华北电力大学研究团队提出一种基于控保协同的三端混合直流输电系统线路保护方法

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混合高压直流输电系统运行灵活、拓扑复杂，对线路保护提出了更高要求。华北电力大学戴志辉及其团队利用换流器控制信号积分值差异构造故障识别判据，提出一种基于控制特征量的混合直流线路保护方法。

研究背景

混合高压直流输电技术能有效解决换相失败、功率损耗严重等问题，逐渐成为远距离、大容量输电的发展趋势。但直流输电系统线路发生故障的概率较大且会在短时间内产生数倍于额定电流的故障电流，对故障识别与处理提出了巨大挑战。

论文所解决的问题及意义

现有直流线路保护方法难以直接用于混合高压直流输电系统中，且存在依赖系统边界、耐干扰能力不足、忽略换流器控制环节与保护之间交互影响与配合等问题。本文所提方法实现了控保协调配合，能够灵敏可靠的识别区内外故障，保证系统安全稳定运行，可为混合直流输电系统线路保护策略研究提供理论参考。

论文方法及创新点

1、故障区域识别

由叠加定理可知，故障电流由稳态分量和故障分量叠加而成。可将混合三端直流输电系统划分为T区、T区左侧与T区右侧三个区域，通过图1所示不同区域故障时电流故障分量方向的差异识别故障发生区域。

图1 不同区域故障下的等效电路

2、区内外故障识别原理

混合多端直流输电系统最大的结构特点是存在母线汇流T区，任一直流线路发生故障时，此MMC换流站提供的故障电流均经平波电抗器汇入故障点，不会经过另一条直流线路，因此本文利用此换流站的控制特征量构建保护原理。

由叠加定理计算出T区换流站提供的电流故障分量与故障等效回路中的电感总值呈负相关。直流线路故障时，T区换流站控制外环输入到内环的参考电流变化量积分值与其提供的故障电流呈正相关关系。由此可得此换流站控制信号积分值与故障回路中等效电感呈负相关。

图2所示等效阻抗图反映出区内外故障时等效电感的差异，因此区内外故障时T区换流站控制信号积分值也存在差异，利用此可识别区内外故障。

图2 T区左侧故障等效阻抗回路图

3、故障选极

线路发生单极故障时，健全极控制特征量变化小于故障极；发生双极故障时，两极控制特征量变化程度基本相同。利用两极的直轴参考电流变化量积分值比值可判断出故障极。

文中所提保护方法流程如图3所示：

图3 保护原理流程图

结论

论文充分考虑多端混合直流输电系统中换流站的控制特性，在分析直流输电线路故障时控制信号暂态特征的基础上，提出了基于换流器直轴参考电流积分值的混合多端直流输电线路单端保护方法。实验结果表明，所提方法易于实现、具备一定的抗干扰能力、能根据控制参数变化自适应地调整保护定值，提高了保护的可靠性与灵敏性。

团队介绍

华北电力大学保护与控制研究团队，负责人戴志辉教授，长期从事电力系统保护与控制、直流输配电技术等领域的研究工作。团队已发表百余篇SCI/EI检索论文，其中F5000高被引论文5篇，《电工技术学报》、《电网技术》等期刊年度优秀论文多篇。近年来，以交直流输配电系统保护、控制与安全防御为主要研究方向，主持国家自然科学基金、河北省自然科学基金7项，参与国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重点项目。出版学术专著1部，获授权发明专利及软件著作权30余项，获得省部级科技进步奖3项。

本工作成果发表在2025年第1期《电工技术学报》，论文标题为“基于控保协同的三端混合直流输电系统线路保护“。本课题为国家自然科学基金资助项目。

引用本文

戴志辉, 牛宝仪, 李铁成, 奚潇睿, 李杭泽. 基于控保协同的三端混合直流输电系统线路保护[J]. 电工技术学报, 2025, 40(1): 108-121. Dai Zhihui, Niu Baoyi, Li Tiecheng, Xi Xiaorui, Li Hangze. Line Protection Method of Three-Terminal Hybrid DC Transmission System Based on Control and Protection Coordination. Transactions of China Electrotechnical Society, 2025, 40(1): 108-121.

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