多端柔性直流電網(wǎng)新型保護(hù)技術(shù)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(fèi)分布不均衡問題對電網(wǎng)的資源配置能力提出了緊迫要求，可實(shí)現(xiàn)多電源供電及多落點(diǎn)受電的多端直流輸電(Multi-terminal Direct Current，MTDC)系統(tǒng)在新能源并網(wǎng)及輸送領(lǐng)域應(yīng)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(shù)具有有功和無功獨(dú)立控制

2、、可以向無源負(fù)荷供電、不需要裝設(shè)無功補(bǔ)償設(shè)備以及濾波裝置、潮流翻轉(zhuǎn)時(shí)保持電壓極性不變等優(yōu)勢，因此更適于構(gòu)建MTDC系統(tǒng)，即建設(shè)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(yùn)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(wǎng)正處于起始發(fā)展階段，直流側(cè)故障處理能力是限制

3、VSC-MTDC電網(wǎng)發(fā)展的重要因素之一。針對VSC-MTDC電網(wǎng)，本文開展直流輸電線路和直流母線保護(hù)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(wǎng)直流線路保護(hù)方法。論文首先分析了直流電網(wǎng)中直流線路區(qū)內(nèi)外故障時(shí)線路兩端的初始電流行波極性特征:1）當(dāng)某正極線路故障時(shí)，包括正極接地和正負(fù)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(fù)極性。2）當(dāng)某負(fù)極線路故障時(shí)，包括負(fù)極接地和正負(fù)極間故障，故障的負(fù)極線路兩端的初始電流行波極性相同，并且同為負(fù)極性;其他非故障負(fù)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(nèi)外故障時(shí)的極性特征差異，構(gòu)造了直流輸電線路保護(hù)判據(jù)，并根據(jù)小波變換的相關(guān)理論對初始電流行波的極性進(jìn)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(guān)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(dòng)電流的VSC-MTDC電網(wǎng)直流母線保護(hù)方法。論文分析了直流電網(wǎng)中直流母線區(qū)內(nèi)外故障時(shí)與母線相連各支路的電流采樣值之和（采樣值差動(dòng)電流）的幅值特征:外部故障或正常運(yùn)行狀態(tài)下，母線的采樣值差動(dòng)電流是零，內(nèi)部短路故障時(shí)，采樣值差動(dòng)電流等于各直流線路的短路電流瞬時(shí)值的總和，其值非常大。利用母線采樣值差動(dòng)電流在區(qū)內(nèi)外故障時(shí)的幅值差異，論文構(gòu)造了VSC-MTDC電網(wǎng)直流母線保護(hù)判據(jù)。
　　其三，通過在每個(gè)換流站直流側(cè)出口處的

6、正極和負(fù)極線路上串聯(lián)電阻型超導(dǎo)故障限流器，將直流側(cè)故障電流限制在一定范圍內(nèi)，與所提保護(hù)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(shí)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(wǎng)模型，并利用該模型對所提保護(hù)方案進(jìn)行了大量仿真。仿真結(jié)果表明，對于不同故障初始條件下的VSC-MTDC電網(wǎng)直流側(cè)短路故障，保護(hù)均能做出正確判斷，動(dòng)作速度快，可靠性高，可以耐受一