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柔性直流电网具有低阻尼性,对过电流和过电压较为敏感,故障电流上升速度较快,所以柔性直流输电技术的发展十分依赖于高压直流断路器(HVDCCB)的研制。另一方面,高压故障对直流断路器的冲击大,严重影响断路器的性能和寿命。在此背景下,本文提出了直流断路器自分断功能的需求。由于存在通信延迟,在柔性直流电网中故障电流的大小会骤升,以致使直流断路器在开断时内部电力电子开关会受到很大的冲击,易损坏直流设备。因此,以目前在建的张北柔性直流四端口电网工程为例,本文利用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建相关模型,提出了原理简单,检测迅速的故障判断原理,并结合混合式直流断路器的拓扑特点提出了限流措施,降低了故障电流的数值。具体工作包括:(1)在故障检测方面,改进了常规的微分欠压保护原理,以张北工程为研究对象提出了基于电压变化率(rate of change of voltage,ROCOV)检测的直流电网保护控制策略,包括线路保护和母线保护,并且对于电网中可能出现的误动情况进行了分析,提出了解决方案,并进行了仿真验证;(2)在故障处理方面,基于混合式高压直流断路器的拓扑结构,提出了分步投入避雷器组的分断方法,并研究出一系列的控制策略,使得高压直流断路器在分断电流时能够实现投入避雷器组的优选;(3)结合前两项工作,形成了一套高压直流断路器自分断功能控制体系,并与系统发出的信号相配合,形成主从协同控制策略。根据上述研究工作,得到了以下结论:(1)基于电压变化率的故障检测方法能够就地准确区分区外区内故障,并且具有一定的抗干扰和过渡电阻的能力;(2)混合式直流断路器分步式投入避雷器组的方法能够等效的加快直流断路器的动作时间,降低了故障的电流的峰值,并且具有限制过流的作用;(3)直流电网的主从协同控制策略能够进一步加强电网运行的可靠性,并及时保护断路器不受到过流的冲击,提高了电网设备运行的安全性。