柔性直流輸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與運(yùn)行機(jī)理的特殊性使得其線路故障特征比傳統(tǒng)高壓交、直流系統(tǒng)故障更加復(fù)雜,因此,直流線路的故障處理與保護(hù)技術(shù)成為柔性直流輸電系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵要素之一。今天與大家分享來(lái)自上海交通大學(xué)有關(guān)研究團(tuán)隊(duì)的有關(guān)論述。

　　1、柔性直流輸電線路故障處理技術(shù)

　　1.1借助輔助電路的故障電流分流與抑制技術(shù)

　　在換流器內(nèi)部和交直流側(cè)增加輔助電路(如并聯(lián)晶閘管、限流電感等)可有效的抑制直流側(cè)故障電流,減少故障沖擊電流對(duì)換流單元的損害,在一定程度上提高了柔性直流輸電系統(tǒng)的安全性;但采用單一電路實(shí)現(xiàn)故障處理,往往導(dǎo)致故障隔離不徹底,同時(shí)增加輔助電路需對(duì)開(kāi)關(guān)性能、成本以及損耗進(jìn)行綜合權(quán)衡。隨著技術(shù)的發(fā)展,多種輔助電路裝置的組合使用將在柔性直流輸電線路故障處理方面具有一定的應(yīng)用前景。

　　1.2基于新型換流器拓?fù)浜椭绷鬏旊娊Y(jié)構(gòu)的故障電流抑制與自清除技術(shù)

　　新型換流器如HCMC(HybridCascadedMultilevelConverter)、C-MMC(Clampsub-modulebasedMultilevelConverter)等,以及混合直流輸電結(jié)構(gòu)如LCC-二極管-MMC混合直流系統(tǒng)、LCC-C-MMC混合直流系統(tǒng)等,提高了柔性直流輸電系統(tǒng)處理直流側(cè)故障的能力,但增加了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,將問(wèn)題轉(zhuǎn)移到了器件成本、開(kāi)關(guān)損耗和系統(tǒng)控制等方面。損耗較低、經(jīng)濟(jì)效益較高的新型換流器拓?fù)?如C-MMC,以及混合直流輸電結(jié)構(gòu)在柔性直流輸電中將具有較大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

　　1.3基于直流斷路器的故障隔離技術(shù)

　　在多端柔性直流輸電系統(tǒng)中,相比于利用交流斷路器切除故障的方法,基于直流斷路器的故障線路隔離技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì),對(duì)于保證非故障線路正常運(yùn)行,提高系統(tǒng)的可用率具有重要作用。就目前來(lái)看,不論是固態(tài)斷路器還是混合式短路都存在造價(jià)高、開(kāi)斷容量有待提高的問(wèn)題,距離實(shí)際應(yīng)用還有一段時(shí)間。通過(guò)增加限流電抗和實(shí)體限流裝置(faultcurrentlimiter,FCL),同時(shí)結(jié)合直流斷路器切除直流線路故障的方法仍不失為中間過(guò)渡階段使用的經(jīng)濟(jì)型保護(hù)方案。未來(lái),隨著半導(dǎo)體器件的快速發(fā)展和成本的降低,固態(tài)直流斷路器和混合式直流斷路器在柔性直流輸電系統(tǒng)中將會(huì)得到廣泛應(yīng)用。

　　2、柔性直流輸電的線路保護(hù)技術(shù)

　　目前柔性直流輸電工程中直流線路的保護(hù)借鑒了傳統(tǒng)高壓直流的保護(hù)策略,以行波保護(hù)和微分欠壓保護(hù)為主,電流差動(dòng)保護(hù)作為后備保護(hù)。行波保護(hù)和微分欠壓保護(hù)動(dòng)作速度快,不受電流互感器飽和及分布電容等因素影響,但是對(duì)高阻接地故障靈敏度不足;電流差動(dòng)保護(hù)對(duì)高阻接地有效,但易受分布電容的影響,動(dòng)作延時(shí)長(zhǎng),不適應(yīng)柔性直流線路保護(hù)快速動(dòng)作的要求。對(duì)于改進(jìn)的行波保護(hù),保護(hù)的動(dòng)作速度和可靠性有了一定的提高,但仍存在行波波頭捕捉困難、抗過(guò)渡電阻能力低、易受干擾等固有缺陷。傳統(tǒng)高壓直流中基于線路邊界特性的單端速動(dòng)保護(hù)并不適用于柔性直流線路,而針對(duì)電流差動(dòng)保護(hù)的缺陷提出的縱聯(lián)保護(hù)依靠雙端通信或雙端數(shù)據(jù)同步,保護(hù)的快速性仍受到一定的限制。

　　3、未來(lái)進(jìn)一步研究與展望

　　3.1直流線路故障特征的理論分析與直流線路保護(hù)新原理

　　為更好地實(shí)現(xiàn)直流線路的故障處理,柔性直流輸電系統(tǒng)的電力電子器件有所增加,同時(shí)相應(yīng)的控制也更加復(fù)雜化。如何在考慮控制系統(tǒng)的影響下,合理處理電力電子器件的非線性特征、分析直流線路故障特征是柔性直線路保護(hù)研究亟需解決的問(wèn)題。通過(guò)增加限流電抗和實(shí)體限流裝置可以有效地限制直流側(cè)故障電流上升的速度和峰值,在一定程度上降低了對(duì)保護(hù)快速性的要求。同時(shí)由于增加了限流電路,構(gòu)成了柔性直流線路的新邊界,因此可以借鑒傳統(tǒng)高壓直流線路利用邊界特性構(gòu)成的保護(hù)原理,研究適用于柔性直流系統(tǒng)的線路保護(hù)原理和整定方法。

　　3.2新增保護(hù)電路和新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其組合使用的研究

　　輔助保護(hù)電路、新型換流器和混合直流輸電結(jié)構(gòu)提高了柔性直流輸電系統(tǒng)處理直流故障的能力。然而,新的保護(hù)電路和結(jié)構(gòu)增加了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,保護(hù)的難點(diǎn)轉(zhuǎn)移到了控制方面,并在一定程度上增加了器件成本和開(kāi)關(guān)損耗,同時(shí)器件數(shù)量的增加以及結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化也在一定程度上增加了系統(tǒng)自身的故障概率。因此,均衡考慮保護(hù)電路和新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的線路保護(hù)效益、故障處理能力以及所帶的成本與損耗,是影響新型保護(hù)電路、新型換流器拓?fù)浜椭绷鬏旊娊Y(jié)構(gòu)在未來(lái)應(yīng)用的關(guān)鍵所在。利用單一保護(hù)電路對(duì)直流線路故障進(jìn)行處理,障隔離不徹底,因此可結(jié)合直流線路故障特征,研究多種保護(hù)電路配合使用下直流故障處理的效果和性能。當(dāng)然也需對(duì)電路參數(shù)、開(kāi)關(guān)性能、成本及損耗進(jìn)行分析。

　　3.3保護(hù)與控制協(xié)調(diào)策略研究

　　柔性直流輸電線路的故障處理與保護(hù)和控制密切相關(guān),為實(shí)現(xiàn)故障線路的隔離和系統(tǒng)的穩(wěn)定,需要針對(duì)線路保護(hù)、輔助電路以及系統(tǒng)控制的動(dòng)作時(shí)間和投入方式,進(jìn)行協(xié)調(diào)策略研究。尤其對(duì)于多端柔性直流系統(tǒng),直流線路故障的處理,更加強(qiáng)調(diào)多站之間保護(hù)與控制的協(xié)調(diào)作用。采用保護(hù)、控制、通信集成一體化的多端柔性直流系統(tǒng)保護(hù)方案,研究保護(hù)與保護(hù)之間,保護(hù)與控制之間的配合策略,實(shí)現(xiàn)交直流側(cè)保護(hù)與控制相協(xié)調(diào),整合并減少分散保護(hù)設(shè)備的數(shù)量,從而降低柔性直流線路故障處理與保護(hù)的復(fù)雜性、縮短故障處理的時(shí)間,提高系統(tǒng)的可用率。

　　3.4多端柔性直流輸電系統(tǒng)的發(fā)展

　　多端柔性直流輸電系統(tǒng)由于能夠?qū)崿F(xiàn)多電源供電、多落點(diǎn)受電,更靈活快捷等優(yōu)點(diǎn)在新能源并網(wǎng)、構(gòu)筑直流電網(wǎng)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。與兩端柔性直流輸電系統(tǒng)不同,多端直流輸電線路要求更快速地切除故障電流,隔離故障線路,保證非故障線路正常運(yùn)行。兩端直流輸電系統(tǒng)中依靠閉鎖換流器,跳開(kāi)交流側(cè)斷路器、停運(yùn)多個(gè)換流站的故障處理方法將不適用于多端直流輸電系統(tǒng)。

　　未來(lái)多柔性直流輸電工程的廣泛建設(shè)與發(fā)展,更期待的是由已建成的兩端柔性直流系統(tǒng)拓展而成。因此對(duì)于可拓展成多端直流系統(tǒng)的兩端柔性直流輸電系統(tǒng),需要考慮多端系統(tǒng)的特征,對(duì)線路保護(hù)原理和故障處理方案進(jìn)行深入研究,以適應(yīng)多端柔性直流線路故障處理和保護(hù)的需求。