【摘 要】
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基于模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter,MMC）的柔性直流输电具有输送容量大、运行方式灵活等优点,适合新能源发电联网接入,具有广泛前景。而由其构成的直流电网存在“低惯性,弱阻尼”的特性,发生直流故障后系统中储能元件快速放电,故障电流上升快且幅值大,系统存在过流风险,为了保证设备安全和可靠的故障保护,需要准确的分析计算出故障电气分量,设计可靠的快速保护方案,
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基于模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter,MMC）的柔性直流输电具有输送容量大、运行方式灵活等优点,适合新能源发电联网接入,具有广泛前景。而由其构成的直流电网存在“低惯性,弱阻尼”的特性,发生直流故障后系统中储能元件快速放电,故障电流上升快且幅值大,系统存在过流风险,为了保证设备安全和可靠的故障保护,需要准确的分析计算出故障电气分量,设计可靠的快速保护方案,目前以详细电磁暂态仿真为主的故障电流获取方法难以应对大规模直流电网需求。为此,本文开展多端柔性直流电网故障电流简化计算方法研究,分析故障传播机理和故障后的电气量特征,设计基于线路暂态电压特征的新型保护策略,具体研究内容包括:（1）建立不同故障下的直流电网等效电路,分析MMC故障电流的主要影响因素。分析双极短路故障和单极接地故障MMC放电动态过程,构建故障后换流器的等效模型,以及双极短路、单极接地故障等不同故障下回路等效方法。分析各类参数对故障电流影响,仿真验证故障后MMC和直流网络等效模型的正确性。（2）提出了不同拓扑结构的多端柔性直流电网故障电流简化计算方法。根据直流电网参数特点,分析故障后电网故障回路动态元件之间的频响特性,依据能量守恒定理对不同拓扑结构的多端直流电网进行分解和等效,提出故障网络等效简化方法,以及直流电网故障电流简化计算方法。在RT-lab仿真平台中搭建了多种拓扑结构的仿真系统,验证了所提计算方法可准确反映故障电流变化趋势,提出的电流解析式方法具有较好的通用性。（3）设计了基于边界暂态电压特征的直流线路保护策略。在故障电流简化计算的基础上,分析不同故障下限流电抗器端电压差异性,提出故障判别方法,采用积分法构造保护判据,避免测量误差和噪声等干扰,设计保护整定阈值整定原则,提出相应的边界保护方案。在仿真平台中验证所提保护方案的有效性,所提保护能够正确判断故障类别和区内外故障,并且具有较好的耐受过渡电阻能力,仅使用本地信息量,具有局域无需通信、故障检测迅速、抗干扰能力强等优点。
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