直流系統(tǒng)在減小線路損耗、提高傳輸容量、新能源發(fā)電大規(guī)模集中接入等方面優(yōu)勢突出，隨著近年來電力電子技術(shù)的飛躍式發(fā)展，直流系統(tǒng)成為國內(nèi)外電力系統(tǒng)領(lǐng)域研究、應(yīng)用的熱點。其中，多端
柔性直流電網(wǎng)由于其在供電可靠性方面所具備的巨大優(yōu)勢，已經(jīng)成為未來電力系統(tǒng)發(fā)展的一大趨勢。
柔性直流電網(wǎng)的直流故障保護是其發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，主要技術(shù)難點在于故障線路的可靠識別定位。結(jié)合目前的技術(shù)現(xiàn)狀，本文詳細分析利用直流斷路器和利用自清除換流器實現(xiàn)故障隔離的技術(shù)可行性。結(jié)合“握手法”的前加速保護思想，分別設(shè)計了基于直流斷路器和不基于直流斷路器的多端柔性直流系統(tǒng)故障保護方案，實現(xiàn)故障的識別、隔離及剩余網(wǎng)絡(luò)的快速恢復(fù)。
問題及意義
直流故障保護是柔性直流電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)問題。由于直流故障隔離技術(shù)尚不成熟，目前
柔性直流工程主要利用交流斷路器實現(xiàn)故障隔離。針對這一工程實際，相關(guān)文獻提出了“握手法”思想實現(xiàn)故障線路的可靠識別定位。但是，該方法在動作速度、系統(tǒng)恢復(fù)能力、供電可靠性等方面性能遠遠無法滿足柔性直流電網(wǎng)要求。
隨著直流斷路器技術(shù)、換流器自清除技術(shù)的逐漸成熟，柔性直流系統(tǒng)直流故障隔離方案逐漸明確。論文針對“半橋MMC+直流斷路器”和“自清除換流器+直流開關(guān)”兩種最具應(yīng)用前景的故障隔離方案，基于“前加速”思想，分別設(shè)計了相應(yīng)的直流故障保護方案。以“半橋MMC+直流斷路器”隔離方案為例，論文提出如圖1所示的保護動作方案：1）利用方向元件選擇預(yù)跳閘直流斷路器；2）一旦故障檢測判據(jù)動作，立即跳開預(yù)選直流斷路器，從而實現(xiàn)故障線路的可靠切除，并保證健全線路至少有一端仍與換流站相連，繼續(xù)帶電運行；3）通過線路帶電信號進行重合判斷，若線路仍帶電，則對應(yīng)跳閘斷路器重合，否則不重合，從而實現(xiàn)剩余網(wǎng)絡(luò)的快速恢復(fù)。
本文所設(shè)計的保護方案無需通信即可實現(xiàn)故障的可靠識別定位，同時在保護動作速度和系統(tǒng)供電可靠性方面均較傳統(tǒng)基于交流斷路器的直流故障保護方案有了很大的提高。
圖1基于“半橋MMC+直流斷路器”的前加速保護方案
重點內(nèi)容
論文分析了“半橋MMC+直流斷路器”和“自清除換流器+直流開關(guān)”兩種故障隔離技術(shù)的技術(shù)可行性。并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合“前加速”保護思想，設(shè)計了基于單端信息的直流電網(wǎng)保護方案。
結(jié)論
本文提出了一種基于“前加速”思想的柔性直流電網(wǎng)保護方案。該方案僅需要本地信號，結(jié)合方向元件與重合判斷即可實現(xiàn)故障線路的可靠定位隔離及剩余網(wǎng)絡(luò)的快速恢復(fù)。在保護動作速度和系統(tǒng)供電可靠性方面均較傳統(tǒng)基于交流斷路器的直流故障保護方案有了顯著提高，可作為柔性直流電網(wǎng)線路后備保護（尤其是在通信失敗情況下）。
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