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模块化多电平换流器型高压直流(modular multilevel converter based high voltage direct current,MMC-HVDC)输电作为新一代直流输电技术,凭借有功功率和无功功率解耦可控、没有换相失败问题、可向无源系统供电等特点,在大规模可再生能源并网、海上钻井平台供电和电网异步互联等领域具有广阔的应用前景。直流输电线路保护是MMC-HVDC输电的核心技术之一,但目前专门针对MMC-HVDC直流输电线路保护的研究较少,已有直流输电线路保护原理应用于MMC-HVDC输电时亦存在一些问题和不足亟待解决。为保证MMC-HVDC系统的安全稳定运行,本文基于MMC-HVDC系统自身特点和直流输电线路保护技术研究现状,研究提出若干适用于MMC-HVDC系统的直流输电线路保护原理。本文主要研究内容和取得的成果如下:(1)研究介绍MMC-HVDC系统拓扑和分层控制策略,在实时数字仿真器RTDS中建立MMC-HVDC系统的数字仿真模型,对MMC-HVDC系统中的关键元件模型及参数配置进行详细设计,并验证了仿真模型的可靠性。(2)为快速检测直流输电线路故障并识别故障类型,提出一种仅使用单端暂态电流的MMC-HVDC直流输电线路保护方案。首先分析了MMC-HVDC系统故障暂态电流特性,分析发现:直流侧故障时直流线路电流包含丰富的频率成分,而交流侧故障时直流线路电流频率成分集中在低频带;直流侧故障下直流线路电流的变化趋势与故障类型一一对应,在双极短路故障初期呈现上升趋势,在单极接地故障初期呈现平稳趋势,在断线故障初期呈现下降趋势。基于上述特征,该保护分别采用单端暂态电流的固有模态能量熵和变化趋势构造直流侧故障判据和故障类型识别判据。仿真测试表明,该保护方案在多种故障条件下均能可靠动作。(3)针对MMC-HVDC系统中纵联电流差动保护无法可靠反映直流线路单极接地故障这一问题,提出基于功率量的MMC-HVDC直流输电线路保护方法。分析了MMC-HVDC系统故障电压、电流特性,在此基础上定义两端换流站不同极直流线路功率之和为差分功率。差分功率在MMC-HVDC系统正常稳态运行和交流侧故障时为零,在MMC-HVDC系统直流侧正极接地故障、负极接地故障和双极短路故障时具有明显不同的正、负组合。基于上述特征,采用差分功率幅值构造直流侧故障判据,采用差分功率的正、负组合构造直流侧故障类型识别判据。(4)在所提功率量纵联保护的研究基础上,进一步使用差分功率与直流电压之比构建自定义差分电流,并以此为保护特征量构造MMC-HVDC直流输电线路纵联保护。该保护采用自定义差分电流幅值构造直流侧故障判据,采用自定义差分电流的正、负组合构造直流侧故障类型识别判据。仿真结果表明,该保护能可靠灵敏地分类识别直流单极接地故障和双极短路故障,在系统输送功率和直流线路长度等变化的情况下适应性良好。本文研究成果可为MMC-HVDC直流输电线路继电保护的设计提供参考,对于保证MMC-HVDC系统安全稳定运行具有重要意义。