多端柔性直流電網(wǎng)保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)

多端柔性直流電網(wǎng)保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)1研究背景基于傳統(tǒng)電網(wǎng)換相換流器(LineCommutedConverter，LCC)的直流輸電技術(shù)存在換相失敗、需要吸收大量無(wú)功功率、無(wú)法向無(wú)源網(wǎng)絡(luò)供電等缺點(diǎn)。隨著全控型開(kāi)關(guān)器件的出現(xiàn)與成熟，以電壓源型換流器(VoltageSourceConverter，VSC)為核心部件的柔性直流技術(shù)成為直流輸配電領(lǐng)域重要的發(fā)展方向：從負(fù)荷需求和電源分布考慮，實(shí)現(xiàn)多電源供電及多落點(diǎn)受電的柔性直流電網(wǎng)是電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)；從建設(shè)成本和經(jīng)濟(jì)性考慮，多端柔性直流輸電系統(tǒng)顯然比并行多條點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式直流輸電線路更加有利于節(jié)約線路走廊、降低投資和減小運(yùn)行費(fèi)用；從電網(wǎng)供電可靠性和運(yùn)行靈活性考慮，多端直流電網(wǎng)可以提供更好的供電可靠性和系統(tǒng)冗余性，以及適應(yīng)性更強(qiáng)的供電模式、靈活和安全的潮流控制等；從新能源自身間歇性和分散性的特點(diǎn)考慮，多端柔性直流電網(wǎng)可以有效改善新能源對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響。因此，基于柔性直流技術(shù)的直流電網(wǎng)被認(rèn)為是未來(lái)電力系統(tǒng)發(fā)展的一次重要革命。直流電網(wǎng)是由大量直流端以直流形式互聯(lián)組成的能量傳輸系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)新能源的平滑接入、全局功率的調(diào)節(jié)互濟(jì)、長(zhǎng)距離大范圍的電能傳輸。在大規(guī)模分布式可再生能源接入、海洋群島供電、海上風(fēng)電場(chǎng)群集中送出、新型城市電網(wǎng)構(gòu)建等方面，直流電網(wǎng)被認(rèn)為是最理想的組網(wǎng)方案，也是未來(lái)智能電網(wǎng)發(fā)展的重要方向之一。柔性直流電網(wǎng)的發(fā)展尚面臨若干關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題亟待解決。其中，有別于傳統(tǒng)交流電網(wǎng)和常規(guī)高壓直流輸電系統(tǒng)，多端柔性直流電網(wǎng)特殊的故障暫態(tài)特征、復(fù)雜快速的換流器故障控制以及直流斷路器等一次設(shè)備的性能制約對(duì)其繼電保護(hù)賦予了新的挑戰(zhàn)和任務(wù)。2柔性直流系統(tǒng)故障暫態(tài)特征柔性直流系統(tǒng)直流故障暫態(tài)特征是直流保護(hù)研究的理論基礎(chǔ)。而基于不同類型換流器的柔性直流系統(tǒng)故障特性存在明顯的差異，相應(yīng)地對(duì)保護(hù)的要求也有所不同。下面針對(duì)目前最為典型的兩種換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分別總結(jié)關(guān)鍵故障特征，并分析各自對(duì)保護(hù)的要求。如圖1所示，以最為嚴(yán)重的兩極短路故障為例，兩電平VSC型直流系統(tǒng)發(fā)生短路故障以后，直流側(cè)將承受電容放電產(chǎn)生的快速過(guò)流。而且由于直流電容直接并聯(lián)于換流器直流出口，電容放電、故障電流上升均不受換流器控制，必須由保護(hù)快速動(dòng)作于直流斷路器切除故障。而從保護(hù)交流側(cè)設(shè)備和換流器角度出發(fā)，由于一旦直流電壓過(guò)零，交流側(cè)和換流器橋臂就會(huì)快速過(guò)流，因此希望保護(hù)能夠在直流電壓過(guò)零以前實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)、故障識(shí)別（故障區(qū)段定位）以及故障隔離全套動(dòng)作，動(dòng)作速度要求一般在幾個(gè)毫秒。此外，從全網(wǎng)運(yùn)行可靠性以及故障后的系統(tǒng)快速恢復(fù)考慮，電壓跌落到零意味著系統(tǒng)的完全崩潰，且故障消失后需要長(zhǎng)時(shí)間的恢復(fù)過(guò)程，事實(shí)上柔性直流電網(wǎng)對(duì)保護(hù)的動(dòng)作速度要求將進(jìn)一步提高；而且兩電平VSC故障電流上升速度快且不受控的問(wèn)題在柔性直流電網(wǎng)中將會(huì)由于多站疊加而加劇，因此在多端柔性直流電網(wǎng)中的應(yīng)用存在一定的局限性。圖1兩電平VSC型直流系統(tǒng)兩極短路故障特性如圖2所示，與兩電平VSC相比，MMC直流故障后過(guò)流水平、電容放電均受控，從系統(tǒng)安全性和快速恢復(fù)等角度考慮更適合于構(gòu)建多端柔性直流電網(wǎng)。但是，有別于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式直流系統(tǒng)，構(gòu)建直流電網(wǎng)以后，為了保證系統(tǒng)的供電可靠性，直流故障以后并不希望換流站