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基于模块化多电平换流器的多端柔性直流电网具有潮流控制灵活、方便清洁能源接入、易于多电源供电与多落点受电等优点,是能源互联的理想电网形态。但是,多端柔直电网的拓扑呈网格状或环状,当直流线路故障时,多个换流站的电容将同时放电,故障电流呈现出上升速率大、峰值高以及扩展速度快的特征。由于换流站换流器件耐受过流能力有限,直流侧故障电流将严重影响到换流器件的安全性;此外,直流线路故障后,若保护不能快速动作,将引起故障线路两侧换流站的闭锁,甚至导致全网停电,极大地影响到输电可靠性。因此,单条线路故障时,保护应快速准确地识别出故障区段,并将其隔离。为限制故障电流,直流线路两端一般安装限流电抗器,由此为直流线路保护提供了边界。利用该边界,本文深入分析了多端柔性直流电网直流线路的故障特征,提出了两种保护方法。论文的主要工作与取得的成果如下所述:(1)提出了一种基于极间电流微分差的柔直电网直流线路单端量保护方法。通过对基于MMC的多端柔性直流电网直流侧故障分析可知:对于直流侧的不同类型故障,同一侧线路的正负极突变电流有明显的特征差异,而且同一直流母线上的故障线路与正常线路也存在特征差异,由此构造了基于极间电流微分比值差异的故障识别判据,根据线路正负极电压大小特征完成故障选极。此外,针对雷击干扰对保护的影响,提出了雷击干扰的识别判据,进而设计了基于直流断路器的故障隔离方案。(2)提出了基于限流电抗器电压变化特征的柔直电网直流线路保护方法。当基于MMC的多端柔性直流电网直流侧发生单极接地故障后,故障线路与正常线路的电抗器电压极性存在特征差异;而极间短路后,同一直流母线上故障线路与非故障线路电抗器电压存在特征差异。据此,根据电抗器电压积分的极性关系,构造了单极接地时故障线路识别判据。基于同一直流母线上不同线路电抗器电压幅值的比值关系,构造了极间短路时故障线路识别判据,进而设计了整体保护方案。(3)仿真分析了所提保护方案的有效性与可靠性。利用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC,以国际大电网会议B4-58工作组提出的9端MMC-HVDC模型为参考,选取其中的部分换流站及其线路,搭建了±500kV基于MMC的三端对称单极电网模型,对影响保护动作性能的各种情况进行了大量仿真。仿真结果表明,所提保护能够正确识别区内外故障,雷击干扰、故障位置、过渡电阻等因素几乎不会对保护判据造成影响。此外,所提保护方案仅利用单端量数据,动作快速,易于实现。