多端柔性直流输电线路暂态保护原理研究

Voltage Source Converter-Based Multi-terminal High Voltage Direct Current (VSC-MTDC) is an important connection type between renewable energy sources and AC system, and can accelerate energy supply mode innovation, which has vital significance to environmental protection and economic development. High performance VSC-MTDC transmission line protection schemes are important to ensure its safe operation. Up to now, the research on VSC-MTDC is mainly concentrated in stable operation and control strategies, and the research on protection schemes are weak. This proposal adopts theoretical analysis combined with electromagnetic transient simulation methods and sets up an accurate and realistic simulation model. On the basis of studying the system structure and characteristics of VSC-MTDC transmission lines, the fault analysis method of VSC-MTDC transmission lines is built and the transient change rules of voltage and current after fault are revealed. Further, by analyzing the effect of transient capacitance current and boundary characteristic on VSC-MTDC transmission lines protection, two transient protection schemes that account for the electromagnetic transient interactions of AC-DC power systems are proposed. The key technologies for protection algorithms implementation are also important work. With complicated protection and control systems of VSC-MTDC, once protection of VSC-MTDC operates in an untimely manner or is mis-operation. Inappropriate operation will impact the AC system negatively, and could cause system instability. Therefore, with presented high performance protection schemes this proposal has an great significance to improve power supply reliability and power grid safety and stability.

多端柔性直流输电线路是连接新能源电源与交流系统之间的重要桥梁，肩负着能源供应方式革新，环境保护及国民经济发展的重要使命。高性能的多端柔性直流输电线路保护是其安全运行的重要保证。目前对多端柔性直流输电线路的研究主要集中在稳定运行与控制策略分析，但其继电保护技术研究比较薄弱。本项目采用理论分析与电磁暂态仿真相结合的方法，建立符合实际的仿真模型。在研究多端柔性直流输电线路结构特性基础上，建立多端柔性直流线路故障分析方法，揭示故障后电气量的暂态变化规律，进一步分析暂态电容电流，边界特性对保护的影响，提出考虑交直流系统电磁暂态交互作用的保护原理，并研究其实用化的关键技术。多端柔性直流输电线路保护、控制系统复杂，一旦保护反应不及时或不正确动作，会导致与其相连的交流系统受到较大冲击，甚至会带来系统失稳的风险。因此本项目对提高电力系统供电可靠性及电网安全稳定性具有重要意义。

多端柔性直流输电系统是连接能源产地与负荷之间的重要桥梁，肩负着促进能源供应方式革新，环境保护及国民经济发展的重要使命。高性能的多端柔性直流输电线路保护是其安全运行的重要保证。本项目采用理论分析与电磁暂态仿真相结合的方法探究多端柔性直流输电系统故障特征，建立符合实际的两电平换流器型、模块化多电平变流器型多端柔性直流输电系统仿真模型；在研究多端柔性直流输电线路结构特性基础上，建立多端柔性直流线路故障分析方法，结合所建立的电磁暂态仿真模型，揭示故障后电气量的暂态变化规律。通过理论分析，研究多端柔性直流输电系统中影响故障电流的核心器件及其参数对故障电流的影响；基于柔性直流输电系统故障电流特性，设计多端柔性直流输电线路混合式故障限流器，提出利用暂态故障电流相关性、载波频率电流特性的多端柔性直流输电系统保护方案；分析发现模块化多电平变流器型多端柔性直流输电系统故障暂态电流频率成分丰富，基于经验模态分解的时频局部化特性，利用固有模态能量熵评估电流能量在频域分布的离散度，构建直流侧故障判据，提出基于单端暂态电流的多端柔性直流输电线路保护方案。上述成果通过RTDS模型实验验证，结果表明，新原理和方案具有较高的可靠性和灵敏度。通过本项目研究，已培养出站博士后1名，博士研究生2名，硕士研究生3名。在国内、外学术期刊、学术会议发表论文38篇，SCI收录11篇，EI收录27篇，申请国家发明专利11项，其中已授权4项。协助举办国内学术会议1次，参加国际学术会议9人次。目前，国内、外在多端柔性直流线路保护方面的研究工作处于初期阶段，本项目取得重要进展和突破，可为我国多端柔性直流系统的保护设计提供重要技术支撑，对提高我国电力系统供电可靠性及电网安全稳定性具有重要意义。