- 頭條直流側故障辨識的新方法，檢測準確，具備抗過渡電阻能力2021-05-22 作者：付華 陳浩軒 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語直流側故障辨識是基于模塊化多電平換流器（MMC）的多端直流輸電（MTDC）系統急需解決的重大科學問題。遼寧工程技術大學電氣與控制工程學院、國網葫蘆島供電公司、國網丹東供電公司的研究人員付華、陳浩軒、李秀菊、陳潤晶，在2021年第1期《電工技術學報》上撰文，分析了直流線路的邊界特性與極間耦合特性，提出了一種基于單端暫態能量的故障辨識方法。 該方法能快速辨識直流側故障，無需兩端通信，能夠滿足MMC-MTDC系統對辨識方法速動性與選擇性的要求。最后結合張北四端柔性直流系統的PSCAD仿真模型，驗證了所提方法在不同的故障類型、故障位置和過渡電阻下均能準確檢測到故障，且具備一定的抗過渡電阻能力。
隨著分布式可再生新能源發展規劃的推進，傳統交流輸電在新能源發電并網和功率輸送方面存在諸多瓶頸。基于模塊化多電平換流器的多端柔性直流輸電系統的運行方式經濟、靈活且損耗小，在多交流電網互聯、遠距離負荷供電和海上風電功率外送等方面優勢突出，為解決我國能源資源和負荷需求的逆向分布問題提供了有效的技術手段。
多端柔性直流系統端數多且線路阻尼小，線路故障后，多個換流站故障出力的疊加使得過電流現象突出，在幾毫秒內就能危及整個電網安全，尤其未來電網更趨向于架空線路輸電，系統更易發生短路、閃絡等瞬時性故障。因此，快速而有選擇地辨識直流側故障是目前急需解決的關鍵技術之一。
目前，相關的故障辨識研究集中在基于電壓源換流器的兩端柔性直流系統，對基于模塊化多電平換流器（MMC）的多端柔性直流系統的研究時間較短，主要有以下幾種故障辨識方法。有學者提出基于直流線路電壓變化率的辨識方法，原理簡單、易于實現，但對高電阻故障的靈敏性較差且難以清晰區分故障電氣量邊界。
有學者提取線路首末兩端高頻電壓分量構成故障辨識方法。有學者利用小波變換提取故障電流的模極值極性來判斷故障，具有較好的耐噪聲能力和抗過渡電阻能力，但該類方法依賴兩端通信，故障辨識速度有所降低。
有學者利用電流的行波時間常數構成區內、外故障判據，具有很強的穩定性和一定的抗過渡電阻能力。有學者利用單端暫態量計算得到的等效電抗實現故障的辨識，保護速動性好，可靠性高，但提出的算法較為復雜。
有學者根據直流電抗器的電壓壓降提出故障辨識方法。有學者利用區內、外暫態電流能量的差異，實現故障辨識，但上述方法的方向元件判據的可靠性與速動性較差。有學者利用小波變換和模糊C均值算法提取故障特征量，但未考慮過渡電阻的影響。
鑒于以上原因，亟需研究一種能適用于基于模塊化多電平換流器的多端直流（MMC-MTDC）輸電直流側的新型故障辨識方法。
基于此，遼寧工程技術大學電氣與控制工程學院、國網葫蘆島供電公司、國網丹東供電公司的研究人員針對MMC-MTDC直流側的線路和母線，首先分析了MMC-MTDC直流線路故障時的邊界特性和極間電流耦合特性；基于上述特性，提出了故障線路選擇、母線故障識別以及故障極判別的故障辨識方法及判據，通過區內、外故障的暫態特征以及方向元件，構建故障線路選擇判據；并利用母線相連線路的方向元件和交流側故障的暫態特性，構造母線故障識別判據；再根據兩極低頻電流差異，設計故障極判別判據。
圖1 張北四端口柔性直流電網正極模型
表1 直流線路不同場景下判據動作情況
表2 直流母線不同場景下判據動作情況
研究人員最后在結合PSCAD/EMTDC平臺的基礎上，搭建張北四端柔性直流系統模型，通過大量的仿真分析，證明了辨識方法的可行性，并得到如下結論：
1）僅利用單端電氣量提出故障辨識方法，無需雙端數據通信，就能實現故障的辨識。
2）能在2ms內對直流側可能涉及的線路故障、母線故障以及故障極完成辨識，滿足MMC-MTDC系統快速故障辨識的要求。
3）分析了故障類型、故障位置和過渡電阻對故障辨識方法性能的影響。結果表明，所提方法具備較高的可靠性和一定的抗過渡電阻能力。
以上研究成果發表在2021年第1期《電工技術學報》，論文標題為“含邊界元件的MMC-MTDC直流側單端量故障辨識方法”，作者為付華、陳浩軒、李秀菊、陳潤晶。
