多端柔性直流輸電系統直流故障保護策略研究

刁雪梅，李明賢

天津科技大學

多端柔性直流輸電系統直流故障保護策略研究

刁雪梅，李明賢

天津科技大學

隨著我國經濟的迅猛發展導致我國能源需求的不斷提升，如何解決能源短缺問題、能源結構優化調整問題，以及應對環境污染等，這些問題都嚴重阻礙了電網建設，而電網建設的質量無疑是十分關鍵的，直接關系到了人們的生活質量。所以在整個電網中，對于輸電系統的選擇就格外的重要，現代電網中往往使用多端柔性直流輸電系統來提供輸電服務，所以針對該系統進行深入研究是十分有必要的。

多端柔性直流輸電系統；直流故障；保護策略；研究

與交流輸電系統相比較，直流輸電系統無論是在電能供應，還是在系統穩定性上都要遠遠優于交流系統，并且其優勢還體現在其系統結構較為簡單，所以在日常運行的檢修和維護難度上相對更小，隨著在電力工程方面的技術不斷的升級，對于直流輸電系統的研發也在不斷的進行中，所以這種輸電系統在整個電網中的結構也將越來越大，尤其是在綠色能源的發展背景之下，直流輸電系統以其低能耗而受到青睞。

1 多端柔性直流輸電系統概述

隨著VSC-MTDC系統的發展和大量新能源發電的并網，VSC-MTDC系統的網絡結構變的越來越復雜，控制難度加大，因此控制方式的選擇尤為重要。正確的控制方式可以將輸電系統的性能上升到新的水平，尤其是在輸電系統中有和大量的大功率設備，這些設備的運行安全十分重要，控制方式則將直接影響到這些設備的安全運行。除此之外，從經濟成本方面來考慮，直流系統在建造成本上更少，所以在今后的電網建設中，多端柔性直流輸電系統將使用的越來越多。

隨著“西電東送”、“南電北送”等工程和新能源大規模的接入電網等工程的推進，柔性直流輸電技術將成為輸電系統中不可或缺的因素，同時高壓直流電纜也是海上風電和孤島必不可少的輸電介質。

與交流輸電技術相比，直流輸電具有以下幾點優勢：

（1）直流輸電線路具有更窄的輸電線路走廊，線路走廊變窄也就意味著在建設時所花費的資金更少，雖然走廊的修建在整個電力工程中所占極少，但是其費用卻是一筆不菲的數目，能夠降低成本是所有建設單位都樂于見到的。（2）具有較高的擊穿強度，正常運行時，整個直流系統中的電壓高于交流電壓的三倍，同時也意味著在輸送電力的同時，其系統功耗得到了有效的控制，這對于寶貴的電力資源而言是十分重要的。（3）高壓直流輸電系統輸送電能的容量高，現代的社會發展十分迅速，對于電力的需求也只會越來越高，這就意味著能夠大量的輸送電力是輸電系統最為基本的要求，而直流輸電系統恰恰滿足了這一點。

線路損耗一直是困擾著供電系統，雖然直流供電系統的線路損耗較低，但是也存在著特殊的情況，其中的直流微電網就是屬于典型，所以說在平常的使用中，對于線路的損耗方面著手來減少是十分重要的，目前最為有效的方法是通過新的技術來實現這一目的，目前使用的最多的是MMC技術，該技術在降低線路損耗上表現的十分優良。MMC的具體技術優勢如下：

（1）對于不同功率的大型設備共同運作就需要足夠的容量，而MMC技術就具備了較高的容量。（2）隨著模塊串聯個數的增加輸出電壓的諧波含量越來越低，無需額外的濾波裝置，降低變換器的開關頻率;（3）現代電網需要遠距離的輸送，為了滿足這種需求，就必須使用高效率的變化器，以此減少線路上的損耗。

2 多端柔性直流輸電系統直流故障保護策略

2.1 換流器閥級控制

換流器閥級控制的存在是為了對各個線路模塊進行控制，通過相應的算法來決定對應的開關閉合狀態，以此來實現對于線路的運行控制，同時也能夠保證整個電網的穩定性。該控制系統的功能較為強大，可以有效的解決子模塊的運行。

2.2 換流器級保護策略

換流級保護策略的目的是為了保住換流站，換流站的在整個系統中所扮演的角色是將不同功率的電力分配到不同的線路中，以此來確定下級的各個線路的電力順利輸送。換流站的保護措施通過調節運行參數，調節要根據相應的指標來進行，這一點十分重要，很多工作人員在調節時容易產生疏忽。

2.3 系統級保護策略

系統級控制層接收控制人員的指令，以此來保證系統的電壓控制。系統中所使用的參數都是經過人為設定的，這就意味著不同層級的參數都有相互借鑒的作用，一般情況下系統級保護策略十分重要，可以保證整個系統的有效運行，以及不同級別之間的相互的協調切換。

在永久性直流短路故障情況下，換流閥閉鎖能在很短時間內完成故障電流清除;而由于FB-MMC重新解鎖后以雙STATCOM并聯的方式運行，能夠長時間保證直流側極間電壓和直流電流為零，為故障清除和隔離提供了有利條件。

結束語

綜上所述，在上文中詳細分析了多端柔性直流輸電系統在整個電網中的重要作用，尤其是各方面的技術優勢，同時該系統更能夠適應今后快速發展的電網建設，能夠和互聯網技術形成良好的對接，這一點十分重要，符合今后電網建設的發展趨向。多端直流系統中尚未見到相關文獻和算法，測量環節與通信環節的可靠性問題及其對多端直流系統繼電保護的影響值得關注。

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