中壓配電網(wǎng)柔性互聯(lián)示范工程技術(shù)方案設(shè)計(jì)

魏志文,羅煜,曾遠(yuǎn)方,趙彪,崔康生,李海波,施健

(1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局,廣東省東莞市 523109；2.清華大學(xué)電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系，北京市100084；3.清華四川能源互聯(lián)網(wǎng)研究院直流研究中心，成都市 610213)

0 引 言

中壓配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)向終端用戶配送電能的重要基礎(chǔ)設(shè)施，主要包括35 kV、10 kV等電壓等級(jí)。為了限制電力系統(tǒng)的短路容量，避免與同地區(qū)高壓輸配電網(wǎng)形成電磁環(huán)網(wǎng)，中壓配電網(wǎng)一般采用“閉環(huán)設(shè)計(jì)，開環(huán)運(yùn)行”的方式，正常運(yùn)行時(shí)配電饋線間的聯(lián)絡(luò)開關(guān)處于斷開狀態(tài)[1]。然而，隨著電網(wǎng)的持續(xù)建設(shè)與完善，開環(huán)運(yùn)行方式逐漸成為限制中壓配電網(wǎng)發(fā)展的瓶頸：其一，用電負(fù)荷的快速增長(zhǎng)和不平衡發(fā)展給一些重點(diǎn)區(qū)域中壓配電網(wǎng)帶來(lái)配電走廊緊張、配變負(fù)載率過(guò)高、饋線負(fù)荷分布不均衡等問(wèn)題，無(wú)法通過(guò)配電饋線間的合環(huán)實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，提高供電設(shè)備利用率[2]；其二，數(shù)據(jù)中心等新型敏感負(fù)荷對(duì)配電網(wǎng)供電可靠性提出了更高的要求，而開環(huán)運(yùn)行方式限制了中壓配電網(wǎng)供電可靠性的進(jìn)一步提升，故障隔離后通過(guò)聯(lián)絡(luò)開關(guān)倒閘操作恢復(fù)供電的過(guò)程中非故障區(qū)域仍然會(huì)經(jīng)歷較為明顯的短時(shí)停電[1,3]；其三，隨著分布式能源、儲(chǔ)能等技術(shù)的普及應(yīng)用，中壓配電網(wǎng)開始呈現(xiàn)出運(yùn)行方式多樣、潮流轉(zhuǎn)供形式復(fù)雜等特點(diǎn)，而開環(huán)網(wǎng)絡(luò)的潮流調(diào)控能力十分有限，限制了對(duì)分布式能源的消納能力和對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用能力[1-2]。

近年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展和高壓直流輸電的成熟應(yīng)用，直流技術(shù)開始向中低壓領(lǐng)域延伸。中壓直流配電因其具有供電質(zhì)量高、潮流控制靈活、適應(yīng)交直流友好接入等優(yōu)勢(shì)開始受到人們的關(guān)注[4-5]，并隨著電力電子設(shè)備成本的持續(xù)下降而逐漸成為研究和示范應(yīng)用的熱門課題?；谥袎褐绷髋潆娂夹g(shù)對(duì)常規(guī)中壓交流配電網(wǎng)進(jìn)行互聯(lián)，可以在不增加短路容量的前提下，實(shí)現(xiàn)交流配電饋線間的異步合環(huán)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡和潮流靈活轉(zhuǎn)供，提高中壓配電網(wǎng)的供電可靠性和對(duì)分布式能源及儲(chǔ)能的消納能力[1,6-7]。目前，已經(jīng)有機(jī)構(gòu)針對(duì)基于直流配電技術(shù)進(jìn)行中壓配電網(wǎng)柔性互聯(lián)的應(yīng)用場(chǎng)景和初步方案開展了研究：文獻(xiàn)[1]提出了采用柔直互聯(lián)的配電網(wǎng)合環(huán)最優(yōu)模型，并驗(yàn)證了柔直互聯(lián)實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)安全合環(huán)、環(huán)網(wǎng)潮流經(jīng)濟(jì)分布和分布式電源滿額消納的有效性；文獻(xiàn)[8]和文獻(xiàn)[9]對(duì)應(yīng)用于配電網(wǎng)柔性互聯(lián)的變換器拓?fù)溥M(jìn)行了研究，比較了不同變換器拓?fù)涞墓δ芘c經(jīng)濟(jì)性，給出了不同類型變換器的適用場(chǎng)景；文獻(xiàn)[10]則具體分析了柔直互聯(lián)在北京配電網(wǎng)中的應(yīng)用模式和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案?？偟膩?lái)說(shuō)，目前的研究多偏重于規(guī)劃層面，提出的工程方案大都較為粗略，尚缺少比較全面的面向系統(tǒng)成套設(shè)計(jì)的專題研究。

本文結(jié)合東莞松山湖地區(qū)中壓配電網(wǎng)的實(shí)際現(xiàn)狀和工程示范需求，對(duì)中壓柔性直流互聯(lián)在該地區(qū)中壓配電網(wǎng)中的應(yīng)用方案進(jìn)行研究。參考高壓柔性直流輸電工程和中壓直流配電工程的設(shè)計(jì)方法和典型方案，對(duì)東莞松山湖柔性互聯(lián)示范工程的總體技術(shù)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，明確工程的電氣主接線方案、關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)要求、過(guò)流耐受和絕緣配合要求，以及系統(tǒng)控制保護(hù)策略。研究結(jié)論對(duì)于本示范工程的順利實(shí)施具有重要的參考意義。

1 示范工程基本情況

東莞松山湖高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)位于東莞市中南部，緊鄰深圳市。園區(qū)內(nèi)中壓配電網(wǎng)以工業(yè)型負(fù)荷為主，負(fù)荷密度較高，且近年負(fù)荷增長(zhǎng)幅度較大；由于區(qū)域內(nèi)負(fù)荷發(fā)展不均衡，部分饋線存在長(zhǎng)期重載、輕載的運(yùn)行狀態(tài)，配電變壓器負(fù)載率差異較大。隨著近年來(lái)該區(qū)域用戶的產(chǎn)業(yè)升級(jí)，數(shù)據(jù)中心等敏感負(fù)荷增加，對(duì)于配電網(wǎng)的供電可靠性要求逐年提高；同時(shí)，區(qū)域內(nèi)各類園區(qū)所安裝分布式光伏、儲(chǔ)能系統(tǒng)、電動(dòng)汽車充電樁等設(shè)備的增加，對(duì)配電網(wǎng)的潮流靈活控制能力也提出了更高的要求。

針對(duì)上述現(xiàn)有問(wèn)題和實(shí)際需求，該地電網(wǎng)公司擬在該區(qū)域建設(shè)中壓配電網(wǎng)柔性互聯(lián)示范工程，如圖1所示。該工程將220 kV變電站A的10 kV配電線路1和110 kV變電站B的10 kV配電線路2通過(guò)柔直背靠背的形式互聯(lián)起來(lái)。通過(guò)經(jīng)由柔性直流環(huán)節(jié)的異步互聯(lián)，使來(lái)自兩個(gè)變電站的配電線路實(shí)現(xiàn)合環(huán)互濟(jì)、功率可靈活控制的在線合環(huán)運(yùn)行，以此提高兩個(gè)變電站所配電區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)的潮流調(diào)控能力，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)變電站配電變壓器間的負(fù)載均衡。另外，當(dāng)一側(cè)配電線路故障時(shí)，柔直互聯(lián)系統(tǒng)可轉(zhuǎn)為孤島運(yùn)行模式，利用非故障側(cè)線路提供的電源為故障區(qū)域提供電壓支撐，最大程度地減小停電范圍，提高配電網(wǎng)整體供電可靠性。

圖1 東莞松山湖中壓配電網(wǎng)柔性互聯(lián)示范項(xiàng)目Fig.1 MVAC distribution network project for demonstration with MVDC-flexible interconnection in Dongguan Songshan Lake area

目前，該中壓配電網(wǎng)柔性互聯(lián)示范工程作為松山湖智慧能源生態(tài)示范區(qū)重點(diǎn)推進(jìn)的建設(shè)項(xiàng)目之一，已經(jīng)處于緊鑼密鼓的實(shí)施建設(shè)之中。

2 電氣主接線方案

2.1 系統(tǒng)容量和電壓

根據(jù)前期可行性研究，擬建設(shè)的柔直互聯(lián)系統(tǒng)兩側(cè)交流饋線的最大轉(zhuǎn)供負(fù)荷需求為5 MW?？紤]到該區(qū)域內(nèi)負(fù)荷增長(zhǎng)較快，未來(lái)配電線路預(yù)期有增容需求；同時(shí)，對(duì)于中壓柔性直流設(shè)備，設(shè)備設(shè)計(jì)容量由5 MW增加到10 MW并不會(huì)引起成本的顯著變化。因此，本柔直互聯(lián)示范工程的設(shè)計(jì)容量最終確定為10 MW。

額定電壓方面，按照現(xiàn)行的中低壓直流配電電壓導(dǎo)則GB/T 35727—2017，中壓直流配電電壓可在 3(±1.5)kV、±3 kV、±6 kV、±10 kV、±20 kV、±35 kV、±50 kV的范圍內(nèi)選擇。在本示范工程中，擬接入兩側(cè)交流饋線的額定交流電壓均為10 kV，考慮到工程所使用換流器的交/直流電壓匹配，以盡量減少對(duì)聯(lián)接變壓器的變比需求為原則，本示范工程的額定直流電壓等級(jí)最終確定為±10 kV。

2.2 主接線方式

中壓直流配電可行的主接線方式包括：?jiǎn)螛O不對(duì)稱接線、單極對(duì)稱(偽雙極)接線和雙極接線。本文所述示范工程的電壓等級(jí)和容量都較小，考慮設(shè)備規(guī)模和成本，以及與交流系統(tǒng)盡量簡(jiǎn)單可靠的聯(lián)接，單極對(duì)稱接線是最為理想的主接線方式。因此，推薦采用單極對(duì)稱主接線方式。

2.3 聯(lián)接變壓器配置

柔性直流工程中，聯(lián)接變壓器的作用主要有以下幾個(gè)方面：實(shí)現(xiàn)交流網(wǎng)側(cè)與閥側(cè)間的電壓匹配、提供一部分換流器聯(lián)接電抗、實(shí)現(xiàn)電氣隔離、阻斷零序電流。

圖2 示范工程主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.2 Topology of the demonstration project

為了確保不同聯(lián)接變壓器配置方案的隔離特性，在PSCAD/EMTDC中建立本工程的電磁暫態(tài)仿真模型，并對(duì)采用聯(lián)接變壓器、取消聯(lián)接變壓器、直流變壓器替代聯(lián)接變壓器三種方案進(jìn)行仿真分析，得到不同方案在一側(cè)交流單相接地故障時(shí)的交、直流電壓電流波形，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可以看出，取消兩側(cè)的聯(lián)接變壓器后，一側(cè)交流系統(tǒng)的不對(duì)稱分量通過(guò)柔直互聯(lián)系統(tǒng)傳遞到對(duì)側(cè)交流系統(tǒng)，擴(kuò)大了故障影響范圍，同時(shí)兩側(cè)交流系統(tǒng)間的耦合也給零序諧波和交流電壓不平衡提供了傳遞通道，不利于配電網(wǎng)電能質(zhì)量的治理。而采用DCT替代聯(lián)接變壓器可以有效阻斷故障、零序諧波和三相電壓不平衡在兩側(cè)交流系統(tǒng)之間的傳播。

圖3 不同聯(lián)接變壓器配置方案單相故障仿真波形Fig.3 Single-phase fault simulation results of different transformer configurations

2.4 系統(tǒng)接地方式

柔性直流系統(tǒng)采用單極對(duì)稱接線方式，系統(tǒng)需具備可靠的中性點(diǎn)接地以提供電位參考。在本文所述示范工程中，兩側(cè)MMC各自接入10 kV交流配電網(wǎng)運(yùn)行，而兩側(cè)交流配電網(wǎng)則均采用經(jīng)接地變壓器串聯(lián)小電阻方式接地。不同運(yùn)行模式下主回路接地方式如圖4所示。

圖4 不同運(yùn)行模式下主回路接地方式Fig.4 Grounding methods of main circuit under different operation modes

常規(guī)運(yùn)行模式下，柔性直流互聯(lián)系統(tǒng)以原有交流配電網(wǎng)的接地措施作為系統(tǒng)接地。正常運(yùn)行時(shí)，直流母線對(duì)地呈現(xiàn)出對(duì)稱的正、負(fù)極性，接地點(diǎn)無(wú)電流流過(guò)；交流饋線故障時(shí)，MMC輸出的交流電流受控制上限限制，且無(wú)對(duì)地通路，不會(huì)增加原有交流配電網(wǎng)接地短路電流；直流母線故障時(shí)，柔直互聯(lián)系統(tǒng)迅速閉鎖并具備故障自清除能力，同樣不會(huì)對(duì)原有交流配電網(wǎng)的接地短路電流水平產(chǎn)生較大影響。

當(dāng)一側(cè)交流饋線失去電源，柔直互聯(lián)設(shè)備轉(zhuǎn)為交流備用電源運(yùn)行模式，為該側(cè)交流配電網(wǎng)提供備用的逆變電源。該種運(yùn)行模式下，無(wú)源側(cè)交流配電網(wǎng)原有接地措施隨電源母線跳閘切除，供電范圍內(nèi)無(wú)可靠的中性點(diǎn)接地措施。為此，在DCT兩側(cè)中壓直流母線的中性點(diǎn)處，通過(guò)串聯(lián)接地聯(lián)絡(luò)開關(guān)和接地電阻的方式構(gòu)成直流接地措施。當(dāng)柔直互聯(lián)系統(tǒng)切換到一側(cè)交流備用電源運(yùn)行模式時(shí)，同步合閘無(wú)源側(cè)的直流接地聯(lián)絡(luò)開關(guān)，以保障無(wú)源側(cè)系統(tǒng)的可靠接地。

具體到直流接地電阻阻值的選擇，圖5給出了交流備用電源運(yùn)行模式下，無(wú)源側(cè)直流接地電阻采取不同取值時(shí)，該側(cè)交流饋線發(fā)生單相接地故障的短路電流波形。按照柔性互聯(lián)系統(tǒng)盡量不影響原有交流配電網(wǎng)短路電流水平和保護(hù)整定的原則，交流備用電源運(yùn)行模式下交流饋線短路電流的水平不應(yīng)超過(guò)常規(guī)運(yùn)行模式下相同位置相同故障的短路電流水平。據(jù)此，本文推薦交流備用電源運(yùn)行模式下無(wú)源側(cè)直流接地電阻的取值以不小于30 Ω為宜。

圖5 不同直流接地電阻下交流單相短路電流波形Fig.5 Single-phase short-circuit current under different DC grounding resistance

3 關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)要求

根據(jù)示范工程的電氣主接線方案，柔性直流互聯(lián)系統(tǒng)主要包括模塊化多電平換流器和電力電子直流變壓器兩類關(guān)鍵設(shè)備。

3.1 模塊化多電平換流器

關(guān)于MMC的循環(huán)耦合解析計(jì)算分析理論[11-12]是換流器設(shè)計(jì)和選型的理論依據(jù)。基于這些理論依據(jù)，本文對(duì)結(jié)構(gòu)如圖6所示的MMC進(jìn)行了設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)采用的解析計(jì)算方法見(jiàn)附錄A。

圖6 MMC結(jié)構(gòu)示意圖Fig.6 Structural sketch of MMC

在本文所述示范工程中，由于用地空間緊張，對(duì)于設(shè)備體積和質(zhì)量的緊湊化要求較高。為此，基于文獻(xiàn)[13]提出的低電容高紋波MMC設(shè)計(jì)思路和文獻(xiàn)[14]給出的子模塊電容電壓優(yōu)化控制策略，對(duì)示范工程所采用的MMC進(jìn)行小電容、緊湊化的方案設(shè)計(jì)，并通過(guò)解析計(jì)算以及PSCAD/EMTDC電磁暫態(tài)仿真對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，最終確定了MMC各項(xiàng)關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)的技術(shù)要求，如表1所示。表1中：THD為換流器交流出口的電壓總諧波畸變率(total harmonic distortion,THD)；THFF為換流器交流出口電話諧波波形因數(shù)(telephonic harmonic form factor,THFF)。

表1 MMC技術(shù)指標(biāo)要求Table 1 Technical requirements of MMC

換流器總電容用量EC用于評(píng)估單位容量換流器所采用總電容儲(chǔ)能量的大小，其計(jì)算方法如式(1)所示。

(1)

式中：C0表示換流器子模塊電容；N為換流器橋臂子模塊數(shù)；UdcN為換流器額定直流電壓；SN為換流器額定容量。

3.2 電力電子直流變壓器

直流變壓器的設(shè)計(jì)和選型以雙主動(dòng)全橋變換器(dual active bridge,DAB)的高頻鏈統(tǒng)一模型[15]為理論基礎(chǔ)。對(duì)于一個(gè)DAB功率變換模塊，本文采用的解析計(jì)算設(shè)計(jì)方法見(jiàn)附錄B。

多個(gè)DAB功率變換模塊通過(guò)兩側(cè)直流端口的串并聯(lián)實(shí)現(xiàn)多重化，即構(gòu)成相應(yīng)電壓等級(jí)的DCT。在本文所述示范工程中，DCT兩側(cè)直流端口額定電壓均為±10 kV，故采取DAB輸入串聯(lián)輸出串聯(lián)(input-series output-series,ISOS)的多重化形式，所構(gòu)成的DCT如圖7所示。

圖7 DCT結(jié)構(gòu)示意圖Fig.7 Structural sketch of DCT

經(jīng)過(guò)解析計(jì)算和PSCAD/EMTDC電磁暫態(tài)仿真驗(yàn)證，最終確定本文所述示范工程中DCT各項(xiàng)關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)的技術(shù)要求，如表2所示。

表2 DCT技術(shù)指標(biāo)要求Table 2 Technical requirements of DCT

4 過(guò)流耐受和絕緣配合要求

柔直互聯(lián)系統(tǒng)過(guò)流耐受和絕緣配合指標(biāo)的設(shè)計(jì)與系統(tǒng)暫態(tài)特性的仿真分析密不可分。以整個(gè)工程的PSCAD/EMTDC電磁暫態(tài)仿真模型為平臺(tái)，對(duì)系統(tǒng)中可能發(fā)生的各類故障進(jìn)行全面的仿真分析，確定系統(tǒng)各個(gè)位置的過(guò)電流和過(guò)電壓水平，以此為基礎(chǔ)，即可指導(dǎo)系統(tǒng)過(guò)流耐受和絕緣配合要求的制定。

4.1 過(guò)流特性和過(guò)流耐受

柔直互聯(lián)系統(tǒng)過(guò)電流特性及過(guò)流耐受指標(biāo)的分析設(shè)計(jì)流程如下：首先，在不考慮任何限流和過(guò)流保護(hù)措施的情況下，仿真確定系統(tǒng)各個(gè)位置在各類故障時(shí)的基本過(guò)流特性；其次，根據(jù)系統(tǒng)基本過(guò)流特性，提出必要的限流及過(guò)流保護(hù)措施配置要求；最后，對(duì)配置限流及過(guò)流保護(hù)措施后的系統(tǒng)再次進(jìn)行各類故障仿真，確定系統(tǒng)最終的過(guò)電流水平，并據(jù)此提出系統(tǒng)中各元件應(yīng)滿足的過(guò)流耐受要求。

根據(jù)仿真分析結(jié)果，本文推薦所述示范工程各個(gè)位置的過(guò)流耐受要求如表3所示。

表3 系統(tǒng)過(guò)流耐受要求Table 3 System current withstand requirements kA

4.2 過(guò)壓特性和絕緣配合

柔直互聯(lián)系統(tǒng)過(guò)電壓特性及絕緣配合指標(biāo)的分析設(shè)計(jì)流程如下[16-17]：首先，在不配置避雷器的情況下，仿真確定系統(tǒng)各個(gè)位置在各類故障時(shí)的基本過(guò)壓特性；其次，根據(jù)系統(tǒng)基本過(guò)壓特性，制定避雷器的配置方案，并結(jié)合系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)持續(xù)運(yùn)行電壓對(duì)避雷器參考電壓等參數(shù)進(jìn)行初選；隨后，對(duì)配置避雷器后的系統(tǒng)再次進(jìn)行各類故障仿真，根據(jù)仿真情況調(diào)整避雷器參數(shù)，并統(tǒng)計(jì)避雷器的保護(hù)水平及能量耗散指標(biāo)；最后，仿真確定系統(tǒng)最終的過(guò)電壓水平，并據(jù)此提出系統(tǒng)中各元件間的絕緣配合要求。

根據(jù)仿真分析結(jié)果，本文推薦所述示范工程各個(gè)位置的絕緣配合要求如表4所示。

表4 系統(tǒng)絕緣配合要求Table 4 Requirements for system insulation coordination kV

5 系統(tǒng)控制保護(hù)策略

5.1 系統(tǒng)控制方案

根據(jù)作用范圍和職能劃分，示范工程的控制系統(tǒng)分為調(diào)度控制層、協(xié)調(diào)控制層和就地控制層三個(gè)層面[18-19]。調(diào)度控制層為頂層外部控制，根據(jù)配網(wǎng)主站的調(diào)度需求，確定柔直互聯(lián)系統(tǒng)運(yùn)行模式，并給定相應(yīng)的參考指令；協(xié)調(diào)控制層是上層集中控制，根據(jù)上一層給定的運(yùn)行模式和參考指令，控制各個(gè)關(guān)鍵設(shè)備協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行模式的平滑切換和交流故障時(shí)的協(xié)同響應(yīng)；就地控制層為下層分散控制，由MMC、DCT等各個(gè)關(guān)鍵設(shè)備根據(jù)自身的原理和特點(diǎn)自行控制，實(shí)現(xiàn)上層給定的控制要求。圖8為示范工程控制系統(tǒng)框圖。

圖8 示范工程控制系統(tǒng)框圖Fig.8 Control system block diagram of the demonstration project

其中，STATCOM控制利用MMC的無(wú)功功率控制能力，向電網(wǎng)提供靜止無(wú)功補(bǔ)償(static synchronous compensator,STATCOM)功能。

在協(xié)調(diào)控制層，柔直互聯(lián)系統(tǒng)主要存在停運(yùn)、一側(cè)停運(yùn)、STATCOM運(yùn)行、背靠背運(yùn)行、交流備用電源運(yùn)行共5種運(yùn)行模式，各運(yùn)行模式之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖9所示。其中，正常啟動(dòng)、正常停運(yùn)、運(yùn)行方式管理、交流故障響應(yīng)即為協(xié)調(diào)控制層的主要控制功能。正常啟?？刂埔?guī)定了柔直互聯(lián)系統(tǒng)停運(yùn)模式與其他運(yùn)行模式之間的切換策略，包括STATCOM運(yùn)行模式和一側(cè)停運(yùn)模式的正常啟動(dòng)控制和正常停運(yùn)控制；運(yùn)行方式管理規(guī)定了柔直互聯(lián)系統(tǒng)除停運(yùn)模式之外其他4種運(yùn)行模式在正常工作狀態(tài)下的切換策略，是對(duì)接調(diào)度控制層各類控制指令的主要協(xié)調(diào)控制功能；交流故障響應(yīng)只在系統(tǒng)處于背靠背運(yùn)行模式時(shí)啟用，規(guī)定了柔直互聯(lián)系統(tǒng)在背靠背運(yùn)行模式下檢測(cè)到交流故障時(shí)如何定位故障發(fā)生的位置并根據(jù)故障位置做出不同響應(yīng)，快速恢復(fù)非故障區(qū)域的供電。

圖9 系統(tǒng)運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換關(guān)系Fig.9 Transition relationship of system operation modes

5.2 系統(tǒng)保護(hù)配置

由于10 kV中壓配電領(lǐng)域的電壓等級(jí)較低，且對(duì)于設(shè)備緊湊化和精簡(jiǎn)化的要求較高，本文所述示范工程采取控保一體化的二次設(shè)計(jì)原則，柔直互聯(lián)系統(tǒng)的繼電保護(hù)由系統(tǒng)中各個(gè)關(guān)鍵設(shè)備獨(dú)立配置，并與其就地控制層控制設(shè)備合并部署。圖10和圖11分別為系統(tǒng)中MMC和DCT的保護(hù)功能配置。

圖10 MMC保護(hù)功能配置Fig.10 Relaying protection functions of MMC

圖11 DCT保護(hù)功能配置Fig.11 Relaying protection functions of DCT

其中，每個(gè)關(guān)鍵設(shè)備以自身工作范圍為保護(hù)區(qū)域，且各關(guān)鍵設(shè)備保護(hù)區(qū)域相互重疊，保障對(duì)系統(tǒng)范圍內(nèi)所有故障的可靠保護(hù)。

6 結(jié) 論

本文立足于東莞松山湖地區(qū)中壓配電網(wǎng)負(fù)荷密度高、區(qū)域負(fù)荷分布不均衡、新能源設(shè)施對(duì)潮流調(diào)控能力要求高、數(shù)據(jù)中心等敏感負(fù)荷對(duì)潮流轉(zhuǎn)供能力和供電可靠性要求高等實(shí)際問(wèn)題，結(jié)合該區(qū)域建設(shè)智慧能源生態(tài)系統(tǒng)示范區(qū)和柔性互聯(lián)示范工程的規(guī)劃背景，對(duì)東莞松山湖柔性互聯(lián)示范工程的總體技術(shù)方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

1)對(duì)系統(tǒng)的主接線方式、聯(lián)接變壓器配置和接地方式進(jìn)行了論證，分析并明確了該工程新型電氣主接線方案及其運(yùn)行特性；

2)對(duì)系統(tǒng)中模塊化多電平換流器和電力電子直流變壓器進(jìn)行了初步參數(shù)設(shè)計(jì)，確定了關(guān)鍵設(shè)備的主要技術(shù)要求，設(shè)計(jì)采用這兩類關(guān)鍵裝備的解析計(jì)算方法，并首次進(jìn)行了小電容緊湊化的MMC方案設(shè)計(jì)；

3)通過(guò)電磁暫態(tài)仿真分析了系統(tǒng)中過(guò)電流和過(guò)電壓的特性，提出了系統(tǒng)的過(guò)流耐受和絕緣配合要求；

4)對(duì)系統(tǒng)總體控制架構(gòu)和保護(hù)配置進(jìn)行了設(shè)計(jì)，明確了系統(tǒng)的控制保護(hù)策略，其中針對(duì)示范工程所采用的新型拓?fù)?，明確了系統(tǒng)的5種運(yùn)行方式，并提出了在正常背靠背運(yùn)行模式下發(fā)生故障時(shí)，與交流系統(tǒng)配合檢測(cè)故障點(diǎn)位置并對(duì)應(yīng)進(jìn)行不同處理措施的交流故障響應(yīng)策略。

研究用于支撐示范工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)，對(duì)于示范工程所采用的新型主回路拓?fù)?、高紋波緊湊化設(shè)備方案、交流故障協(xié)調(diào)響應(yīng)策略等新技術(shù)均進(jìn)行了詳細(xì)的論證分析和仿真驗(yàn)證，可為后續(xù)相關(guān)研究和工程實(shí)踐提供參考。