柔性直流输电线路故障处理与保护技术评述

基于MMC的柔性直流配电网故障定位及保护配置研究一、本文概述随着能源结构的转型和电力电子技术的快速发展，直流配电网，特别是基于模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter, MMC）的柔性直流配电网，逐渐成为未来智能电网的重要组成部分。

然而，与传统的交流配电网相比，直流配电网的故障特性和保护策略存在显著差异，这使得故障定位和保护配置面临诸多挑战。

因此，本文旨在深入研究基于MMC的柔性直流配电网的故障定位及保护配置问题，以提高电网的安全性和稳定性。

本文首先对柔性直流配电网的基本结构和工作原理进行介绍，重点阐述MMC的工作原理及其在直流配电网中的应用。

在此基础上，分析柔性直流配电网中可能出现的故障类型及其特性，包括线路故障、换流器故障等。

接着，本文深入探讨现有的故障定位方法，如行波法、阻抗法等，并分析其在柔性直流配电网中的适用性。

同时，针对柔性直流配电网的故障特性，研究适用于该系统的保护配置方案，包括过流保护、欠压保护等。

本文还将通过仿真实验和实际案例分析，对所提出的故障定位方法和保护配置方案进行验证。

通过仿真实验，模拟不同故障场景下电网的动态行为，评估故障定位方法的准确性和保护配置方案的有效性。

结合实际案例，分析故障发生的原因和处理过程，为实际工程应用提供参考。

本文旨在通过理论分析和实验研究，为基于MMC的柔性直流配电网的故障定位及保护配置提供有效的解决方案，为推动直流配电网技术的发展和应用提供理论支持和实践指导。

二、MMC技术及其在柔性直流配电网中的应用模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter，MMC）是一种新型的高压大功率电力电子变换技术，由德国学者R. Marquardt和A. Lesnicar于2002年首次提出。

MMC由多个结构相同、相互独立的子模块（Sub-Module，SM）级联而成，通过控制子模块的投入与切除，可以灵活地调节输出电压的幅值和极性，从而实现直流电网的灵活、高效、可靠运行。

柔性直流输电的故障及保护技术探析
汪赛
【期刊名称】《电力设备管理》
【年(卷),期】2024()10
【摘要】针对如何优化电力系统的运行策略、提升其调度灵活性与稳定性,本文以本公司柔性直流输电网工程概况作为切入点,分析了柔性直流输电系统的主要故障形态及其特征,梳理了柔性直流输电系统的故障定位策略,并基于故障隔离技术、微分欠压保护技术以及辅助电路保护技术等角度,对相关故障保护技术的具体内容进行了分析。

【总页数】3页(P41-43)
【作者】汪赛
【作者单位】广东电网有限责任公司东莞供电局
【正文语种】中文
【中图分类】TM7
【相关文献】
1.多端柔性直流输电系统直流故障保护策略
2.柔性直流输电系统无保护故障特征及保护策略研究
3.多端柔性直流输电系统直流故障保护策略研究
4.海洋输电中柔性直流输电系统线路保护技术研究
5.基于故障行波差异性的柔性直流输电线路纵联保护
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柔性直流输电线路故障分析与保护综述摘要：随着各领域的不断进步，环境污染问题的日益严重，对可再生能源的大力开发和有效利用越来越受到世界各国的高度重视。

然而，风能、太阳能等可再生能源具有随机性和间歇性的特点，可再生能源发电的大规模接入会给传统交流电网的运行带来诸多问题，传统电网已经越来越难以接收和消纳大规模的可再生能源，“弃风”、“弃光”现象时有发生。

关键词：柔性直流；输电线路故障；保护引言柔性直流输电作为新一代直流输电技术，目前被认为是实现新能源并网和直流电网的极具潜力的输电方式，也是构建未来智能化输电网络的关键技术。

柔性直流输电系统的控制是影响输电系统运行性能的关键因素之一。

1直流输电线路继电保护研究现状1.1主保护实际投入运行的直流输电线路主保护主要有行波保护和微分欠压保护2种，最先是应用于常规高压直流输电系统，而柔性直流输电线路的保护则直接借鉴了这2种保护。

其中行波保护主要采用ABB和SIEMENS两家公司的单端量行波保护原理。

两家公司的保护都利用极波(即反向电压行波)来构成保护判据。

ABB的行波保护根据极波的变化量的大小来判断故障。

当极波的变化量大于保护定值时，即认为线路发生了故障，保护不经过延时就可以出口，保护的动作时间与故障后极波的变化率密切相关，一般情况下动作时间为几个ms。

SIEMENS的行波保护则引入了电压的微分来构成保护的启动判据，同时使用了保护启动后极波的变化量在10ms内的积分值构成保护判据。

这样可以在一定程度上降低各种干扰对保护的影响，提高保护的可靠性，但牺牲了保护的动作速度。

1.2后备保护现有的直流输电系统的线路后备保护往往采用纵联电流差动保护。

但由于线路故障后暂态过程较为严重，有非常大的暂态分布电容电流，因此为了躲过暂态过程的影响，电流差动保护往往引入较大的延时。

其后备纵联电流差动保护的典型动作时间为500-800ms。

对于柔性直流电网来说，上述动作时间显然太长了，交流侧的保护将有可能先于直流线路后备保护动作，造成换流站退出运行，极大地扩大了故障隔离和切除的范围。

评述柔性直流输电线路故障处理与保护技术作者：钱永亮来源：《中国科技博览》2018年第10期[摘要]柔性直流的输电系统本身的结构与调节形式比较特殊。

因此，对于直流线路的故障的处理与保护具有较高的标准。

基于此，本文对柔性直流的输电线路常见的故障特点进行阐述，简要分析了当前柔性直流线路故障的处理技术，进而对柔性直流的输电线路其故障的处理与保护的关键性技术加以展望。

[关键词]柔性直流输电；故障处理；线路保护技术中图分类号：S924 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）10-0046-01受到柔性直流的输电系统构成与运行机理的影响，直流线路的故障往往具有电流极速上升，峰值较大的特征，所以当故障发生的瞬间，会产生巨大的冲击电流进而给线路带来严重的影响。

所以，对于直流线路的故障进行处理与保护工作应当是全方位的。

怎样迅速辩别柔性直流的线路故障并更好地控制因故障产生的冲击电流，以降低对电力系统的危害是当前电力企业研究人员探讨的重要课题。

一、关于柔性直流的输电线路其故障分析直流线路的故障在柔性直流的输电系统中影响最为恶劣的故障，故障发生以后会迅速地闭锁IGBT。

当产生线路的双极故障的时候，直流线路的分布电容要小于直流侧电容，所以故障分析没有加以考虑。

双极直流的线路发生故障大体可以分为三个过程：即电容放电、二极管的续流、电网电流的馈入过程。

系统的直流线路产生双极故障的特点：故障以后，直流侧的电容会极速放电，几毫秒钟直流的电流会升至峰值，当电容的电压降到零以后，故障便进入二极管续流的过程，经过二极管的电流会超过额定电流的很多倍，这时二极管很容易损坏。

再过一段时间的减退，故障的电流和交流的电网电流差不多，电网便向故障点进行电流的馈入，直流线路的单极故障未有二极管的续流，其特点和双极的故障特点相近，电网的电流进行馈入过程，流经二极管中的电流也是额定电流的十倍。

尤其当直流侧的电容电压从零向负反向充电的时候，电容极易坏伤。

柔性直流输电线路故障定位方法研究摘要：柔性直流线路长度大，容易出现故障，为提高其运行可靠性，需采用精确、可靠的故障定位方法。

文章综述了目前国内外对柔性直流输电网故障定位的研究情况，对其进行了分类研究，将其划分为三种类型，即行波法和故障分析法以及智能算法，并对这三种类型的方法各自的优点和不足进行了归纳，最后针对目前柔性直流输电网的故障定位的研究现状，提出了几点建议。

关键词：直流输电线；故障定位；行波法；故障分析法引言灵活的直流输电在与新能源并网、孤岛供电、远距离传输网络等方面具有优于常规交流输电的优势。

由于直流线路长度大，长期不间断的运行，以及长期受到雷击、树枝、冰雪等恶劣环境的影响，导致了线路的绝缘性能降低，极间和极对地极易发生短路，因此，直流线路的故障率也是最高的。

为确保直流输电系统安全、稳定地运行，必须对其进行有效的检测与处理。

近年来，由于继电保护技术的不断发展，在一定程度上降低了线路的损伤，但由于缺乏外在损伤特征，导致了难以定位的局部绝缘损伤。

为降低线路检修工作量，加快故障修复速度，降低停电损失，保障交直流电网安全运行，探索简便、高效、经济的直流线路故障检测方法已成为众多学者关注的焦点。

一、柔性直流输电优势相对于柔性直流输电，传统的交流输电方式在输送电能时会产生巨大的无功损耗，所以必须对无功进行补偿，并且经常要对电容进行投切，这就导致了控制的复杂性和费用的增加。

然而，在直流输电系统中，换流站采用不同的控制策略，不仅能灵活地控制有功无功，还能充当静止无功的补偿器，还能快速地实现有功无功的调节。

因为直流故障电流不存在过零点，很难进行故障切除，而且直流断路器造价昂贵，研制过程中存在瓶颈，不是所有的换流站终端都可以配备直流断路器。

与传统的交流输出线的单一电力传输方向不同，柔性直流输出线的潮流逆转更加快速、更加简单，它只需将输电电压进行反转，就可以实现直流输电的潮流逆转，而不会对电流做任何额外的变化，也不会改变系统的传输结构。

直流输电系统故障分析与保护经济快速发展，推动了各行业不断进步，特别是随着我国对实体加工业的重视程度提高，加工生产能力不断得到提升，能源需求量越来越多，对能源体系建设提出更高的要求。

电力是当前应用最为普遍的能源，广泛应用到社会各个行业，存在于人们日常工作与生活，电力安全关系到国计民生，只有不断提升技术能力，推动安全管理，才能有效维护电力良好运行，推动经济建设与发展。

电力运行过程中，技术多元化，其中直流输电系统运行情况对整个电力系统影响较大，因为直流输电设备工作环境恶劣，常年露天运行，受自然因素影响大，常常会导致各类故障，影响正常供电用电，故障率较高。

文章通过对故障发生原因的分析，进一步提出针对性强的预防、改进措施与方法，以此消除故障缺陷，保证供电，维护用电安全。

标签：直流输电；过电压；交流滤波器前言人们生活水平的提升，使各种家电进入家庭，进入新时期，不论是国家建设，还是人民生活，均离不开电力，整体用电量不断增加，输电线路负荷不断加重，给供电单位提出更高的要求，只有全面提升输送电力装机容量，才能达到电压标准，满足人们日益增长用电需求。

供电过程中，直流电输送非常关键，对技术要求标准较高，运行时需要不断做好维护与保养，才能保证供电用电安全稳定，为人们提供优质电源。

做好直流输电系统防护非常重要，对行业来说是一个值得研讨的重点课题。

1 过电压的存在与保护直流输电应用非常广泛，承担着重要的输送电任务，在直流电运行过程中，常常会出现一些故障，这些故障严重影响了正常供电，直流电主要是受自然恶劣环境的影响较多，往往会导致过电压现象，过电压的产生对直流电输送系统整体运行造成不稳定，严重的还会导致整个电力系统瘫痪，增加了供电难度，只有通过良好的检测与分析，才能及时发现问题，有效解决系统运行故障，保证供电稳定性。

当前，我国电力系统运行时，为了保证安全，主要使用的是过电压保护器和避雷针的方式进行解决。

避雷针是最简易的装置，整体结构设计并不复杂，构造简单，价格便宜而又实用，是当前最为主要的保护装置，能够有效解决过电压问题，但是在实际应用过程中，也有一些问题，避雷针自身不能有效克服的硬缺陷，导致不能达到预想效果，因为使用过程中没有自动灭弧能力，放电电压小，不能形成自动调节功能。

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。