柔性变压器的直流输电线路故障处理与保护技术有哪些

　　柔性直流输电系统结构与运行机理的特殊性使得其线路故障特征比传统高压交、直流系统故障更加复杂,因此,直流线路的故障处理与保护技术成为柔性直流输电系统发展的关键要素之一。

　　柔性直流输电线路故障处理技术

　　借助辅助电路的故障电流分流与抑制技术

　　在变压器内部和交直流侧增加辅助电路(如并联晶闸管、限流电感等)可有效的抑制直流侧故障电流,减少故障冲击电流对换流单元的损害,在一定程度上提高了柔性直流输电系统的安全性;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组合使用将在柔性直流输电线路故障处理方面具有一定的应用前景。

　　基于新型变压器拓扑和直流输电结构的故障电流抑制与自清除技术

　　新型变压器如HCMC(HybridCascadedMultilevelConverter)、C-MMC(Clampsub-modulebasedMultilevelConverter)等,以及混合直流输电结构如LCC-二极管-MMC混合直流系统、LCC-C-MMC混合直流系统等,提高了柔性直流输电系统处理直流侧故障的能力,但增加了系统结构的复杂性,将问题转移到了器件成本、开关损耗和系统控制等方面。损耗较低、经济效益较高的新型变压器拓扑,如C-MMC,以及混合直流输电结构在柔性直流输电中将具有较大的发展潜力。

　　基于直流断路器的故障隔离技术

　　在多端柔性直流输电系统中,相比于利用交流断路器切除故障的方法,基于直流断路器的故障线路隔离技术具有明显的优势,对于保证非故障线路正常运行,提高系统的可用率具有重要作用。就目前来看,不论是固态断路器还是混合式短路都存在造价高、开断容量有待提高的问题,距离实际应用还有一段时间。通过增加限流电抗和实体限流装置(faultcurrentlimiter,FCL),同时结合直流断路器切除直流线路故障的方法仍不失为中间过渡阶段使用的经济型保护方案。未来,随着半导体器件的快速发展和成本的降低,固态直流断路器和混合式直流断路器在柔性直流输电系统中将会得到广泛应用。

　　柔性直流输电的线路保护技术

　　目前柔性直流输电工程中直流线路的保护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。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分布电容等因素影响,但是对高阻接地故障灵敏度不足;电流差动保护对高阻接地有效,但易受分布电容的影响,动作延时长,不适应柔性直流线路保护快速动作的要求。对于改进的行波保护,保护的动作速度和可靠性有了一定的提高,但仍存在行波波头捕捉困难、抗过渡电阻能力低、易受干扰等固有缺陷。传统高压直流中基于线路边界特性的单端速动保护并不适用于柔性直流线路,而针对电流差动保护的缺陷提出的纵联保护依靠双端通信或双端数据同步,保护的快速性仍受到一定的限制。