柔性直流输电线路故障分析与保护综述 周森亮
多端柔性直流输电系统直流故障保护策略
只考 虑 基 波 分 量， 在 三 相电压平 衡 的工 况 下， u oP = 0 。同理， 对下桥臂可得 u oN = 0 。 对 式 ( 4 ) 进 行 Park 变换可得:
图4 Fig． 4
FBMMC 模块闭锁状态电流回路
Current path of blocked FBMMC module
0819 收稿日期: 2015-
基金项目: 国家高技术研究发展计划 ( 863 计划) 资助项目( 2015AA050102 ) ) ，男，重庆籍，博士研究生，研究方向为模块化多电平换流器与柔性直流输电技术 ; 作者简介: 罗永捷( 1988) ，男，河南籍，研究员，博士生导师，研究方向为电力电子变流技术 、电机分析与控制技术 李耀华( 1966等。
图1 Fig． 1 MTDC 系统结构
为:
Structure of MTDC system
2. 2
换流器数学模型 MMC 由六 个桥 臂 构 成， 全桥型 FB每 桥 臂包括 N 个功率模块( SM) 和桥 臂 电 感 L， 上 下 两个桥 臂 构 成一个相单元， 如图 3 所 示。图 3 中 u io 为 交 流输 出 i = a， b， c; 电压， 其 中 o 为 假想 的 交 流相电压 中点， U dc 为直流母线电压。
电工电能新技术 Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy
Vol． 34 ，No． 12 Dec． 2015
多端柔性直流输电系统直流故障保护策略
1， 2 1 1 罗永捷 ，李耀华 ，李子欣 ，王
平
1
( 1． 中国科学院电力电子与电气驱动重点实验室 ，中国科学院电工研究所，北京 100190 ; 2． 中国科学院大学，北京 100049 ) 摘要: 直流故障保护是多端柔性直流输电系统的一个关键性问题 。本文在全桥型模块化多电平换 流器的基础上， 提出适用于多端直流输电系统的换流器级和系统级直流故障保护策略 。 根据全桥 型模块拓扑特性， 换流阀闭锁实现故障电流快速清除; 然后换流器等效为双星型级联 H 桥 STATCOM 并 联 运行， 为故障清除和 隔离开 关动 作隔离 故障点提 供条件; 最 后 转 换换流器 运行 模 式完成 多端柔性直流输电系统的快速 恢复。 在 PSCAD / EMTDC 中 搭建了三 端柔性直流输电系统 仿真 模 型， 分析了直流故障和系统重新启动的运行特性， 仿真结果证明了控制策略的有效性。 关键词: 多端柔性直流输电; 直流故障; 全桥型模块化多电平换流器; 短时闭锁; STATCOM 并 联 运行
柔性直流输电系统简介及损耗分析
柔性直流输电系统简介及损耗分析2012-8-29摘要随着可关断器件性能的改进以及容量的提升，基于电压源换流器(VSC Voltage Source Converter)和脉宽调制(PWM Pulse Width Modular)技术的新一代高压直流输电(VSC-HVDC)已经成为现实。
VSC-HVDC是一种新的直流输电技术，它具备有功无功快速独立控制、可向远距离小功率无源网络供电、向系统发出无功功率、易于构成多端网络等特点，因此成为解决大容量可再生能源接入、弱交流系统互联、城市直流输配电网、偏远地区供电及提高配网电能质量等问题的重要手段。
目前国外VSC-HVDC已经在海上风电场并网、非同步电网互联交易等领域得到了成功应用，而在国内对VSC-HVDC系统数学模型和控制策略等方面也进行了大量的研究，并开始着手实际示范工程的建设。
本报告先简要分析了VSC-HVDC的系统结构和基本工作原理，针对VSC-HVDC系统的技术特点，阐述了其主要的应用领域。
然后重点进行了VSC-HVDC系统的损耗分析，包括系统损耗的主要构成及换流器的损耗计算方法，同时分析了PWM调制方式下的换流器损耗特性。
1 VSC-HVDC简介1.1系统结构和基本原理图1.1 双端VSC-HVDC系统结构图双端VSC-HVDC输电系统的主电路结构如图1.1所示，两端换流器通过直流输电线路连接，一端运行于整流状态，另一端运行于逆变状态，共同实现两端交流系统间有功功率的交换。
其中的主要部件包括：交流侧换流变压器、交流滤波器、换流电抗器、全控换流器以及直流侧电容器。
其中全控换流器的拓扑结构在目前实际应用中主要有两种：一种是传统的三相两电平或三电平的主电路结构，由于单个可关断器件的耐压较低，因此每一桥臂均由多个IGBT或GTO等全控器件串联组成，目前ABB公司采用此种方案；另外一种是基于模块化多电平的主电路拓补结构，其基本的电路单元也称为子模块由两个全控器件及相应的电容器组成，各相桥臂均是通过一定数量的具有相同结构的子模块和阀电抗器构成，通过变化子模块的数量即可改变换流器的输出功率电压及功率等级，目前西门子公司采用此种方案。
基于半桥型MMC的柔性直流电网故障限流方法综述
第49卷第21期电力系统保护与控制Vol.49 No.21 2021年11月1日Power System Protection and Control Nov. 1, 2021 DOI: 10.19783/ki.pspc.210078基于半桥型MMC的柔性直流电网故障限流方法综述陈 磊1，何慧雯2，王 磊2，李国城1，陈红坤1(1.武汉大学电气与自动化学院，湖北 武汉 430072；2.中国电力科学研究院有限公司，湖北 武汉 430074)摘要：现阶段投运的柔性直流电网通常采用半桥型模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter, MMC)，具有惯量低、阻尼小等基本特征，存在故障演变迅速、设备过流能力弱、故障电流开断难等技术挑战。
妥善处理柔性直流电网的故障电流限制问题，具有重要的理论价值与现实意义。
针对于此，阐明了柔性直流输电技术的发展需求和引入故障限流措施的必要性，系统地总结了国内外研究现状。
依据实体限流和虚体限流技术方案进行了分类整理和性能比较，论述了两类限流措施的技术优势及不足之处。
最后，提出了半桥型MMC柔性直流电网故障限流方法的未来发展方向，探讨了其中的难点问题和解决思路。
关键词：柔性直流电网；故障限流方法；半桥型MMC；虚实融合限流；混合型直流限流器Review of the fault current limiting approaches for a flexible DC grid based on a half-bridge MMCCHEN Lei1, HE Huiwen2, WANG Lei 2, LI Guocheng1, CHEN Hongkun1(1. School of Electrical Engineering and Automation, Wuhan University, Wuhan 430072, China;2. China Electric Power Research Institute, Wuhan 430074, China)Abstract: Currently, the flexible Direct Current (DC) grid usually adopts the half-bridge Modular Multilevel Converter (MMC), and it has basic characteristics such as low inertia and small damping. The technical challenges including rapid fault development, weak overcurrent tolerance and insufficient current breaking ability should be carefully addressed. It is of significance to properly handle the fault current limiting issues of the flexible DC grid. In this paper, the development requirements of flexible DC transmission technology and the necessity of introducing fault current limiting approaches are stated. Domestic and foreign research results are systematically summarized. According to the classification of the actual and virtual fault current limiting schemes, their technical advantages and disadvantages are compared and analysed.Finally, the probable development direction of the fault current limiting approaches for the flexible DC grid based on half-bridge MMC are suggested, and potential problems as well as solutions are discussed.This work is supported by the Science and Technology Project of the Headquarter of State Grid Corporation of China “Study on Overvoltage and Insulation Coordination of Hybrid HVDC System with LCC-VSC” (No. SGTYHT/16-JS-198).Key words: flexible DC grid; fault current limiting approaches; half-bridge MMC; virtual-actual integration current limiting;hybrid type DC fault current limiter0 引言我国能源资源和电力负荷中心分布极不均衡，80%以上的能源资源分布在西部及北部，70%以上的电力消费集中在东部与中部。
直流配电网故障分析和继电保护综述 杨智诚
直流配电网故障分析和继电保护综述杨智诚摘要：随着社会经济建设的不断发展，人们对电力的需求越来越大，就目前的实际情况来看，交流配电网已经无法满足目前的电力供应需求了直流配电网逐渐成为城市配电网的重要组成部分。
要想保证直流配电网的稳定运行就必须做好相应的保护工作，本文研究的是直流配电网故障分析和继电保护综述。
关键词：直流配电网；故障分析；故障检测与定位；故障隔离随着供电系统的不断完善和发展，直流配电网在电力系统中发挥着越来越重要的作用。
但就目前的实际情况来看，直流配电技术的应用才刚刚起步，还存在着很多的问题，要想保障直流配电网的稳定运行，需要对相应的保护技术和措施进行进一步的研究。
虽然柔性直流配电技术相较于传统的交流配电技术拥有众多优势，但其目前还处在发展阶段，依然面临着许多问题。
柔性直流配电技术目前的发展瓶颈主要包括以下3点：①直流潮流控制技术；②直流变压技术；③直流故障检测、识别和隔离技术。
其中直流故障快速检测、可靠隔离对保证柔性直流配电网的安全可靠运行具有重要意义，也是本文关注的重点。
目前国内外学者关于直流系统故障检测识别和隔离技术的研究主要可以分为以下3个方面：1、直流配电网故障特性分析直流配电网故障的暂态特性对分析故障原因，进行故障定位，实施故障隔离有着十分重要的影响，因此分析直流配帝王的故障特性是开展相应故障分析和机电保护工作的第一步。
直流配电网的故障暂态特性有很多种，这主要是受到了换流器类型、系统结构以及系统控制策略等因素的影响。
在多种因素的共同作用下，故障暂态过程会形成一个复杂的非线性过程，用传统的故障特性分析法很难对直流配电网的故障特性进行准确并且有效的分析，因此创新和寻找新的分析方法十分重要。
就目前的实际情况来看，应用较多的有，通过简化等效故障放电回路，求解不同阶段所对应故障电流的解析表达式来对故障暂态过程进行描述。
2、直流配电网故障检测与定位原理2.1 电压/电流保护电压/电流保护是通过增大或减小电流幅值，寻找电压、电流变化率的变化来对故障区间进行确定的，原理简单，实现方便，是目前交流配电网中比较常用的一种保护方式，但是其动作速度和选择性很难满足直流配电网的需求，只能用于故障检测之中。
柔性输电线路的相关保护配置及故障处理方法
柔性输电线路的相关保护配置及故障处理方法发表时间：2017-08-08T19:37:10.497Z 来源：《电力设备》2017年第10期作者：付晓伟丁玮[导读] 摘要：柔性输电线路系统主要以直流输电系统为例，柔性直流输电系统具有自身结构的特殊性以及调节方式的不同（国网江苏省电力公司南通供电公司 226001）摘要：柔性输电线路系统主要以直流输电系统为例，柔性直流输电系统具有自身结构的特殊性以及调节方式的不同，使直流线路中经常出现的故障电流呈现峰值较大、上升速度较快的特点。
这种特点很容易造成设备的绝缘和电气元件的损坏。
根据柔性直流输电系统出现的故障，提出相关地保护装置的技术方法，根据柔性直流线路的特性，通过抑制电流、减少故障的影响、输电线路的保护原理等方面着手。
此文重点分析了柔性直流输电电路系统与常规交流长距离输电电路系统的区别，通过对比，分析其优缺点，制定相应的保护装置措施。
关键词：柔性输电系统；保护装置；故障处理引言柔性直流电路输电系统是基于电压型换流器和模块化多点平换流器的基础上，它具有无功功率、调节有功功率和向无源网络供电等特点。
它和传统上的高压直流输出电路系统有很大区别，它主要适用于大规模的可再生能源的远距离输送上，比如太阳能、风能等等。
而柔性直流电路输电系统也有其自身的不足，对低压限流功能的缺乏以及没有成熟的直流开关元件。
基于柔性直流输电电路的特性，其故障特征更加复杂、难以把握，所以对于柔性直流输电电路的要求也是更高的。
通过对柔性直流输电电路的保护装置以及故障排除的了解，使实际工作中可以及时了解问题所在，及时解决、排除故障。
1.柔性直流输电电路系统与交流输电点路系统（1）柔性直流输电电路系统的概念柔性直流输电电路系统是基于电压源换流器的高压直流输电技术，它是一种以电压源换流器、自关断器件和脉宽调制（PWM）技术为基础的新型输电技术。
（2）直流输电的特点柔性直流输电电路系统的优点主要体现在不会换相失败、易于构成多端直流系统、无源网络供电以及换流器的独立性等。
多端柔性直流输电线路单极接地故障定位方法
ｌｅｔ ｐａｃｋｅｔ ｓｉｎｇｕｌａｒ ｅｎｔｒｏｐｙ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｅｘｔｒａｃｔ ｔｈｅ ｄｅｅｐ ｆａｕｌｔ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｏｕｂｌｅ￣ｔｅｒｍｉｎａｌ ｍｏｄｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅ￣
ＭＭＣ 换流阀
Ａ
２ × １７００
２ × １７００
± ５００
± ５００
± ５００
２３０ / ２６０
最大直流功率( ＭＷ)
１５００
１５
１００
桥臂子模块数
子模块电容值( ｍＦ)
表 ２ 输电线路主要参数
区段
Ａ－Ｄ
Ａ－Ｂ
Ｂ－Ｃ
Ｃ－Ｄ
Ｃ
２ × ８５０
额定线电压( 网侧 / 阀侧) ( ｋＶ)
直流侧额定电压( ｋＶ)
障工况下的单极接地短路ꎮ 仿真结果表明该方法在
５０ｋＨｚ 采样频率下ꎬ能够实现多端柔直输电系统的
故障区段识别和定位ꎬ测距精度不易受到过渡电阻
空结构的多端柔性直流输电线路时常跨越多个区
影响ꎮ
域ꎬ沿线环境气候复杂多变ꎬ导致短路故障发生频
２ 多端柔性直流输电系统结构
繁ꎬ其中单极接地短路概率最大 [２] ꎮ 精准可靠的故
阻、行波色散对线路测距的干扰ꎬ有效提高输电线路故障定位精度ꎮ 以先定区段再定位的思想ꎬ提出一种采
用小波包奇异熵和一维卷积神经网络( Ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌ Ｎｅｕｒａｌ ＮｅｔｗｏｒｋｓꎬＣＮＮ) 的多端柔性直流输电线路单极接
MMC型柔性直流输电系统建模、安全稳定分析与故障穿越策略研究
MMC型柔性直流输电系统建模、安全稳定分析与故障穿越策略研究1. 本文概述随着全球能源需求的不断增长和电网规模的扩大，柔性直流输电技术（MMCHVDC）因其高效率、高可控性和良好的故障穿越能力而成为现代电网的重要组成部分。
本文旨在深入探讨MMC型柔性直流输电系统的建模方法、安全稳定特性分析以及故障穿越策略，以期为实际工程应用提供理论支持和策略指导。
本文将详细阐述MMCHVDC系统的基本原理和结构特点，为后续建模和分析奠定基础。
本文将重点探讨MMCHVDC系统的数学建模方法，包括其交流侧和直流侧的动态模型，以及控制器的设计。
这部分内容将采用现代控制理论，结合仿真软件进行模型验证，确保模型的准确性和实用性。
在安全稳定分析部分，本文将基于所建立的模型，分析MMCHVDC 系统在各种运行条件下的稳定性，包括正常运行、负载变化和故障情况。
特别地，本文将重点研究系统在直流侧和交流侧故障时的响应特性，以及这些故障对系统稳定性的影响。
本文将提出一套完整的故障穿越策略，以增强MMCHVDC系统在电网故障时的鲁棒性和稳定性。
这些策略将涵盖故障检测、故障隔离、系统恢复等多个方面，旨在确保系统能够在各种故障情况下保持稳定运行，最大限度地减少故障对电网的影响。
总体而言，本文的研究成果将为MMC型柔性直流输电系统的设计、运行和控制提供重要的理论参考和实践指导，有助于推动该技术在智能电网和可再生能源领域的广泛应用。
2. 型柔性直流输电系统概述MMC（Modular Multilevel Converter）型柔性直流输电系统，作为一种新型的电力电子输电技术，以其独特的模块化设计和优越的电力调节能力，近年来在高压直流输电（HVDC）领域受到了广泛关注。
该系统主要由多个子模块组成，每个子模块包含一个绝缘栅双极晶体管（IGBT）和反并二极管，以及相应的电容器。
通过控制IGBT的开关状态，可以实现对电压的精确控制，从而实现有功和无功的独立控制。
海洋输电中柔性直流输电系统线路保护技术研究
Value Engineering0引言在海洋环境之中，由于缺少遮挡物，因此风速较大，输电线路容易受到环境因素的影响。
当前的海洋电力生产主要是以海上风电场为主，一般来说在陆地上此类电力在生产之后，往往是采取110kV 以下的低压电缆进行输送，在海洋环境下相应的输电活动则是采取110kV 以上的高压电缆输送，不过这种输电方式的技术难度相对较大，且海洋环境中相应的线路需要建设于远离陆地、人烟稀少的区域，经过长距离输送之后接入电网，其中的不可预测因素较多，而数字化技术的应用，则可以在这些条件下对输电线路的安全和稳定形成保障。
1海洋环境下的电力输送形式1.1海洋环境下的电力输送形式概述目前海洋输电的方式主要包括2种，即高压交流输电（HVAC ）、高压直流输电（HVDC ），同时在直流输电的基础上，相关的技术又可以分为基于晶闸管换流器（PCC ）的直流输电技术、基于电压源变流器（VSC ）的轻型直流输电技术和混合HVDC 直流输电技术几种。
海洋输电方式和具体设施建设过程中，主要考量的因素是其是否能够在海浪、强风、盐雾、潮湿等环境中会安全稳定地运行，以及相应的输电线路在建设成本及效能方面是否具有比较优势。
传统的交流输电模式在结构方面较为简单，建设成本低，因此受到的关注也相对较大，但同时其在应用的时候会受到交流电缆充电电流的影响，所以输电功率和输电电流将会受到较大的限制[1]。
针对这种现象，在交流输电电缆的应用中，需要采取不同的HVAC 输电模式来规避对应的电力传输问题，如针对距离相对较短、功率相对较小的情况，往往采取直接连接的方式，无需变压器和高电压输电，而如果输电功率较大，且输电的距离较长的时候，则有必要采取变压器和高压输电模式。
当前我国的海洋交流输电过程中，一般会采取配合静止无功补偿器的方式来完成输电过程。
与之相对，传统的高压直流输电方式则可以比较好地适应大功率远距离输电、海底电缆和交流系统间异步连接等场景，同时输电的损耗较低，可以控制有功和无功，海上发电厂也无需与电网同步。
对柔性直流输电技术的相关要点分析
对柔性直流输电技术的相关要点分析摘要:柔性直流输电是有广泛应用前景的输电技术，而且也有比较先进的技术。
能够在国家能源结构方面进行调整，让区域能源实现互联发展。
能够进行自换相，如果没有换相失败的时候，也可以向弱交流系统供电。
如果缺乏无功补偿，可以设置常规直流的补偿功率为50%到60%，另外，整个占地面积比较大。
有比较低的谐波水平，这也决定了柔性直流输电，也不会有更多的滤波。
如果在海上风电和海上石油平台方面也会有大的发展。
由于电的波动性也会比较大，也会有比较强的间歇性，针对调整这些间歇性的问题，可以更快的去调节能量。
针对柔性直流输电技术的特点和发展现状问题，也总结出了柔性直流输电技术的应用领域，更好地对未来柔性直流发电技术发展前景进行了分析。
关键词:柔性直流输电；技术要点；技术分析柔性直流输电能够构成多端直流电网，而且也不需要去改变直流的电压极性，如果只改变直流电压的方向，可能在常规反送的时候去改变电压，对于柔性直流输电并不用改变电压方向和电流方向，因此构成了直流网和只是电流调节。
对于直流电网的实际意义是要实现能量流的双向流动与双向控制，并且提高大功率电力电子性能，从而保证能量流自动调节，这种设计也比较小型化。
一、柔性直流输电的现状优势目前，人们越来越重视以晶闸管换流器为核心的高压直流输电技术。
柔性直流输电的主要优势是可以降低高压输电走廊的建设成本，并且对相位交流电网的柔性进行关联，让负荷中心可以进行远距离大功率的输电。
常规直流输电技术有非常多的优势，柔性直流输电技术也有其独有的特点。
1.孤岛特性常规高压直流输电技术要求受端电网是强电网，受端电网应当提供电压作为支撑方，从而保证输电的稳定性。
在一开始建设常规直流电的时候，由于交流电网容量会比较大，高压直流输电一般都是作为小部分来进行补充，没有比较明显的问题。
我国新能源建设都得到了蓬勃发展，新能源需要借助直流线路输到东部负荷中心，交流端容量无法更好地支撑大量的直流线路输入。
基于柔性直流输电系统故障特性的断路器失灵保护的改进
基于柔性直流输电系统故障特性的断路器失灵保护的改进摘要：基于MMC拓扑结构的多端柔性直流输电技术日益成熟，针对柔性直流输电直流保护策略的研究也越来越多。
本文分析了柔性直流输电系统保护配置，并根据柔性直流系统的故障特征提出相应的失灵保护配置方案。
关键字：柔性直流输电；直流保护；失灵保护；世界第一条多端柔性直流输电工程2013年底在汕头市南澳县投入运行，目前运行安全、稳定，这极大地增强了交流电网输电的灵活性，对孤岛供电、分布式电源并网、大型风电场并网等都起到了很好的效果。
但是由于柔性直流输电技术是新技术，控制保护方面的研究较少，在工程投入运行一年多时间里，发现控制保护方面存在一些问题。
比如，柔性直流输电系统的阀厅内部故障，控制保护系统动作结果是闭锁换流阀同时跳开断路器（启动断路器失灵保护），在断路器失灵跳不开的情况下，若失灵保护的原理是传统的判电流，则因柔性直流输电系统的阀厅故障的故障特征，断路器失灵保护是无法启动的，这将扩大了事故范围，给柔性直流输电系统带来安全隐患。
因此，结合实际工程运行中发现的问题，研究柔性直流输电工程的故障特征，根据故障特征提出相应的改进措施和方法，不断完善柔性直流系统控制保护系统的功能，使柔性直流输电系统更安全可靠的运行。
因此，研究柔性直流输电在发生故障时且断路器失灵时相应的失灵保护策略显得尤其重要[1]。
同时，研究柔性直流输电控制保护的故障特性对后续的柔性直流输电工程在设计和运行维护方面都具有重要意义。
本文分析了柔性直流输电系统的故障特征，结合柔性直流输电系统的特点，提出了针对柔性直流输电系统的断路器失灵保护策略。
1 断路器失灵保护原理及柔性直流输电系统对断路器失灵保护的配置要求[2]目前，常规的断路器失灵保护配置是按照常规的断路器失灵保护。
采用“相电流”、“零序或负序电流”动作，配合“保护动作”和“断路器合闸位置”三个条件，延时启动失灵。
其中零、负序电流，“保护动作”和“断路器合闸位置”可分别由控制字投退，如图1所示。
柔性直流输电
精心整理柔性直流输电一、概括（一）柔性直流输电的定义高压直流（ HVDC ）输电技术始于 1920 年月，到当前为止，经历了 3 次技术上的改革，其主要推进力是构成换流器的基本元件发生了革命性的重要打破。
第一代直流输电技术采纳的换流元件是汞弧阀，所用的换流器拓扑是6 脉动 Graetz 桥，其主要应用年月是 1970 年月从前。
图 1.1 ：汞弧阀图1.2：6脉动Graetz桥第二代直流输电技术采纳的换流元件是晶闸管，所用的换流器拓扑仍然是 6 脉动 Graetz 桥，因此其换流理论与第一代直流输电技术相同，其应用年月是1970 年月初直到此后一段时间。
图 1.3 ：电触发晶闸管图 1.4：光触发晶闸管往常我们将鉴于 Graetz 桥式换流器的第一代和第二代直流输电技术称为传统直流输电技术，其运转原理是电网换相换流理论。
所以我们也将传统直流输电所采纳的 Graetz 桥式换流器称为“电网换相换流器”，英文是“LineCommutatedConverter ”，缩写是“ LCC ” 。
这里一定明确一个观点，有人将电流源换流器（ CSC ）与电网换相换流器（ LCC ）混杂起来，这是不对的。
LCC 属于 CSC ，但 CSC 的范围要比 LCC 宽广得多，鉴于 IGBT 构成的CSC 当前也是业界研究的一个热门。
1990 年，鉴于电压源换流器的直流输电观点第一由加拿大McGill 大学的 Boon-TeckOoi等提出。
在此基础上， ABB 企业于 1997年 3 月在瑞典中部的 Hellsjon和 Grangesberg之间进行了初次工业性试验（3MW ，± 10kV ），标记着第三代直流输电技术的出生。
这类以可关断器件和脉冲宽度调制（ PWM ）技术为基础的第三代直流输电技术，国际威望学术组织国际大电网会议（CIGRE ）和美国电气和电子工程师协会（IEEE ），将其正式命名为“ VSC-HVDC ”，即“电压源换流器型直流输电” 。
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柔性直流输电线路故障分析与保护综述
周森亮
发表时间：
2019-10-23T10:40:13.657Z 来源：《电力设备》2019年第10期 作者： 周森亮
[导读] 摘要：为应对不可再生能源不断减少的形势，世界各国制订了相应的政策，随着大功率全控型电力电子器件制造及控制技术的发
展，推动了柔性直流输电工程的建设。
（国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司 内蒙古赤峰 024000）
摘要：为应对不可再生能源不断减少的形势，世界各国制订了相应的政策，随着大功率全控型电力电子器件制造及控制技术的发展，
推动了柔性直流输电工程的建设。基于柔性直流输电系统控制方式和拓扑结构的特殊性，在直流侧发生故障时，其故障电流上升速度极快
且破坏性极强。针对柔性直流输电系统的故障类型和保护分区进行讨论，结合现阶段的故障隔离技术，介绍了直流断路器、换流器和交流
断路器的应用状况。为快速隔离故障，详细介绍了柔性直流线路保护，并对柔性直流输电技术的发展趋势进行了展望。
关键词：柔性直流输电；故障类型；直流线路保护
引言
和传统基础电流源变换系统的直流输电系统相比，电压源变换系统的直流输电系统（ＶＳＣ－ＨＶＤＣ）属于一类低廉的输电方式。
其能够切实弥补直流电力传输存在的问题，尤其在可再生能源发电并网、城市供电以及异步交流互联中适用。但因为拓扑结构与控制模式
的特殊性，出现故障之后电流快速上升，非常容易对换流组件产生破坏，所以，直流线路故障保护的作用非常关键。
1
柔性直流输电的系统
两端的换流站都是利用柔性直流输电，由换流电和换流变压设备，换流电抗设备等进行组成。其中最为关键的核心部位是VSC，而它
则是由流桥和直流电容器共同组成的。系统中，综合考虑它的主电路的拓扑结构及开关器件的类型，能够采用正弦脉宽调制技术，将此类
技术在调制参考波与三角载波进行数据的对比，在后者数据相对较小的情况下，就会发生触发下桥臂开关导通并关断下桥臂。这主要是由
于浮动数值和相位都可以利用脉宽调制技术来进行智能化调解。因此，
VSC的交流输出电压基频分量的幅值及相位也可通过脉宽进行调
节。
2
柔性直流系统的故障类型
以目前正在建设的张北柔性直流电网为例，该工程采用架空输电线路，与直流电缆相比，其故障概率更高。按照故障区域划分，柔性
直流电网故障大致可以分为交流系统故障、换流器内部故障和系统直流侧故障。换流器内部故障又可细分为站内母线故障、阀短路故障、
桥臂电抗器故障以及最常见的子模块故障等。柔性直流输电具有输送容量大、电压等级高的特点，故
MMC（模块化多电平换流器）每个桥
臂串联的子模块数量较多，从而增加了子模块故障的概率。在柔性直流系统的建设中，为确保系统具有足够的容错性和充足的安全裕度，
通常都会在每一个桥臂上串联适量的冗余子模块。直流侧故障可细分为直流线路断线故障、直流线路短路故障和换流器闭锁故障。在单个
MMC
中，因为直流侧采用单级输电，故直流侧线路故障以单极接地故障为主。而在真双极系统中，单级接地故障则相当于伪双极系统中的
级间短路故障，通常由树枝接触或雷电引发，多属于暂时性故障，但是因其故障传播速度快、影响范围广、解决难度大，成为阻碍柔性直
流电网发展的技术难题。真双极系统的双极短路故障则更为严重，相当于交流系统的三相短路故障。
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柔性直流输电网故障保护的难点
（１）系统故障电流升高速度极快，通常在故障出现之后１０ｍｓ以内电流已经提高至稳态电流水平。（２）稳态短路存在很高电流
值，系统短路电流通常比额定值高出几十倍。（３）系统故障发生时短路电流无极性改变，无过零点，断路系统很难灭弧。（４）对迅速
切断故障设定的标准很高，交流输电系统的故障切断时限通常大于５０ｍｓ，但直流系统故障切断时限要求不到５ｍｓ，否则就会对系统
组件安全产生很大影响。所以，针对柔性直流线路故障问题，一方面需迅速准确识别故障，另一方面需采取合理处置方案限制故障电流，
进而降低对换流器、线路和系统产生的威胁。
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柔性直流输电线路故障保护存在的问题与研究展望
4.1
存在的关键问题
虽然国内外学者围绕柔性直流输电线路保护原理开展了大量研究，能够在一定程度上提高现有柔性直流输电工程的线路保护性能，但
仍存在一些问题：（
1）柔性直流输电系统故障阻尼小，故障蔓延速度快，而柔性直流系统中的电力电子设备耐受故障冲击电流能力差，因
此对保护系统的响应时间要求很高，即对速动性要求高。（
2）虽然行波保护是目前柔性直流输电系统较为适宜的主保护，但其易受雷击、
噪声等因素干扰而发生误动，可靠性降低，并且对采样频率的要求高。（
3）正负极线路行波之间存在电磁耦合，并且暂态行波在传播过程
中会发生畸变、色散、频散等现象，对保护会产生一定的干扰。
4.2
保护与控制协调策略
柔性直流输电线路的故障处理与保护和控制密切相关，为实现故障线路的隔离和系统的稳定，需要针对线路保护、辅助电路以及系统
控制的动作时间和投入方式，进行协调策略研究。尤其对于多端柔性直流系统，直流线路故障的处理，更加强调多站之间保护与控制的协
调作用。采用保护、控制、通信集成一体化的多端柔性直流系统保护方案，研究保护与保护之间，保护与控制之间的配合策略，实现交直
流侧保护与控制相协调，整合并减少分散保护设备的数量，从而降低柔性直流线路故障处理与保护的复杂性、缩短故障处理的时间，提高
系统的可用率。
4.3
柔性直流输电技术的应用前景展望
（1）在城市电网塔容及直流供电中的应用。近几年来，我国经济的高速发展以及城市化建设的不断推进，促进了城市电网的进一步
发展，与此同时大部分的城市电网负荷也一直呈现出不断增长的趋势，人们对于电能的供应及质量要求不断提高。（
2）替代交直流联网。
结合我国目前的总体趋势西部地区的资源相对较多，同时负荷较少，我国
90%的水电几乎都集中在西部，而东部地区的能源与负荷量特点
则恰好相反。导致了我国地区能源和负荷的失调，因此，特高压直流输电工程在不断增多，实现电能的大容量和远距离运输。目前关于柔
性直流输电技术方面仍然存在着一定的障碍，在进行长距离和大容量的发展过程中，要克服以下几个难点：第一就是用碳化归来替代二氧
化硅，从而改变
VSC的材料，同时还要增强封装材料的绝缘性和耐热性，达到大容量的电流运输。第二就是要加强电流直流断路器的优化
与改良，突破上述所提到的故障。如果能在技术上实现故障的突破，那么柔性直流输电技术在未来可能会完全取代传统输电技术，承担起
长距离大容量的输电任务。（
3）借鉴传统交流输电和常规高压直流输电的继电保护技术，结合柔性直流输电系统的结构特点，研究先进的
保护原理。行波保护具有超高速动作且不受分布电容影响的优点，应进一步探究行波在雷击、噪声、电磁耦合等因素影响下的传播规律，
从而研究更适合柔性直流输电的新型行波保护方法。因此以行波保护为代表的新型主保护是未来柔性直流输电继电保护研究的重点领域。
结语
阐述了柔性直流输电的故障类型和保护分区，结合现阶段的故障隔离技术，介绍了直流断路器和换流器的应用状况。为快速隔离故
障，详细介绍了线路保护。随着电力电子技术的成熟和对继电保护技术的深入研究，柔性直流输电存在的缺陷将逐一得到解决，未来柔性
直流电网将更加安全可靠、清洁绿色。
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