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摘要：现代文明很大程度上取决于工业，商业，农业，生活和社会的电能消耗。然而，对于目前高压直流输电系统，适当的保护装置和逻辑并没有达到像对交流那样成熟。本文介绍了利用PSCAD，分析故障时对于HVDC电网的保护。
关键词：故障电流；AC故障；直流故障；负载改变；高压输电；VSC-HVDC；上升时间；GTO；电压源换流器；PSCAD
引言
高压直流（HYDC）输电是大部分电力传输未来的发展趋势。输电损耗和资本投资在超过一定距离的时候，将高于交流输电系统。高压直流输电系统对环境造成的影响与HVAC系统相比更低。在直流输电系统中，集成可再生能源将更广泛的应用于电网中。
1 直流电网保护
由于缺乏确定的理解和定于标准，目前的直流电网保护方案仍不成熟。因此，在目前的直流输电网络中只限于点对点连接。
正弦电压目前在交流与直流中的单向性的固有差异，建议这两个系统的保护装置都应该以不同的方式运行。现有的交流断路器都便捷的设计中断故障电流为零交叉，但这是不存在的直流系统。
2 直流模型
二端的HVDC的典型网络拓扑系，统一般情况下，模拟模型包括以下几部分：
2.1无源滤波器
每个电源都是伴随滤波器为了消除造成因为开关动作导致的不必要的滤波。脉冲宽度调整（PWM）技术产生一个非常高阶的谐波，因此简化了滤波器的设计。
变压器：接地的星形一三角形变压器加强适用于电压等级所需转换器。在星形中性点接地连接能够支持零序的环电流在初级绕组，从而防止进入当前系统。
2.2变换器/逆变器
有违常规的晶闸管只可打开但不可关闭，封闭可关断晶闸管（GTO）有更自由的控制。
2.3直流电容器
与具有最小波纹的恒定直流电压差不多，在直流电容器换流站可消除这种波动，导致平滑的直流电压。电容器的尺寸不应太大，只是为了确保当系统被干扰而中断时的稳定。
2.4换向器
换向器是指过程关断晶闸管。整流逆变是自然或强制来完成环流的。在自然换向中，换向器无需其他任何外部装置即可实现。它不能用于直流系统，因为其单向品质而强制换向通过外部回路实现。这有助于减少传输电流，使其低于正常维持电流。
3 控制策略
该模型的控制策略，采用脉宽调制（PWM）技术，通过与频率为30f的三角波的参考波形比较产生发射信号。这种技术负责控制两个独立参数：调制指数和相移。整流器和逆变器给予不同的控制模式。
4 故障模拟
我们评估了VSC-HVDC的动态特性在不同运行条件下的系统。因此，各种交流故障是在发送和接收端注入电力系统，并进行故障分析。为了确定交流系统的各种故障特征，模拟结果在PSCAD的帮助下进行。
4.1单相接地故障
单相接地故障是在改变电压的电力系统中常见的故障类型（约80%）并同时在当前场景中的发送端和接收端结束。这种故障是由用户电压波动引起的。它是观察到明显的单相接地故障发送在次级传输系统的一侧。单相接地故障发生在2.1s持续0.05s，当单相接地故障时，相电压和电流变为零。
4.2两相接地故障
系统两相接地故障使其相电压相等，而且提供严重不平衡的电压和电流给系统。在这个测试中，该故障是在变压器的次级侧注入。两相电压在发送端失真，影响了在直流输电侧变流器的输出。从电压恢复能力来看，直流输电线具有有效缓解电压骤降的优势。不同于单相接地，两相接地故障一旦故障清除之后，会出现电压骤升持续0.05s的清除，且系统在2.5s趋于平衡。逆变电压逐步降低至小于0.2p.u.。同样的故障分析是在接收端侧，其中所述故障是在变压器后注入。
4.3三相接地故障
三相接地故障是相比于其他两种故障最严重的。当发送三相接地故障时，三相电压为0。由于电容器的充放电，输出直流电压并不为零。在单相接地故障时，接收端电压所受影响不大。而三相接地故障中，接收端电压降低得很彻底。在系统的瞬时状态一直持续到2.45s之后，系统会变得平衡。
5 论述
在故障情况下，我们观察交流发送端和直流线路的电流与电压波形。直流电流的导数可以让我们看到在故障发生时电流如何快速的上升。对直流电流进行时间常数的求导，结果列于表1。
以下内容是引用的仿真结果：
保护方案并不在本文的讨论中，主要关注的是理解不同的故障特征。这反过来将有助于在今后的工作中发展一个强大的和量化的保护逻辑。
当交流故障时，直流电压突然下降到危险水平。这是由于附近的直流电容器在那个瞬间的反作用。直流电容器放电导致的电压下降，显然是直流电路的问题。为了保持同样的功率，随着电流的增加，应降低电压。这种效果显然在模拟结果内。
交流故障影响的大小取决于直流电容器的大小。直流电容器可以消除稳态运行时的直流纹波。在发生故障的高压直流输电系统中，直流电容器是产生最严重影响的因素。直流电容器在本文中介绍直流线路的积极影响中提及较多。
交流和直流部分之间的相互作用可以延伸到观察直流故障的影响。
6 结论
本文中，在交流侧故障时，分析了在交流系统中不同的故障特征和观察了在直流系统的响应。此外，在仿真分析的一部分中，还介绍了不同的故障模拟，比如单相，两相，三相接地，而且还在测试系统中的发送端和接收端进行仿真。然后，将在干扰下的直流输电系统的瞬态响应与交流系统相比较。
关键词：故障电流；AC故障；直流故障；负载改变；高压输电；VSC-HVDC；上升时间；GTO；电压源换流器；PSCAD
引言
高压直流（HYDC）输电是大部分电力传输未来的发展趋势。输电损耗和资本投资在超过一定距离的时候，将高于交流输电系统。高压直流输电系统对环境造成的影响与HVAC系统相比更低。在直流输电系统中，集成可再生能源将更广泛的应用于电网中。
1 直流电网保护
由于缺乏确定的理解和定于标准，目前的直流电网保护方案仍不成熟。因此，在目前的直流输电网络中只限于点对点连接。
正弦电压目前在交流与直流中的单向性的固有差异，建议这两个系统的保护装置都应该以不同的方式运行。现有的交流断路器都便捷的设计中断故障电流为零交叉，但这是不存在的直流系统。
2 直流模型
二端的HVDC的典型网络拓扑系，统一般情况下，模拟模型包括以下几部分：
2.1无源滤波器
每个电源都是伴随滤波器为了消除造成因为开关动作导致的不必要的滤波。脉冲宽度调整（PWM）技术产生一个非常高阶的谐波，因此简化了滤波器的设计。
变压器：接地的星形一三角形变压器加强适用于电压等级所需转换器。在星形中性点接地连接能够支持零序的环电流在初级绕组，从而防止进入当前系统。
2.2变换器/逆变器
有违常规的晶闸管只可打开但不可关闭，封闭可关断晶闸管（GTO）有更自由的控制。
2.3直流电容器
与具有最小波纹的恒定直流电压差不多，在直流电容器换流站可消除这种波动，导致平滑的直流电压。电容器的尺寸不应太大，只是为了确保当系统被干扰而中断时的稳定。
2.4换向器
换向器是指过程关断晶闸管。整流逆变是自然或强制来完成环流的。在自然换向中，换向器无需其他任何外部装置即可实现。它不能用于直流系统，因为其单向品质而强制换向通过外部回路实现。这有助于减少传输电流，使其低于正常维持电流。
3 控制策略
该模型的控制策略，采用脉宽调制（PWM）技术，通过与频率为30f的三角波的参考波形比较产生发射信号。这种技术负责控制两个独立参数：调制指数和相移。整流器和逆变器给予不同的控制模式。
4 故障模拟
我们评估了VSC-HVDC的动态特性在不同运行条件下的系统。因此，各种交流故障是在发送和接收端注入电力系统，并进行故障分析。为了确定交流系统的各种故障特征，模拟结果在PSCAD的帮助下进行。
4.1单相接地故障
单相接地故障是在改变电压的电力系统中常见的故障类型（约80%）并同时在当前场景中的发送端和接收端结束。这种故障是由用户电压波动引起的。它是观察到明显的单相接地故障发送在次级传输系统的一侧。单相接地故障发生在2.1s持续0.05s，当单相接地故障时，相电压和电流变为零。
4.2两相接地故障
系统两相接地故障使其相电压相等，而且提供严重不平衡的电压和电流给系统。在这个测试中，该故障是在变压器的次级侧注入。两相电压在发送端失真，影响了在直流输电侧变流器的输出。从电压恢复能力来看，直流输电线具有有效缓解电压骤降的优势。不同于单相接地，两相接地故障一旦故障清除之后，会出现电压骤升持续0.05s的清除，且系统在2.5s趋于平衡。逆变电压逐步降低至小于0.2p.u.。同样的故障分析是在接收端侧，其中所述故障是在变压器后注入。
4.3三相接地故障
三相接地故障是相比于其他两种故障最严重的。当发送三相接地故障时，三相电压为0。由于电容器的充放电，输出直流电压并不为零。在单相接地故障时，接收端电压所受影响不大。而三相接地故障中，接收端电压降低得很彻底。在系统的瞬时状态一直持续到2.45s之后，系统会变得平衡。
5 论述
在故障情况下，我们观察交流发送端和直流线路的电流与电压波形。直流电流的导数可以让我们看到在故障发生时电流如何快速的上升。对直流电流进行时间常数的求导，结果列于表1。
以下内容是引用的仿真结果：
保护方案并不在本文的讨论中，主要关注的是理解不同的故障特征。这反过来将有助于在今后的工作中发展一个强大的和量化的保护逻辑。
当交流故障时，直流电压突然下降到危险水平。这是由于附近的直流电容器在那个瞬间的反作用。直流电容器放电导致的电压下降，显然是直流电路的问题。为了保持同样的功率，随着电流的增加，应降低电压。这种效果显然在模拟结果内。
交流故障影响的大小取决于直流电容器的大小。直流电容器可以消除稳态运行时的直流纹波。在发生故障的高压直流输电系统中，直流电容器是产生最严重影响的因素。直流电容器在本文中介绍直流线路的积极影响中提及较多。
交流和直流部分之间的相互作用可以延伸到观察直流故障的影响。
6 结论
本文中，在交流侧故障时，分析了在交流系统中不同的故障特征和观察了在直流系统的响应。此外，在仿真分析的一部分中，还介绍了不同的故障模拟，比如单相，两相，三相接地，而且还在测试系统中的发送端和接收端进行仿真。然后，将在干扰下的直流输电系统的瞬态响应与交流系统相比较。