摘要：由于柔性直流输电系统调节方式和自身结构的特殊性，直流线路的故障电流具有上升速度快、峰值大的特点，极易损坏换流器件和设备绝缘，且柔性直流系统无法通过调节触发角实现故障自清除。因此，对直流线路故障处理和保护提出了更高要求。对于柔性直流线路故障，不仅需要快速且可靠的线路保护对故障进行识别，也需要相应的处理措施和手段对故障后的电流进行有效限制，以减少故障冲击电流对换流器件、直流线路自身以及系统的损害。基于柔性直流输电线路的故障特征，从直流线路故障电流抑制、减少故障影响、线路保护原理等方面，系统地介绍了国内、国外柔性直流输电线路故障处理与保护技术的现状和发展。重点分析了几种辅助电路、新型换流器拓扑和直流输电结构，以及直流断路器在处理直流线路故障方面的性能。探讨了目前柔性直流输电线路故障处理和保护亟须解决的关键问题以及未来进一步的研究方向。
关键词：柔性直流输电；系统结构；故障特征；故障处理；直流线路保护
１ 柔性直流输电系统
１．１ 柔性直流输电系统结构柔性直流输电系统作为直流输电的一种新技术，同样由换流站和直流输电线路组成。柔性直流输电系统基本结构，对于两端柔性直流系统，两端换流站结构呈对称性。已有的柔性直流输电工程采用的ＶＳＣ主要有３种，即两电平换流器、二极管钳位型三电平换流器和ＭＭＣ。两 电平换流器系统，三电平换流器与两电平原理 基本一致，此处不再给出。
由于柔性直流输电系统切除直流侧故障时比较困难，故目前己建成的柔性直流工程线路大多采用直流电缆以降低故障率。相比直流电缆，架空线路造价低，在远距离及大功率输送方面具有明显的优势，因此基于架空线路的大容量柔性直流输电系统也是未来的发展趋势。然而，柔性直流输电技术扩展到架空线输电场合面临的一个重要问题是如何克服其在直流故障下的脆弱性以及对交流系统的影响，提高直流故障的自清除能力.
１．２ 控制系统的基本特性及要求
柔性直流控制系统包括换流站级控制保护系统和换流阀级控制保护系统，与常规直流输电不同的是，柔性直流输电系统中的阀级控制保护系统更为复杂。尤其是在ＭＭＣ－ＨＶＤＣ中，对阀体的控制保护更多依赖阀级控制器完成，包括根据换流站级控制信号的要求产生换流阀子模块的控制信号，进行数 据 处 理 和 汇 总，以及实现换流阀的保护等功能。因此，柔性直流控制保护系统通常需要实现纳秒级的高速同步控制，以满足柔性直流输电控制系统高实时性的要求.
2 柔性直流线路故障处理研究现状
直流线路故障容易引起交流侧和换流单元过流，由于直流断路器技术的不成熟，对于直流线路故障，一般采用断开交流侧断路器的方法，故障清除和直流系统再恢复的时间较长，在此期间换流器件可能因过电流而损坏。柔性直流输电系统的控制与保护密切相关，当直流线路发生故障时，需要相应的控制措施和处理电路对故障后电流进行限制，隔离故障线路，减少故障对线路自身及直流系统的损害。通过在换流器内部以及交直流侧增加辅助电路，对线路故障产生的冲击电流进行分流和抑制是减少故障电流损坏换流器件的有效措施，同时新型换流器拓扑与直流输电结构对减少直流线路故障电流的影响也有相当重要的作用。此外，直流断路器技术作为柔性直流输电线路故障隔离的关键技术之一，是近年研究的热点方向。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆本文将在此部分对以上技术在直流线路故障处理方面的性能进行分析和总结.
与两电平换流器相比，ＭＭＣ不需要在直流侧集中安装大容量的高压电容器组，而是将储能电容分散在各个子模块中。由于桥臂电抗和各个子模块相串联，因此可以在一定程度上限制直流侧故障时浪涌电流的上升率，使得ＭＭＣ拓扑的直流侧故障特性得到了改善[10]，但交流侧电流向直流侧馈入的故障特征仍然存在。
由此可见，通过在换流器内部和交直流侧增加辅助电路来实现直流线路的保护和故障处理，一定程度上提高了系统的安全性；但采用单一电路实现故障处理，往往导致故障隔离不彻底，同时增加辅助电路需对开关性能、成本以及损耗进行综合权衡。
随着技术的发展，多种辅助电路装置的协调组合在柔性直流输电线路故障处理技术中将具有一定的应用前景.
3 柔性直流线路保护原理研究现状
柔性直流线路的故障处理依赖保护对故障快速、可靠的判别。目前柔性直流输工程中直流线路的保护仅借鉴了传统高压直流的保护策略，以行波保护和微分欠压保护为主，电流差动保护作为后备保护，此外还配置直流过电压保护和直流电压不平衡保护。行波保护和微分欠压保护动作速度快，不受电流互感器饱和及长线分布电容等因素影响，但是对设备采样率要求高，对高阻接地故障灵敏度不足，可靠性不高；电流差动保护对高阻接地有效，但易受分布电容的影响，只能通过长延时来躲过，不适应柔性直流线路保护快速动作的要求。尽管柔性直流线路配置的保护还存在不足，但现有的保护原理与逻辑仍能满足工程实用需求。
4 柔性直流输电线路故障处理与保护面临的关键问题与研究展望
柔性直流输电系统以其有功无功独立调节、无源供电能力以及易于构建直流电网等特点，越来越受到人们的关注，而直流线路故障处理和保护技术是限制柔性直流输电系统发展的主要因素之一。基于目前国内外技术研究的现状和发展趋势，柔性直流输电线路故障处理与保护技术面临的问题以及未来的研究方向如下。
直流线路故障特征的理论分析与直流线路保护新原理
为更好地实现直流线路的故障处理，柔性直流输电系统的电路器件有所增加，同时相应的控制也更加复杂化，增加了直流线路故障分析的困难。不同于高压交流系统和传统的高压直流输电系统，线路故障的特征与系统的控制关系更加密切，同时新增电力电子器件的非线性特征也给故障电流的计算带来了极大的困难。而直流线路故障特征的分析与计算，是研究快速且可靠的线路保护原理的基础，因此，如何在考虑控制系统的影响下，合理处理电力电子器件的非线性特征，分析直流线路故障特征是柔性直线路保护研究亟需解决的问题。
5 结语
本文从柔性直流输电线路故障处理和保护原理几个方面，详细地分析了国内外柔性直流输电线路故障处理和保护技术的研究现状，包括借助辅助电路的故障电流分流与抑制技术、基于新型换流器拓扑和直流输电结构的故障电流抑制与故障自清除技术、基于直流断路器的故障隔离技术，以及直流线路保护原理。总结了柔性直流输电线路保护与故障处理面临的关键问题，并探讨了柔性直流输电线路保护技术进一步的研究方向。
参考文献：
[1]赵婉君．高压直流输电工程技术［Ｍ］．北 京：中国电力出版社.
[2]董云龙，包海龙，田杰，等．柔性直流输电控制及保护系统［Ｊ］．电力系统自动化。
论文作者:刘涛,牛延腾,严闯
论文发表刊物:《电力设备》2018年第29期
论文发表时间:2019/4/1
标签：柔性论文; 线路论文; 故障论文; 系统论文; 电流论文; 故障处理论文; 技术论文; 《电力设备》2018年第29期论文;