国网大悟县供电公司 湖北省孝感市 432800
摘要：直流配电系统是配电系统的一个重要发展方向，它可以提高供电的可靠性和质量。为实现直流配电技术的示范应用，支持城市能源互联网建设。本文首先分析了某县城直流配电网工程的需求，提出了建设内容和建设目标。然后，对直流配电网的电气连接方式、系统运行方式、启停方式进行了设计和分析，提出了总体工程建设方案。最后进行了具体的方案设计与分析，主要包括逆变器、直流变压器、直流断路器等设备的选型，直流控制保护系统的设计与分析，过电压保护的设计与分析，避雷器的配置方案，并分析了系统的暂态特性。
关键词：配网配电；线路施工；安全运行；技术措施
引言：随着分布式电源的迅速发展，直流负荷的不断增加，储能应用的日益增多，传统的交流配电和利用系统的问题日益突出。此外，随着用户对电能质量和可靠性要求的不断提高，传统的交流配电系统在供电稳定性和经济性方面也面临着新的挑战。
1.配网配电线路施工技术优势
直流配电及利用系统以其功率配置灵活、系统效率高、供电容量大等优点，解决了传统交流配电系统发展中的一系列新问题，将成为配电系统的一个重要发展方向，线路损耗小，电能质量好，无功补偿，及其自适应分布式电源、储能装置和灵活的直流负载连接。目前，直流配电系统领域的相关技术研究、实验系统和示范工程已逐步展开。美国较早地对直流配电系统进行了研究。2013年，国家863计划“基于柔性直流电源的智能直流电网关键技术研究与应用”完成柔性直流配电系统实验室建设，开展柔性直流电源系统控制保护样机试验和动态仿真试验配电系统。综上所述，虽然直流配电系统领域的相关技术研究、实验系统和示范工程已逐步展开，但大多处于一般性的探索阶段。直流配电系统的规划、设计、协调、控制和保护等方面的研究还不够深入和系统，缺乏实际的工程应用。实现直流配电技术示范应用，提高配电网供电可靠性和电能质量，支持新能源发电、储能、电动汽车充电设备和交直流负荷灵活接入，提高区域配电网事故备用能力和负荷转移能力。
2.配网配电线路施工技术与安全运行技术措施探析
2.1需求分析
由于配电网线路具有分布广、长期暴露在大自然环境中等特点。所以，配网线路在工作运转过程中，除了会受到电力负荷以及正常机械载荷的影响，还会受到外界环境因素比较大的干扰。本工程的建设将使积山变电所和唐家变电所的10kV母线实现互联，将大大增加事故储备和负荷转移能力，提高区域供电的可靠性和质量。该工程对优化现有电网运行，提高可靠性具有重要意义。本工程拟建设一座 10kV/ 35V变电站，高压直流配电系统。为了实现电力传输和提高配电网供电的可靠性，该系统采用三个独立交流电源的星形网络拓扑结构。为提高交流配电网接入直流配电系统的电能质量，三端交流系统和中压直流配电母线均采用全控电压源变流器连接[1]。
2.2电气连接方式
直流配电网总体建设方案由于直流配电网没有工程实践，缺乏工程建设规范，本文结合交流配电网和直流输电工程的设计过程和方法，设计了县城直流配电网的工程方案。具体来说，工程设计包括电气主接线、主回路参数、控制策略、主要设备、系统暂态特性、保护方案、过电压和绝缘配合等。
中压直流配电系统的主要电气连接方式包括单极不对称系统、单极对称系统和双极系统。本产品的电气连接方式本工程采用单极对称系统。为了降低直流线路对地的绝缘水平，直流侧电容器的中性点一般接地，形成正负极性的伪双极系统。对于基于MMC的直流系统，由于MMC变换器的直流侧没有集中式电容器，本工程采用交流侧的星形电抗与变压器阀连接，构成人工中性点，由接地电阻接地[2]。
2.3系统运行方式
本工程建设的直流配电系统通过三台变流器与交流系统进行能量交换，由两端的电压源变流器向直流系统供电，其余均能维持正常运行电压源换流器在电压源换流器一端（或两端）停止工作时。系统可能的工作模式主要有三端组网、二端手拉手、双端隔离电源、单端电源和STATCOM。当直流配电系统的运行条件发生变化时，系统应能在新的运行条件下自动切换到运行模式。所有MMC换流站的充电电阻在0.25秒时旁路，MMC换流站解锁。唐家站采用直流电压控制方式，目标值为 10kV，变电站采用功率控制方式，目标值为系统负荷的50%。直流变压器在0.4秒时连接到系统，其充电电阻在0.9秒时旁路[3]。
3.配网配电线路施工技术与安全运行具体方案
3.1主要设备选型分析
变流器选型类似于柔性直流输电，VSC的技术方案主要包括两电平变流器、三电平NPC变流器和MMC变流器。为了保证高供电质量，需要基于全控设备的VSC。考虑到MMC变换器不需要器件直接串联，在交流谐波方面具有优势，直流谐波、损耗和可靠性。在本计画中，AC-DC转换器采用模组式多电平拓扑结构。由于直流母线配有直流断路器，因此可以使用基本的MMC变换器拓扑。电源子模块设计、逆变器控制方法和MMC的操作没有改变。同时，由于IGCT器件的低导通状态损耗特性，以暂态故障为例进行仿真分析，说明直流故障发生后，故障迅速闭锁；故障排除后，MMC可以迅速恢复[4]。
3.2直流断路器的选择
考虑到MVDC配电系统的电流分断要求和装置分断能力，本工程选用基于耦合负电压换流的混合式直流断路器。主支路由快速机械开关组成，具有状态损耗小、节省空间、可靠性高、运行维护费用低等优点。本实用新型采用电磁斥力操作结构和电磁缓冲机构，具有结构简单、可靠性高、毫秒级分断和恢复的优点。转换支路主要由电力电子开关和耦合负电压电路串联而成。通过耦合负电压电路实现电流换相。小电流情况下不存在换相时间长的问题，可控性强。耗能支路由多个避雷器组成，并与转移支路并联。冗余更灵活，可靠性更高[5]。
3.3做好配电网运行维护管理工作
第一，为了确保电力系统二次回路的稳定运行，需要对整个系统回路的运行采取必要的预防保护措施。比如对于接线端误碰问题，要加大力度开发隔离工具，在这些工具的作用下来确保配电网始终处于良好的运行状态。第二，在配电网的运行管理中树立安全意识。电力企业要对工作人员做好安全培训工作，通过对配电网运行管理工作人员开展思想教育工作来使其将安全意识贯彻到各项工作中。第三，执行安全生产责任制。通过细化安全生产职责，将安全生产指标分解到每一个操作人员身上，切实做到安全指标和生产指标同部署、同落实、同考核，将配网安全运行与每一名操作人员的切身利益相挂钩。
结束语：本文提出了一种高供电可靠性、高供电质量的中压直流配电网的技术方案，为县城的发展提供支持。首先，对直流配电网工程进行了需求分析，提出了建设10kv/375v中压直流配电网工程的建议。然后，对直流配电网的电气连接方式、系统运行方式和启停方式进行了设计和分析，提出了总体工程建设方案。
参考文献：
[1]宾健红.配网配电线路施工技术与安全运行技术措施探析[J].百科论坛电子杂志,2020(9):1581.
[2]何婷.配网配电线路施工技术与安全运行技术措施探析[J].数码设计（上）,2019(12):177-178.
[3]吴绪蒿,高文文,王灿伟. 配网配电线路施工技术与安全运行技术措施探析[J].通信电源技术,2019,36(10):241-242.
[4]董昊雨. 配网配电线路施工技术与安全运行技术措施探析[J].建筑工程技术与设计,2019(34):1855.
[5]展鑫.配网配电线路施工技术与安全运行技术措施探析[J].电子乐园,2019(24):0122.