隨著能源需求增加，光伏發(fā)電等可再生清潔能源發(fā)電技術得到迅速發(fā)展。與交流匯集方式相比，光伏電站因其直流輸出特性更易于實現直流匯集。光伏電站直流匯集方式具有以下優(yōu)點：①直流升壓匯集線路損耗小、輸送容量大、效率高；②利于實現多端直流匯集直流升壓匯集（MTDC）及高壓直流輸電（HVDC）。

光伏電站直流匯集系統(tǒng)中DC-DC變換器和逆變器等含有大量電容元件，當直流電纜發(fā)生故障，直流側電容快速放電，放電電流將在幾毫秒內上升至峰值，故障放電過程對直流電網具有很強的沖擊，易造成電力設備的損壞。因此，限制故障電流和快速隔離故障成為直流電纜保護的關鍵問題。

一方面，在直流電纜增設必要的故障限流裝置，抑制故障過程對系統(tǒng)的沖擊和影響；另一方面，直流電纜保護方法應具備快速響應與判斷的能力，一旦發(fā)生故障，保護必須快速識別并隔離故障，確保電網和電力設備的安全。

由于直流電網的故障特征不同于交流電網故障特征，已有交流電網故障保護技術難以直接應用于直流電網。文獻[5,6]研究了基于直流電流變化量的地鐵直流系統(tǒng)保護，可以為光伏電站直流電纜保護提供參考；文獻[7,8]研究分析了直流配網的故障特性，其故障分析方法具有參考意義。

文獻[9]研究了光伏電站交流匯集系統(tǒng)的故障特性，并提出了線路距離保護方法；文獻[10]提出了適用于直流配電網的測距式保護方案，但所提保護算法需要增加電壓互感器；文獻[11,12]針對多端直流配電系統(tǒng)，通過電流或功率的突變量判斷是否發(fā)生直流故障，在故障發(fā)生后，采用握手方法實現直流故障的定位和隔離。

文獻[13]提出了基于混合型模塊化多電平換流器（Modular Multilevel Converter, MMC）的主動限流控制方法，對研究兩電平換流器直流電網故障具有借鑒意義；文獻[14]提出了基于直流電壓變化率的直流電網直流故障保護方法；文獻[15]提出了一種具有直流故障限流能力的改進型子模塊MMC拓撲結構，能夠在故障時實現電流阻斷；文獻[16,17]研究了超導故障限流器在直流電網中的應用，探索了新技術在直流電網保護的應用前景。

本文針對大型光伏電站直流匯集電纜故障電流峰值高，上升速度快，具有很強的沖擊性的特點，提出了一種基于限流電抗的直流電纜綜合保護方法，并進行相應的仿真分析。

圖1 光伏電站直流升壓匯集系統(tǒng)拓撲

圖2 直流升壓匯集接入系統(tǒng)低壓拓撲結構

圖4 直流匯集低壓電纜綜合保護方案

結論

光伏電站直流升壓匯集系統(tǒng)直流線路故障電流峰值高，上升速度快，具有很強的沖擊性，為了抑制故障電流，保護系統(tǒng)脆弱元件，同時延長保護的動作時限，本文改進電流微分量的獲取手段，提出了直流電纜綜合保護方法。仿真結果表明，基于串聯電抗的光伏電站直流匯集接入系統(tǒng)低壓電纜綜合保護方法有以下優(yōu)點：

1）能夠不受故障類型、位置和過渡電阻的影響，在5ms內快速識別和隔離極間故障及單級接地故障。

2）故障動作判據簡單可靠，并且可以得到故障位置信息，便于故障檢修。

3）受數據不同步影響小。在兩端數據不同步情況下，仍能可靠動作，通過與后備保護配合可消除數據不同步帶來的拒動風險。

本文所提方法在實現對直流匯集電纜保護的同時具備故障定位能力，具有較高應用價值。