多端柔性直流系统故障保护方案简介

       直流系统在减小线路损耗、提高传输容量、新能源发电大规模集中接入等方面优势突出，随着近年来电力电子技术的飞跃式发展，直流系统成为国内外电力系统领域研究、应用的热点。其中，多端柔性直流电网由于其在供电可靠性方面所具备的巨大优势，已经成为未来电力系统发展的一大趋势。柔性直流电网的直流故障保护是其发展的关键技术之一，主要技术难点在于故障线路的可靠识别定位。结合目前的技术现状，本文详细分析利用直流断路器和利用自清除换流器实现故障隔离的技术可行性。结合“握手法”的前加速保护思想，分别设计了基于直流断路器和不基于直流断路器的多端柔性直流系统故障保护方案，实现故障的识别、隔离及剩余网络的快速恢复。

问题及意义

直流故障保护是柔性直流电网的关键技术问题。由于直流故障隔离技术尚不成熟，目前柔性直流工程主要利用交流断路器实现故障隔离。针对这一工程实际，相关文献提出了“握手法”思想实现故障线路的可靠识别定位。但是，该方法在动作速度、系统恢复能力、供电可靠性等方面性能远远无法满足柔性直流电网要求。

随着直流断路器技术、换流器自清除技术的逐渐成熟，柔性直流系统直流故障隔离方案逐渐明确。论文针对“半桥MMC+直流断路器”和“自清除换流器+直流开关”两种最具应用前景的故障隔离方案，基于“前加速”思想，分别设计了相应的直流故障保护方案。以“半桥MMC+直流断路器”隔离方案为例，论文提出如图1所示的保护动作方案：1）利用方向元件选择预跳闸直流断路器；2）一旦故障检测判据动作，立即跳开预选直流断路器，从而实现故障线路的可靠切除，并保证健全线路至少有一端仍与换流站相连，继续带电运行；3）通过线路带电信号进行重合判断，若线路仍带电，则对应跳闸断路器重合，否则不重合，从而实现剩余网络的快速恢复。

本文所设计的保护方案无需通信即可实现故障的可靠识别定位，同时在保护动作速度和系统供电可靠性方面均较传统基于交流断路器的直流故障保护方案有了很大的提高。

图1基于“半桥MMC+直流断路器”的前加速保护方案

重点内容

论文分析了“半桥MMC+直流断路器”和“自清除换流器+直流开关”两种故障隔离技术的技术可行性。并在此基础上，结合“前加速”保护思想，设计了基于单端信息的直流电网保护方案。

结论

本文提出了一种基于“前加速”思想的柔性直流电网保护方案。该方案仅需要本地信号，结合方向元件与重合判断即可实现故障线路的可靠定位隔离及剩余网络的快速恢复。在保护动作速度和系统供电可靠性方面均较传统基于交流断路器的直流故障保护方案有了显著提高，可作为柔性直流电网线路后备保护（尤其是在通信失败情况下）。