之間的連接方式存在配置聯(lián)接變壓器和不配置聯(lián)接變壓器兩種情況。
系統(tǒng)主回路接線是理論分析和仿真建模的基礎(chǔ)，不同的連接方式下，交直流側(cè)接地方式不同，對應系統(tǒng)主回路接線就存在不同的結(jié)構(gòu)，具體如下：
1 配置聯(lián)接變壓器
直流配電系統(tǒng)換流器通過Dyn聯(lián)結(jié)的10kV/10kV聯(lián)接變壓器與10kV交流母線或線路連接，10kV交流系統(tǒng)通過Z型接地變壓器經(jīng)小電阻或消弧線圈接地。
2 不配置聯(lián)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(jù)10kV交流配電系統(tǒng)接地方式，直流系統(tǒng)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(tǒng)經(jīng)小電阻或消弧線圈接地時，該接地點可作為直流側(cè)的地電位參考點；當10kV交流系統(tǒng)不接地時，直流配電系統(tǒng)可通過直流變壓器高壓側(cè)電容中點經(jīng)高電阻接地方式，為直流側(cè)提供地電位參考點。
交直流系統(tǒng)相互影響理論分析
結(jié)合交流配電系統(tǒng)的接地方式，從理論上分析了交流側(cè)故障對直流側(cè)電壓和電流的影響，及直流側(cè)故障對交流側(cè)電壓和電流的影響。其中，交流系統(tǒng)故障考慮單相接地故障和三相短路故障，直流系統(tǒng)故障考慮單極接地故障和雙極短路故障。分析結(jié)果表明：配置獨立的聯(lián)接變壓器時，交流系統(tǒng)單相接地故障對直流側(cè)單極對地電壓及極間電壓均不產(chǎn)生影響；而不配置聯(lián)接變壓器時，單相接地故障下直流單極對地電壓將會出現(xiàn)基頻共模振蕩而產(chǎn)生過電壓。配置聯(lián)接變壓器時，交流系統(tǒng)三相短路故障產(chǎn)生并傳遞到換流閥和直流線路的故障電流小于不配置聯(lián)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(lián)接變壓器時小。
直流側(cè)單極接地故障下，配置聯(lián)接變壓器時，交直流系統(tǒng)接地點相互獨立，交流系統(tǒng)電壓和電流幾乎不受影響；不配置聯(lián)接變壓器時，交直流系統(tǒng)共用接地點，單極接地時交流母線對地電壓也將出現(xiàn)持續(xù)直流分量而產(chǎn)生過電壓，對交流系統(tǒng)設備絕緣造成較大影響。直流雙極短路時，系統(tǒng)中將出現(xiàn)很大的故障電流，電流通過換流閥中的反并聯(lián)二極管傳到交流側(cè)，從而對交流系統(tǒng)造成影響。
建模與仿真分析
根據(jù)系統(tǒng)配置聯(lián)接變壓器和不配置聯(lián)接變壓器時的系統(tǒng)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(shù)的智能配電網(wǎng)仿真模型，仿真計算各種連接方式下交流側(cè)單相接地故障、三相短路故障、直流側(cè)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(tǒng)關(guān)鍵位置的過電壓和過電流。仿真結(jié)果表明：
1）配置聯(lián)接變壓器時，交流系統(tǒng)單相接地故障下，接地電阻兩端最大電壓為5kV，直流側(cè)電壓和電流倍數(shù)均為1；交流系統(tǒng)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(chǎn)生的過電壓為正常運行時的5.7倍；直流側(cè)單極接地故障下，交流母線對地電壓受影響較小；直流側(cè)雙極短路故障下，直流電抗器和橋臂電抗器上會產(chǎn)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(lián)接變壓器時，交流系統(tǒng)經(jīng)小電阻接地、經(jīng)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(tǒng)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(cè)電壓/電流倍數(shù)分別為2.98/1.17、6.92/1.2、2.04/1.2；交流系統(tǒng)三相短路故障下，橋臂電抗器兩端過電壓倍數(shù)分別為7.9、11.5、11.5；直流側(cè)單極接地故障下，交流系統(tǒng)經(jīng)消弧線圈接地時直流側(cè)極間電壓無法維持穩(wěn)定，而交流系統(tǒng)其他兩種接線情況下交流系統(tǒng)中都將出現(xiàn)持續(xù)的直流分量，從而產(chǎn)生過電壓，交流母線對地電壓過電壓倍數(shù)分別為2.53、2.72、2.2；直流側(cè)雙極短路故障下，直流電抗器和橋臂電抗器上均會產(chǎn)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(lián)接變壓器的情況，曲線2、3、4分別為不配置聯(lián)接變壓器交流系統(tǒng)經(jīng)小電阻接地、經(jīng)消弧線圈接地、不接地時的情況。
由此可知，配置聯(lián)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(tǒng)運行可靠性，并節(jié)約成本。
上述理論分析及仿真結(jié)果均表明配置聯(lián)接變壓器能有效隔離交直流系統(tǒng)之間的故障，減小交直流側(cè)故障對彼此關(guān)鍵設備的沖擊，提高交直流配電系統(tǒng)運行的可靠性。因此，建議±10kV柔性直流配電系統(tǒng)通過聯(lián)接變壓器與10kV交流配電網(wǎng)連接。
結(jié)論
本文結(jié)合理論與仿真分析，得出配置聯(lián)接變壓器時，交流系統(tǒng)單相接地故障下，直流側(cè)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(tǒng)可持續(xù)運行，從而大大提高了直流配電系統(tǒng)的可靠性，且配置聯(lián)接變壓器時，交流側(cè)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(lián)接變壓器的情況，可降低對關(guān)鍵設備的要求，從而大大節(jié)約成本。因此，建議基于柔性直流技術(shù)的智能配電網(wǎng)通過聯(lián)接變壓器與交流配電網(wǎng)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(wǎng)與交流電網(wǎng)的連接方式的研究提供借鑒和參考。 來源：電力系統(tǒng)自動化微信公眾號
