（德宏供电局）
摘要：在直流配电设计工作开展过程中，柔性直流技术的智能配电网交流电网连接方式，影响着整个直流配电的设计效果。所以，在智能配电网操控工作开展过程中应提高对其的重视程度。同时，经过对系统主回路接线的分析，利用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立仿真模型，以仿真模型分析方式探讨不同连接的仿真计算，最后提出最佳的交流电网接入方式，达到经济性的柔性直流技术应用目的，满足直流配电系统开发需求。
关键词：柔性直流技术；智能配电网；交流电网
前言
柔性直流技术的智能配电网接入交流电网方式与传统交流配电网相比，有着明显的优势。即电能质量高、供电容量大、线路损耗小。所以，在智能配电网实际开发过程中应强化对这一种方式的运用。同时，在柔性直流技术应用时，应善于利用变压器，实现交流电网的联接或者以直接连接方式，连接桥臂电抗器和交流母线，达到最佳的交流电网连接效果。本文将以10kV交流电网为例，探究柔性直流技术的智能配电网接入交流电网方式。
一、系统主回路接线
在典型的±10kV基于柔性直流技术的智能配电网主回路结构图中，10kV交流配电网的接入方式一共分为了两种情况。其一，是存在配置联接变压器的情况。其二，是不配置联接变压器的情况。如，图1：
图1 基于柔性直流的智能配电系统结构
从图1即可看出，在基于柔性直流的智能配电网系统结构中一共包括了电压源型换流器、直流变压器、单向DCDC变换器、单向DC/AC变换器、变压器、直流断路器/负荷开关等若干个配置。而在系统配置确定的基础上，它的连接方式有所不同。所以，将通过仿真模型的构建与分析，选出最优的交流电网接入方式，打造一个相对稳定的系统运行环境。
二、建模与仿真
（一）系统建模
因为，该系统配置共分为存在配置联接变压器和不配置联接变压器两种情况。所以，在系统建模工作开展过程中，将分别画出两种不同情况的接线图。同时，利用PSCAD软件，构建相应的仿真模型，且在±10kV基于柔性直流技术的智能配电网仿真模型构建的基础上，合理化选择系统配置。如，在系统两端的交流电源选择时，应尽量选择110kV理想电压源，并在系统模拟期间设计一个110kV/10kV的电力变压器。因为，110kV/10kV的电力变压器可以引出10kV的交流母线，由此实现对系统仿真的辅助。此外，在±10kV基于柔性直流技术的智能配电网系统建模工作开展过程中，也应注重把换流器确定为模块化、多电平的配置结构。这种换流器配置主要分为上桥臂、下桥臂两个组成部分。同时，各个部分分别拥有25个子模块。另外，基于系统建模工作开展的基础上，应对各个系统结构进行科学选择。其中，在桥臂电抗器选择时，应选择2.5mH的配置，而IGBT的选择，则应选择CM2400HC-34H类型。同时，在系统配置实际规划中，注重设置8mH的直流电抗器，30000μF的电容，且设定模型中的直流电压是±10kV，最大功率是23MW，功率整定值是0Mvar，并在模型操控过程中，采取定无功功率的控制方法，由此满足系统模型构建需求，达到最佳的模型构建效果。
（二）计算条件
基于本系统模型确定的基础上，将根据配置联接变压器和不配置联接变压器两种情况，确定系统仿真分析过程中的计算条件。如下：
第一，在仿真计算条件确定过程中，为了获取真实、有效的模型计算结果，应把系统模型置入到四种情况下。其一，是直流双极短路故障工况；其二，是直流侧单极接地故障工况；其三，是三相短路故障工况；其四，是交流侧单相接地故障工况。同时，在仿真工况确定的基础上，注重计算每个工况下的过电压和过电流，达到系统方针计算目的；
第二，在仿真计算工作开展过程中，为了保证计算结果的精准性，符合系统仿真需求，将把所有工况下的故障时刻设定为1.0s，而故障持续时间则所有差异。即交流侧故障和直流单极故障、双极短路故障的持续时间分别是0.05s、1.0s、0.005s，并设定仿真环境下的步长是3μs，由此展开计算行为；
第三，因为，在本系统仿真活动开展过程中未考虑保护策略问题。所以，在仿真计算时，将把自清除作为系统仿真的计算方法，达到高效性的仿真结果计算目的。
（三）仿真结果分析
从交流系统的过电压和过电流计算结果来看，当系统配置联接变压器时，其过电压和过电流的计算结果如下：
从表2即可看出，与配置联接变压器相比，在系统三相接地故障工况下，直流侧电压和电流会受到一定影响。即在接地故障工况下，10kV交流母线的过电压是是正常条件下的3.13倍，超过了1。而直流极线对地也达到了3.00倍，产生了较大的过电压变化情况。另外，从短路故障角度来看，桥臂电抗器两侧过电压和10kV交流母线、桥臂电抗器、直流极线的过电流均超过了1倍。即三相短路、单极接地、双极短路故障工况，均会引起电压和电流的变化，并使得电压和电流出现较大的波动，形成不稳定系统运行问题，且对系统运行产生了一定的冲击。
从电压冲击角度来看，配置联接变压器明显要比不配置变压器的情况更为稳定。如，图2和图3：
图2和图3分别表示三相短路故障时流过换流阀的电流波形和三相短路故障时桥臂电抗器电压波形。图中的曲线1代表配置联接变压器的连接情况，而曲线2和曲线3、曲线4是用来表示不配置变压器的情况。经过曲线图分析结果可知，三相短路故障对配置联接变压器的冲击要小些。所以，在交流电网接入方式选择过程中，应注重采取基于柔性直流技术的智能配电网接入方式。同时，在智能配电网实际规划过程中，为了保证系统运行稳定性，尽量选择通流能力较小的换流阀，这样一来，不仅可以节约系统运行成本，也可以保证系统运行安全性。
图2 三相短路故障时流过换流阀电流波形
图3 三相短路故障时桥臂电抗器的电压波形
即配置联接变压器，有着隔离故障的优势特点。所以，在智能配电网设计过程中，应注重利用联接变压器，连接±10kV柔性直流配电网和交流配电网，由此打造故障抵御能力较强的配电系统，满足系统的运行要求。
结论：综上可知，当系统的连接方式，采取的是配置联接变压器时，那么直流侧电压和电流将不受交流系统单相接地故障问题的影响。同时，交流母线也几乎不会受到直流单极接地故障的冲击。即直流配电系统运行较为稳定。而若系统处于不配置联接变压器的工况条件下，直流侧电压将会受到单相接地故障的影响，甚至表现出无法持续运行的故障问题。此外，当交流侧三相短路故障出现在这两种情况下时，配置联接变压器中的电压冲击明显要小。所以，在交流电网接入工作开展过程中，应注重推广柔性直流技术智能配电网接入方法。
参考文献：
[1]李霞林，郭力，王成山等.直流微电网关键技术研究综述[J].中国电机工程学报，2016，11（01）：2-17.
[2]刘国伟，赵彪，赵宇明等.中压柔性直流配电技术在深圳电网的应用框架[J].南方电网技术，2015，12（09）：1-10.
[3]王一振，赵彪，袁志昌等.柔性直流技术在能源互联网中的应用探讨[J].中国电机工程学报，2015，20（14）：3551-3560.
[4]宋强，赵彪，刘文华等.智能直流配电网研究综述[J].中国电机工程学报，2013，30（25）：9-19+5.
[5]李岩，罗雨，许树楷等.柔性直流输电技术：应用、进步与期望[J].南方电网技术，2015，11（01）：7-13.
论文作者:陆永林
论文发表刊物:《电力设备》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/23
标签：系统论文; 柔性论文; 故障论文; 变压器论文; 电网论文; 工况论文; 过电压论文; 《电力设备》2017年第15期论文;