1毫秒内识别故障！一种全-半混合型柔性直流输电线路保护新方法

全-半混合型柔性直流输电系统具有故障自清除能力，能在一定程度上解决因高压直流断路器技术滞后导致的柔性直流输电容量提升困难问题，是新能源发电大容量远距离输出的解决方案之一。但全-半混合型柔性直流输电对保护时间提出了更高要求，需要在更短时间内实现故障识别。

哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院、昆明理工大学电力工程学院的雷顺广、束洪春、李志民，在《电工技术学报》上撰文，基于能量观点分析了直流线路故障下桥臂功率特征，提出基于桥臂功率特征的全-半混合型柔性直流输电线路保护方法，能够在1ms内识别直流线路故障，实现故障选极。通过大量实时数字模拟（RTDS）实验验证了该方法的可靠性高、选择性好，且具有较强的耐过渡电阻能力和抗干扰能力。

“双碳”目标是构建以新能源为主体的新型电力系统的主要驱动力，基于模块化多电平换流器（MMC）的柔性直流输电凭借其控制灵活、线路损耗低、无换相失败等优点，在大规模新能源并网输电中得到了广泛的应用。

柔性直流输电相比于基于电网换相换流器（LCC）的传统高压直流输电具有低阻尼特性，当直流输电线路发生故障时，故障电流发展迅速，在几毫秒内就能达到额定电流的数十倍，造成电力电子功率器件不可逆损坏，甚至导致输电系统瘫痪，给电网安全运行带来严重危机。因此快速而有选择地辨识直流线路故障是亟待解决的关键技术之一。

由于新能源外送需要更大容量的柔性直流系统，但直流断路器技术限制了柔性直流输电容量的增长，采用具有自清除能力的全-半混合型柔性直流结构成为柔性直流大容量输电解决方案之一。昆柳龙高压直流工程受端采用全-半混合型MMC结构，电压达±800 kV，最大容量达5000 MW，针对全-半混合型柔性直流输电系统的保护研究，对新能源大规模外送具有重要意义。

目前昆柳龙高压直流输电工程采用全-半混合型子模块拓扑结构，该工程线路保护采用行波保护原理。由于全-半混合型换流阀具有故障自清除能力，在故障后2～3 ms内进行故障自清除控制，完整故障信息只能获取到1ms左右，提高了对保护方法快速性的要求，而现行保护存在对远端高阻识别不灵敏等问题。

哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院等单位的研究人员，以全-半混合型柔性直流输电系统为研究对象，对直流线路故障下桥臂功率进行解析，从能量观点分析了桥臂功率的变化特征，提出基于桥臂功率特征的全-半混合型柔性直流输电系统保护方案，利用故障后1ms桥臂功率信息，能够实现故障可靠、快速检测和故障隔离，通过大量实时数字模拟（RTDS）实验验证了该方案的可行性。

研究者指出，当系统发生直流线路故障时，桥臂电容向直流侧故障点放电，且桥臂电容放电方向与原系统电流方向相同，桥臂功率上升。

他们表示，利用直流线路故障下桥臂功率特征构造保护，方案简单，能够可靠识别直流线路故障，选择性高、快速性好，满足全-半混合性柔性直流输电保护要求。通过与传统时域方法和频域方法对比，验证了该保护方案具有更强的耐过渡电阻能力以及抗干扰能力，可靠性高。

本工作成果发表在《电工技术学报》，论文标题为“基于桥臂功率特征的全-半混合型柔性直流输电线路保护”。本课题得到国家自然科学基金重点项目和云南省重大科技专项计划项目的支持。