本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，更準(zhǔn)確地說(shuō)本發(fā)明涉及一種基于柔性直流組網(wǎng)技術(shù)的低壓直流配電網(wǎng)的接地電路。

背景技術(shù)：

基于柔性直流組網(wǎng)技術(shù)的低壓直流配電網(wǎng)是一種基于多端直流輸電(multi terminal direct current, MTDC)、柔性控制技術(shù)、配網(wǎng)能量管理的復(fù)合型技術(shù)，可用于支持電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)等直流負(fù)荷。這種配電網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)區(qū)潮流功率互供，提高充電站建設(shè)的靈活性，在現(xiàn)有交流配電網(wǎng)架構(gòu)和容量下可提升電動(dòng)汽車(chē)負(fù)荷的接入能力。

由于電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)等直流負(fù)荷的母線電壓多為400V或690V，因此低壓直流配電網(wǎng)的換流站不需采用H橋或MMC拓?fù)?，僅需采用2電平或3電平電壓源變流器(voltage sourse converter, VSC)拓?fù)浼纯蓪?shí)現(xiàn)由低壓配電電壓到直流供電電壓的變換。這種基于最成熟拓?fù)浼軜?gòu)的低壓多端直流配電系統(tǒng)極大減少了閥內(nèi)開(kāi)關(guān)器件的數(shù)量，不僅具有單位直流母線電壓的最佳經(jīng)濟(jì)性，還提高了閥組的運(yùn)行可靠性，降低了閥站損耗。

接地電路對(duì)于基于柔性直流組網(wǎng)技術(shù)的低壓直流配電網(wǎng)的暫穩(wěn)態(tài)工作特性具有重要影響。如果接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，不但會(huì)影響本臺(tái)區(qū)換流站，還會(huì)通過(guò)直流回路傳遞到其他互聯(lián)的換流站，影響其他站的暫穩(wěn)態(tài)工作性能。

常規(guī)柔性直流輸電系統(tǒng)的接地方式在當(dāng)前工程及學(xué)術(shù)文獻(xiàn)中大部分采用雙極方式運(yùn)行，即直流電容中點(diǎn)直接接地，以鉗制直流側(cè)中點(diǎn)電位和控制絕緣水平。文獻(xiàn)1《兩電平VSC-HVDC系統(tǒng)直流側(cè)接地方式選擇》（管敏淵、徐政，《電力系統(tǒng)自動(dòng)化》, 2009, 33(5):55-60）提出背靠背柔性直流系統(tǒng)的直流側(cè)均需接地，以限制直流側(cè)不平衡諧波電流，但沒(méi)有提出直流側(cè)及交流側(cè)接地方式的選擇。文獻(xiàn)2《電壓源換相高壓直流輸電系統(tǒng)接地方式設(shè)計(jì)》（楊杰、鄭健超、湯廣福、賀之淵，《中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)》, 2010(19):14-19）提出濾波器中點(diǎn)與直流電容中點(diǎn)連接，然后經(jīng)過(guò)高阻接地。該方式可有效抑制入地零序電流，提升直流側(cè)中性點(diǎn)穩(wěn)定性，但換流系統(tǒng)中仍存在零序回路，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行或不平衡故障時(shí)仍存在零序電流分量，不僅增加系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)損耗，還加重了暫態(tài)故障的嚴(yán)重程度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中基于柔性直流組網(wǎng)技術(shù)的低壓直流配電網(wǎng)的接地電路存在的問(wèn)題，提供一種新的基于柔性直流組網(wǎng)技術(shù)的低壓直流配電網(wǎng)的接地電路。

典型的基于柔性直流組網(wǎng)技術(shù)的低壓直流配電網(wǎng)一般包括交流配電臺(tái)區(qū)、配電換流站和直流配電線路，交流配電臺(tái)區(qū)和配電換流站均為多個(gè)，每個(gè)交流配電臺(tái)區(qū)對(duì)接一個(gè)配電換流站，其中交流配電臺(tái)區(qū)包括交流配電變壓器，負(fù)責(zé)將交流系統(tǒng)的交流高壓降為交流低壓，配電換流站包括VSC電壓源變流器，各VSC電壓源變流器的交流側(cè)與相應(yīng)的交流配電臺(tái)區(qū)的交流配電變壓器的低壓端相接，各VSC電壓源變流器的直流側(cè)通過(guò)直流配電線路相連組網(wǎng)。

而本發(fā)明的技術(shù)方案則是：各VSC電壓源變流器的交流測(cè)通過(guò)交流濾波器直接接地，各VSC電壓源變流器的直流側(cè)不接地。

本發(fā)明的有益效果如下：由于各VSC電壓源變流器的交流測(cè)通過(guò)交流濾波器直接接地，可通過(guò)交流濾波器將零序諧波電流濾除，避免零序諧波分量流經(jīng)變壓器回路并產(chǎn)生損耗，同時(shí)確保了交流濾波器的濾波效率。而各VSC電壓源變流器的直流側(cè)不接地的情況下，入地電流中零序諧波的幅值大大減少，系統(tǒng)損耗、網(wǎng)側(cè)電壓畸變率等穩(wěn)態(tài)特性影響也最小。經(jīng)暫態(tài)工況仿真計(jì)算也可證明，所選接地方式在交/直流發(fā)生接地故障時(shí)具有較優(yōu)的暫態(tài)特性。因此，本發(fā)明對(duì)于抑制基于柔性直流組網(wǎng)技術(shù)的低壓直流配電網(wǎng)的零序入地電流、保持交流濾波器效率，提升穩(wěn)態(tài)及故障暫態(tài)穩(wěn)定性、改善故障恢復(fù)特性具有重要意義。

附圖說(shuō)明

圖1為基于柔性直流組網(wǎng)技術(shù)的低壓直流配電網(wǎng)典型系統(tǒng)架構(gòu)圖。

圖2為基于柔性直流組網(wǎng)技術(shù)的低壓直流配電網(wǎng)單臺(tái)區(qū)內(nèi)系統(tǒng)接地電路圖。

圖3為基于配網(wǎng)等值系統(tǒng)參數(shù)的4端低壓直流配電網(wǎng)仿真模型圖。

圖4為交流側(cè)濾波器不接地時(shí)直流配網(wǎng)中VSC交流濾波器中點(diǎn)電壓情況圖。

圖5為直流側(cè)中性點(diǎn)直接接地下零序電流幅值頻譜圖。

圖6為直流側(cè)中性點(diǎn)高阻接地下零序電流幅值頻譜圖。

圖7為直流側(cè)中性點(diǎn)不接地下零序電流幅值頻譜圖。

具體實(shí)施方式

下面參照附圖并結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實(shí)施例一：

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，為一個(gè)4配網(wǎng)臺(tái)區(qū)的基于柔性直流組網(wǎng)技術(shù)的低壓直流配電網(wǎng)系統(tǒng)的接地電路。

該4配網(wǎng)臺(tái)區(qū)的基于柔性直流組網(wǎng)技術(shù)的低壓直流配電網(wǎng)如圖1所示，包括交流配電臺(tái)區(qū)、配電換流站和直流配電線路，交流配電臺(tái)區(qū)和配電換流站均為多個(gè)，每個(gè)交流配電臺(tái)區(qū)對(duì)接一個(gè)配電換流站，其中交流配電臺(tái)區(qū)包括交流配電變壓器，負(fù)責(zé)將交流系統(tǒng)的交流高壓降為交流低壓，配電換流站包括前級(jí)AC/DC變流器（通過(guò)VSC電壓源變流器實(shí)現(xiàn)）和后級(jí)DC/DC變換器，各前級(jí)AC/DC變流器的交流側(cè)與相應(yīng)的交流配電臺(tái)區(qū)的交流配電變壓器的低壓端相接，各前級(jí)AC/DC變流器的直流側(cè)通過(guò)直流配電線路相連組網(wǎng)。各前級(jí)AC/DC變換器輸出直流低壓給其后級(jí)DC/DC變換器，再由相應(yīng)的后級(jí)DC/DC變換器輸出充電電壓用于電動(dòng)汽車(chē)充電。

基于三相瞬時(shí)功率理論及優(yōu)化下垂雙環(huán)控制策略，可在PSCAD/EMTDC中基于電網(wǎng)等值系統(tǒng)參數(shù)建立圖1配電網(wǎng)系統(tǒng)的仿真模型，如圖3所示。可選取臺(tái)區(qū)1為典型分析對(duì)象，換流站采用2電平VSC，換流容量為100kVA，開(kāi)關(guān)頻率f=1350Hz，直流電壓U_dc=1000V，換流電抗器為0.7mH（0.158pu.），直流側(cè)電容值為3800uF，配電變壓器為10kV/400V/100kVA，交流濾波器采用二階高通濾波器設(shè)計(jì)。設(shè)定穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)供功率為90kVA，無(wú)功補(bǔ)償功率為40kVA，以下說(shuō)明中交/直流側(cè)發(fā)生接地故障均設(shè)定系統(tǒng)運(yùn)行在該工況。

本實(shí)施例各VSC電壓源變流器的交流側(cè)接地電路設(shè)計(jì)為通過(guò)交流濾波器直接接地，如圖2所示。以上述模型參數(shù)進(jìn)行仿真分析為例。由于電網(wǎng)中交流配電變壓器400V低壓側(cè)通常采用星型直接接地方式，若交流濾波器采用不接地方式，則濾波器的中性點(diǎn)電位為脈沖電平，如圖4所示。相比交流濾波器直接接地方式的中性點(diǎn)電位恒為零，不接地情況下中性點(diǎn)電壓的共模振蕩幅值為477V，這增加了交流濾波器的絕緣電壓水平及制造成本。同時(shí)，若VSC電壓源變流器的直流側(cè)按雙極方式直接接地，或者不平衡接地故障發(fā)生，VSC換流系統(tǒng)存在零序流通回路和零序電流。如交流濾波器采用直接接地方式，則可通過(guò)交流濾波器將零序諧波電流濾除，避免零序諧波分量流經(jīng)變壓器回路并產(chǎn)生損耗，同時(shí)確保了交流濾波器的濾波效率，而交流濾波器不接地方式則無(wú)法濾除零序諧波電流。因此，針對(duì)低壓直流配電網(wǎng)，各VSC電壓源變流器的交流側(cè)接地電路設(shè)計(jì)為通過(guò)交流濾波器直接接地為較優(yōu)。

本實(shí)施例各VSC電壓源變流器的直流側(cè)設(shè)計(jì)為不接地方式，亦如圖2所示。以上述模型進(jìn)行仿真分析為例。系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，在交流側(cè)直接接地的前提下，直流側(cè)分別采用直接接地、高阻(50Ω)接地、不接地方式下零序入地電流的頻譜分布如圖5-7所示。具體而言，直接接地方式下，開(kāi)關(guān)倍頻27次零序電流為28.217A，高阻接地方式下，開(kāi)關(guān)倍頻27次零序電流為4.338A，不接地方式下，開(kāi)關(guān)倍頻27次零序電流為0.288A。三種接地方式下網(wǎng)側(cè)線電壓的總諧波失真（諧波含量）分別為1.632%、1.661%和1.589%。因此，直流側(cè)中性點(diǎn)不接地，相比另外兩種接地方式，不接地方式的入地電流中零序諧波的幅值大大減少，系統(tǒng)損耗、網(wǎng)側(cè)電壓畸變率等穩(wěn)態(tài)特性影響也最小。由網(wǎng)側(cè)線電壓的總諧波失真（諧波含量）可知，交流側(cè)濾波器接地時(shí)，無(wú)論直流側(cè)為何種接地方式，交流側(cè)濾波器的濾波效果也在并網(wǎng)允許范圍內(nèi)，這說(shuō)明交流濾波器通過(guò)低阻抗濾波回路有效抑制了零序諧波電流。因此，針對(duì)低壓直流配電網(wǎng)，直流側(cè)取不接地方式為較優(yōu)。

同時(shí)，如果直流側(cè)取直接接地方式，會(huì)使VSC換流系統(tǒng)存在零序回路且零序阻抗較小，在AC/DC變流器交流側(cè)發(fā)生單相接地等不平衡故障時(shí)，其零序故障電流的引入使故障工況相比直流側(cè)不接地或高阻這兩種方式的故障工況更為嚴(yán)重。針對(duì)交流側(cè)直接接地、直流側(cè)分別采用不接地、高阻接地及直接接地方式，進(jìn)行在交流側(cè)發(fā)生接地故障時(shí)的故障暫態(tài)特性仿真分析，得到的結(jié)果是，相比直流側(cè)高阻接地和直接接地，直流側(cè)支撐電容中性點(diǎn)采用不接地方式，發(fā)生單相接地故障時(shí)在故障期故障電流水平、直流極間電壓降幅，以及故障恢復(fù)期直流極間電壓、相電流水平、瞬時(shí)功率峰值方面，均存在暫態(tài)運(yùn)行優(yōu)勢(shì)，因此是較佳的接地方式。

同時(shí)，針對(duì)交流側(cè)直接接地、直流側(cè)分別采用不接地、高阻接地及直接接地方式，進(jìn)行在直流側(cè)發(fā)生正極接地故障時(shí)的故障暫態(tài)特性仿真分析，得到的結(jié)果是，直流側(cè)中性點(diǎn)采用不接地方式時(shí)，直流側(cè)故障電流水平、直流故障恢復(fù)暫態(tài)過(guò)電壓，相比高阻接地和直接接地兩種方式，在暫態(tài)故障特性軍存在較大優(yōu)勢(shì)，因此是較佳的接地方式。

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但實(shí)施例并不是用來(lái)限定本發(fā)明的。在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，所做的任何等效變化或潤(rùn)飾，同樣屬于本發(fā)明之保護(hù)范圍。因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本申請(qǐng)的權(quán)利要求所界定的內(nèi)容為標(biāo)準(zhǔn)。