多端柔性直流電網新型保護技術研究.pdf

1、可再生能源的大規(guī)模接入以及能源資源和消費分布不均衡問題對電網的資源配置能力提出了緊迫要求，可實現(xiàn)多電源供電及多落點受電的多端直流輸電(Multi-terminal Direct Current，MTDC)系統(tǒng)在新能源并網及輸送領域應用前景廣闊。相對傳統(tǒng)直流輸電而言，柔性直流輸電(Voltage Source Converter based HighVoltage Direct Current，VSC-HVDC)技術具有有功和無功獨立控制

2、、可以向無源負荷供電、不需要裝設無功補償設備以及濾波裝置、潮流翻轉時保持電壓極性不變等優(yōu)勢，因此更適于構建MTDC系統(tǒng)，即建設多端柔性直流輸電(VoltageSource Converter based Multi-terminal Direct Current，VSC-MTDC)系統(tǒng)。目前，全球至少已投運24條VSC-HVDC工程，其中大多數(shù)是兩端直流輸電工程，VSC-MTDC系統(tǒng)和直流電網正處于起始發(fā)展階段，直流側故障處理能力是限制

3、VSC-MTDC電網發(fā)展的重要因素之一。針對VSC-MTDC電網，本文開展直流輸電線路和直流母線保護的研究，所做的工作和取得的成果如下:
　　其一，提出基于電流行波極性比較的VSC-MTDC電網直流線路保護方法。論文首先分析了直流電網中直流線路區(qū)內外故障時線路兩端的初始電流行波極性特征:1）當某正極線路故障時，包括正極接地和正負極間故障，故障的正極線路兩端的初始電流行波極性相同，并且同為正極性;其他非故障正極線路兩端的極性相反或者

4、同為負極性。2）當某負極線路故障時，包括負極接地和正負極間故障，故障的負極線路兩端的初始電流行波極性相同，并且同為負極性;其他非故障負極線路兩端的極性相反或者同為正極性。然后，利用上述區(qū)內外故障時的極性特征差異，構造了直流輸電線路保護判據(jù)，并根據(jù)小波變換的相關理論對初始電流行波的極性進行提取。此外，論文分析了在電磁耦合作用下故障極對非故障極的影響，提出了基于電流行波小波變換模極大值的幅值關系識別直流線路故障類型的方法。
　　其二，

5、提出基于采樣值差動電流的VSC-MTDC電網直流母線保護方法。論文分析了直流電網中直流母線區(qū)內外故障時與母線相連各支路的電流采樣值之和（采樣值差動電流）的幅值特征:外部故障或正常運行狀態(tài)下，母線的采樣值差動電流是零，內部短路故障時，采樣值差動電流等于各直流線路的短路電流瞬時值的總和，其值非常大。利用母線采樣值差動電流在區(qū)內外故障時的幅值差異，論文構造了VSC-MTDC電網直流母線保護判據(jù)。
　　其三，通過在每個換流站直流側出口處的

6、正極和負極線路上串聯(lián)電阻型超導故障限流器，將直流側故障電流限制在一定范圍內，與所提保護方法相配合，用開斷容量較小的直流斷路器開斷故障電流，實現(xiàn)故障母線或線路的隔離。
　　最后，利用PSCAD電磁暫態(tài)仿真軟件搭建了采用兩電平換流器的±200kV四端柔性直流電網模型，并利用該模型對所提保護方案進行了大量仿真。仿真結果表明，對于不同故障初始條件下的VSC-MTDC電網直流側短路故障，保護均能做出正確判斷，動作速度快，可靠性高，可以耐受一