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隨著分布式可再生新能源發(fā)展規(guī)劃的推進(jìn)，傳統(tǒng)交流輸電在新能源發(fā)電并網(wǎng)和功率輸送方面存在諸多瓶頸?；谀K化多電平換流器的多端柔性直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行方式經(jīng)濟(jì)、靈活且損耗小，在多交流電網(wǎng)互聯(lián)、遠(yuǎn)距離負(fù)荷供電和海上風(fēng)電功率外送等方面優(yōu)勢(shì)突出，為解決我國(guó)能源資源和負(fù)荷需求的逆向分布問(wèn)題提供了有效的技術(shù)手段。

多端柔性直流系統(tǒng)端數(shù)多且線路阻尼小，線路故障后，多個(gè)換流站故障出力的疊加使得過(guò)電流現(xiàn)象突出，在幾毫秒內(nèi)就能危及整個(gè)電網(wǎng)安全，尤其未來(lái)電網(wǎng)更趨向于架空線路輸電，系統(tǒng)更易發(fā)生短路、閃絡(luò)等瞬時(shí)性故障。因此，快速而有選擇地辨識(shí)直流側(cè)故障是目前急需解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。

目前，相關(guān)的故障辨識(shí)研究集中在基于電壓源換流器的兩端柔性直流系統(tǒng)，對(duì)基于模塊化多電平換流器（MMC）的多端柔性直流系統(tǒng)的研究時(shí)間較短，主要有以下幾種故障辨識(shí)方法。有學(xué)者提出基于直流線路電壓變化率的辨識(shí)方法，原理簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，但對(duì)高電阻故障的靈敏性較差且難以清晰區(qū)分故障電氣量邊界。

有學(xué)者提取線路首末兩端高頻電壓分量構(gòu)成故障辨識(shí)方法。有學(xué)者利用小波變換提取故障電流的模極值極性來(lái)判斷故障，具有較好的耐噪聲能力和抗過(guò)渡電阻能力，但該類方法依賴兩端通信，故障辨識(shí)速度有所降低。

有學(xué)者利用電流的行波時(shí)間常數(shù)構(gòu)成區(qū)內(nèi)、外故障判據(jù)，具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性和一定的抗過(guò)渡電阻能力。有學(xué)者利用單端暫態(tài)量計(jì)算得到的等效電抗實(shí)現(xiàn)故障的辨識(shí)，保護(hù)速動(dòng)性好，可靠性高，但提出的算法較為復(fù)雜。

有學(xué)者根據(jù)直流電抗器的電壓壓降提出故障辨識(shí)方法。有學(xué)者利用區(qū)內(nèi)、外暫態(tài)電流能量的差異，實(shí)現(xiàn)故障辨識(shí)，但上述方法的方向元件判據(jù)的可靠性與速動(dòng)性較差。有學(xué)者利用小波變換和模糊C均值算法提取故障特征量，但未考慮過(guò)渡電阻的影響。

鑒于以上原因，亟需研究一種能適用于基于模塊化多電平換流器的多端直流（MMC-MTDC）輸電直流側(cè)的新型故障辨識(shí)方法。

基于此，遼寧工程技術(shù)大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院、國(guó)網(wǎng)葫蘆島供電公司、國(guó)網(wǎng)丹東供電公司的研究人員針對(duì)MMC-MTDC直流側(cè)的線路和母線，首先分析了MMC-MTDC直流線路故障時(shí)的邊界特性和極間電流耦合特性；基于上述特性，提出了故障線路選擇、母線故障識(shí)別以及故障極判別的故障辨識(shí)方法及判據(jù)，通過(guò)區(qū)內(nèi)、外故障的暫態(tài)特征以及方向元件，構(gòu)建故障線路選擇判據(jù)；并利用母線相連線路的方向元件和交流側(cè)故障的暫態(tài)特性，構(gòu)造母線故障識(shí)別判據(jù)；再根據(jù)兩極低頻電流差異，設(shè)計(jì)故障極判別判據(jù)。

圖1 張北四端口柔性直流電網(wǎng)正極模型

表1 直流線路不同場(chǎng)景下判據(jù)動(dòng)作情況

表2 直流母線不同場(chǎng)景下判據(jù)動(dòng)作情況

研究人員最后在結(jié)合PSCAD/EMTDC平臺(tái)的基礎(chǔ)上，搭建張北四端柔性直流系統(tǒng)模型，通過(guò)大量的仿真分析，證明了辨識(shí)方法的可行性，并得到如下結(jié)論：

1）僅利用單端電氣量提出故障辨識(shí)方法，無(wú)需雙端數(shù)據(jù)通信，就能實(shí)現(xiàn)故障的辨識(shí)。

2）能在2ms內(nèi)對(duì)直流側(cè)可能涉及的線路故障、母線故障以及故障極完成辨識(shí)，滿足MMC-MTDC系統(tǒng)快速故障辨識(shí)的要求。

3）分析了故障類型、故障位置和過(guò)渡電阻對(duì)故障辨識(shí)方法性能的影響。結(jié)果表明，所提方法具備較高的可靠性和一定的抗過(guò)渡電阻能力。

以上研究成果發(fā)表在2021年第1期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“含邊界元件的MMC-MTDC直流側(cè)單端量故障辨識(shí)方法”，作者為付華、陳浩軒、李秀菊、陳潤(rùn)晶。