本實用新型屬于電力電子技術領域，更準確地說本實用新型涉及一種基于柔性直流組網技術的低壓直流配電網的接地電路。

背景技術：

基于柔性直流組網技術的低壓直流配電網是一種基于多端直流輸電(multi terminal direct current, MTDC)、柔性控制技術、配網能量管理的復合型技術，可用于支持電動汽車充電機等直流負荷。這種配電網絡可實現多臺區潮流功率互供，提高充電站建設的靈活性，在現有交流配電網架構和容量下可提升電動汽車負荷的接入能力。

由于電動汽車充電機等直流負荷的母線電壓多為400V或690V，因此低壓直流配電網的換流站不需采用H橋或MMC拓撲，僅需采用2電平或3電平電壓源變流器(voltage sourse converter, VSC)拓撲即可實現由低壓配電電壓到直流供電電壓的變換。這種基于最成熟拓撲架構的低壓多端直流配電系統極大減少了閥內開關器件的數量，不僅具有單位直流母線電壓的最佳經濟性，還提高了閥組的運行可靠性，降低了閥站損耗。

接地電路對于基于柔性直流組網技術的低壓直流配電網的暫穩態工作特性具有重要影響。如果接地系統設計不合理，不但會影響本臺區換流站，還會通過直流回路傳遞到其他互聯的換流站，影響其他站的暫穩態工作性能。

常規柔性直流輸電系統的接地方式在當前工程及學術文獻中大部分采用雙極方式運行，即直流電容中點直接接地，以鉗制直流側中點電位和控制絕緣水平。文獻1《兩電平VSC-HVDC系統直流側接地方式選擇》（管敏淵、徐政，《電力系統自動化》, 2009, 33(5):55-60）提出背靠背柔性直流系統的直流側均需接地，以限制直流側不平衡諧波電流，但沒有提出直流側及交流側接地方式的選擇。文獻2《電壓源換相高壓直流輸電系統接地方式設計》（楊杰、鄭健超、湯廣福、賀之淵，《中國電機工程學報》, 2010(19):14-19）提出濾波器中點與直流電容中點連接，然后經過高阻接地。該方式可有效抑制入地零序電流，提升直流側中性點穩定性，但換流系統中仍存在零序回路，穩態運行或不平衡故障時仍存在零序電流分量，不僅增加系統穩態損耗，還加重了暫態故障的嚴重程度。

技術實現要素：

本實用新型的目的是：針對現有技術中基于柔性直流組網技術的低壓直流配電網的接地電路存在的問題，提供一種新的基于柔性直流組網技術的低壓直流配電網的接地電路。

典型的基于柔性直流組網技術的低壓直流配電網一般包括交流配電臺區、配電換流站和直流配電線路，交流配電臺區和配電換流站均為多個，每個交流配電臺區對接一個配電換流站，其中交流配電臺區包括交流配電變壓器，負責將交流系統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與相應的交流配電臺區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通過直流配電線路相連組網。

而本實用新型的技術方案則是：各VSC電壓源變流器的交流測通過交流濾波器直接接地，各VSC電壓源變流器的直流側不接地。

本實用新型的有益效果如下：由于各VSC電壓源變流器的交流測通過交流濾波器直接接地，可通過交流濾波器將零序諧波電流濾除，避免零序諧波分量流經變壓器回路并產生損耗，同時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，系統損耗、網側電壓畸變率等穩態特性影響也最小。經暫態工況仿真計算也可證明，所選接地方式在交/直流發生接地故障時具有較優的暫態特性。因此，本實用新型對于抑制基于柔性直流組網技術的低壓直流配電網的零序入地電流、保持交流濾波器效率，提升穩態及故障暫態穩定性、改善故障恢復特性具有重要意義。

附圖說明

圖1為基于柔性直流組網技術的低壓直流配電網典型系統架構圖。

圖2為基于柔性直流組網技術的低壓直流配電網單臺區內系統接地電路圖。

圖3為基于配網等值系統參數的4端低壓直流配電網仿真模型圖。

圖4為交流側濾波器不接地時直流配網中VSC交流濾波器中點電壓情況圖。

圖5為直流側中性點直接接地下零序電流幅值頻譜圖。

圖6為直流側中性點高阻接地下零序電流幅值頻譜圖。

圖7為直流側中性點不接地下零序電流幅值頻譜圖。

具體實施方式

下面參照附圖并結合實例對本實用新型作進一步詳細描述。

實施例一：

本實用新型的一個實施例，為一個4配網臺區的基于柔性直流組網技術的低壓直流配電網系統的接地電路。

該4配網臺區的基于柔性直流組網技術的低壓直流配電網如圖1所示，包括交流配電臺區、配電換流站和直流配電線路，交流配電臺區和配電換流站均為多個，每個交流配電臺區對接一個配電換流站，其中交流配電臺區包括交流配電變壓器，負責將交流系統的交流高壓降為交流低壓，配電換流站包括前級AC/DC變流器（通過VSC電壓源變流器實現）和后級DC/DC變換器，各前級AC/DC變流器的交流側與相應的交流配電臺區的交流配電變壓器的低壓端相接，各前級AC/DC變流器的直流側通過直流配電線路相連組網。各前級AC/DC變換器輸出直流低壓給其后級DC/DC變換器，再由相應的后級DC/DC變換器輸出充電電壓用于電動汽車充電。

基于三相瞬時功率理論及優化下垂雙環控制策略，可在PSCAD/EMTDC中基于電網等值系統參數建立圖1配電網系統的仿真模型，如圖3所示?？蛇x取臺區1為典型分析對象，換流站采用2電平VSC，換流容量為100kVA，開關頻率f=1350Hz，直流電壓U_dc=1000V，換流電抗器為0.7mH（0.158pu.），直流側電容值為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計。設定穩態轉供功率為90kVA，無功補償功率為40kVA，以下說明中交/直流側發生接地故障均設定系統運行在該工況。

本實施例各VSC電壓源變流器的交流側接地電路設計為通過交流濾波器直接接地，如圖2所示。以上述模型參數進行仿真分析為例。由于電網中交流配電變壓器400V低壓側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電位恒為零，不接地情況下中性點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，若VSC電壓源變流器的直流側按雙極方式直接接地，或者不平衡接地故障發生，VSC換流系統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，則可通過交流濾波器將零序諧波電流濾除，避免零序諧波分量流經變壓器回路并產生損耗，同時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法濾除零序諧波電流。因此，針對低壓直流配電網，各VSC電壓源變流器的交流側接地電路設計為通過交流濾波器直接接地為較優。

本實施例各VSC電壓源變流器的直流側設計為不接地方式，亦如圖2所示。以上述模型進行仿真分析為例。系統穩態運行時，在交流側直接接地的前提下，直流側分別采用直接接地、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，開關倍頻27次零序電流為28.217A，高阻接地方式下，開關倍頻27次零序電流為4.338A，不接地方式下，開關倍頻27次零序電流為0.288A。三種接地方式下網側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，直流側中性點不接地，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，系統損耗、網側電壓畸變率等穩態特性影響也最小。由網側線電壓的總諧波失真（諧波含量）可知，交流側濾波器接地時，無論直流側為何種接地方式，交流側濾波器的濾波效果也在并網允許范圍內，這說明交流濾波器通過低阻抗濾波回路有效抑制了零序諧波電流。因此，針對低壓直流配電網，直流側取不接地方式為較優。

同時，如果直流側取直接接地方式，會使VSC換流系統存在零序回路且零序阻抗較小，在AC/DC變流器交流側發生單相接地等不平衡故障時，其零序故障電流的引入使故障工況相比直流側不接地或高阻這兩種方式的故障工況更為嚴重。針對交流側直接接地、直流側分別采用不接地、高阻接地及直接接地方式，進行在交流側發生接地故障時的故障暫態特性仿真分析，得到的結果是，相比直流側高阻接地和直接接地，直流側支撐電容中性點采用不接地方式，發生單相接地故障時在故障期故障電流水平、直流極間電壓降幅，以及故障恢復期直流極間電壓、相電流水平、瞬時功率峰值方面，均存在暫態運行優勢，因此是較佳的接地方式。

同時，針對交流側直接接地、直流側分別采用不接地、高阻接地及直接接地方式，進行在直流側發生正極接地故障時的故障暫態特性仿真分析，得到的結果是，直流側中性點采用不接地方式時，直流側故障電流水平、直流故障恢復暫態過電壓，相比高阻接地和直接接地兩種方式，在暫態故障特性軍存在較大優勢，因此是較佳的接地方式。

雖然本實用新型已以較佳實施例公開如上，但實施例并不是用來限定本實用新型的。在不脫離本實用新型之精神和范圍內，所做的任何等效變化或潤飾，同樣屬于本實用新型之保護范圍。因此本實用新型的保護范圍應當以本申請的權利要求所界定的內容為標準。