混合HVDC系统的单端直流保护策略研究

工程7（2021）1064研究电力系统对能源转型多端混合直流输电系统直流保护策略研究郑玉萍a，c，何佳伟b，李斌b，李俊，吴通化a，c，刘伟，戴伟a，李烨ba国家电网电力科学研究院（南瑞集团公司）智能电网保护与控制国家重点实验室，南京211106b天津大学智能电网教育部重点实验室，天津300072c河海大学能源与电气工程学院，南京210098阿提奇莱因福奥文章历史记录：收到2020年2021年2月2日修订2021年3月29日接受2021年5月24日网上发售保留字：多端混合直流输电系统单端保护瞬态信息主动注入A B S T R A C T多端混合式高压直流输电系统是近年来电力传输领域发展迅速的一种输电方式。然而，对于混合HVDC系统中的电压源换流器（VSC）站，不需要直流（DC）滤波器。此外，直流电抗器也不安装在线路末端，因为直流故障可以由换流器本身限制。这意味着在线路端没有边界元件，并且在基于线路换流器（LCC）的HVDC（LCC-HVDC）系统或VSC-HVDC系统中使用的单端保护不能区分多端混合HVDC系统中的故障线路。提出了一种适用于多端混合直流输电系统的新型单端直流保护策略，主要应用暂态信息和有源注入的概念来检测和区分故障线路。与LCC-HVDC和VSC-HVDC系统中的单端保护相比，该保护策略不依赖于线路边界元件，适用于多端混合HVDC系统。基于电力系统计算机辅助设计（PSCAD）/电磁暂态包括直流（EMTDC）进行了相应的仿真案例，以验证所提出的保护的优越性。©2021 THE COUNTORS.Elsevier LTD代表中国工程院出版，高等教育出版社有限公司。这是一篇CC BY-NC-ND许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）中找到。1. 介绍近年来，高压直流输电（HVDC）系统以其输电容量大、输电距离长、功率损耗低等突出优点在电力传输领域得到了广泛应用[1，2]。然而，传统的高压直流输电系统，即基于线路换相换流器（LCC）的高压直流输电系统（LCC-HVDC），由于所使用的晶闸管是半控的，因此存在换相失败的本质缺陷由于采用了全控型电力电子开关器件，如绝缘栅双极型晶体管（IGBT），电压源变流器（VSC）不存在换相失败问题[3]。然而，全控型电力电子开关的应用因此，通常应用直流输电的混合直流输电系统，*通讯作者。电 子 邮 件 地 址 ： hejiawei_tju@126.com （ J. He ） ， binli@tju.edu.cn （ B.Li ） ，wutonghua@sgepri.sgcc.com.cn（T. Wu）.LCC在整流器端，VSC在逆变器端，在HVDC输电领域具有广泛应用的潜力，因为与LCC-HVDC系统相比，它可以显著降低换相失败的风险，并且与VSC-HVDC系统相比，它可以减少所需的投资[4]。混合高压直流输电系统一般有四种类型，即极间混合系统、混合多馈入系统、端对端混合系统和多端混合系统[5]。极间混合系统和混合多馈入系统可以通过引入的VSC为交流（AC）系统提供无功功率，并且因此可以显著降低LCC的换相失败概率[5]。端到端混合系统在整流侧使用LCC，在逆变侧使用VSC，可以完全防止换相失败（换相失败主要发生在逆变侧）[5]。此外，多端混合系统可以实现多端供电，在高压直流输电领域具有广阔的应用前景。然而，多端混合直流输电系统的保护是其工程应用的一个挑战。https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.05.0022095-8099/©2021 THE COMEORS.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志首页：www.elsevier.com/locate/engY. 郑，J.他，B.Li等人工程7（2021）10641065LCC-HVDC或VSC-HVDC系统中的直流保护可考虑用于多端混合HVDC系统。直流输电系统中，由于运行速度的考虑，直流线路的一次保护主要采用单端保护在LCC-HVDC系统中，基于故障行波的单端保护用作DC线路的主保护[6，7]。例如，ABB公司提出利用电压行波的变化量和变化率来区分LCC-HVDC系统的内部故障和外部故障西门子公司的保护判据采用直流电压变化量和直流电压变化率上述两种保护都是利用直流滤波器对故障行波的阻碍作用来区分内外部故障的。此外，在VSC-HVDC系统中，直流电抗器将安装在每条直流线路的两端，这也对故障行波产生障碍作用。因此，LCC-HVDC系统中使用的单端保护也适用于VSC-HVDC系统。此外，考虑到频率越高，直流电抗器的障碍效应越大[8]，提出了VSC-HVDC系统基于高频暂态电压（或电流）的单端保护，以提高抗高过渡电阻的能力[8不过，需要指出的是，上述单一-端部保护都是基于线路边界元件对故障行波的障碍作用，如直流电抗器和直流滤波器[6然而，在多端混合HVDC系统中，VSC站不需要DC滤波器此外，直流电抗器可以仅安装在换流器出口处，因为多端混合HVDC系统主要使用换流器来消除和限制直流故障电流，并且对故障限流电抗器的要求降低。这表明在线路终端处的边界元素不存在。在这种情况下，用于LCC-HVDC和VSC-HVDC系统的单端直流保护不再适用。电流差动保护不依赖于线路边界，但线路边界受线路电容器电流的影响很大，并需要通信设施。总之，适用于多端混合直流系统，特别是单端混合直流系统的直流保护策略仍需进一步研究。本文提出了一种基于暂态量和有源注入概念的多端混合直流输电系统直流保护新策略。本文件的内容安排如下。第二节介绍了多端混合直流输电系统的典型拓扑结构，在此基础上讨论了现有单端直流保护的适用性。第三提出了适用于多端混合直流输电系统的直流保护策略.在第四中，进行了相应的仿真案例，以验证所提出的保护的可行性和优越性。最后，第5节提出了研究结论2. 多端混合直流输电系统保护面临的挑战2.1. 多端混合直流输电系统LCC-HVDC系统在实际工程中得到了广泛的应用然而，LCC由半控晶闸管组成。众所周知，虽然晶闸管可以基于控制而导通，但是其关断操作是不可控的。这意味着LCC中桥臂之间的换向高度依赖于AC系统电压。当交流系统电压下降时，桥臂之间可能会发生故障。在工程实践中，LCC的换相失败已成为LCC-HVDC系统的核心技术问题，特别是在逆变器侧[12]。相比之下，VSC由全控功率MOSFET开关组成，例如IGBT，因此没有换向失败问题。因此，在逆变器侧应用VSC来代替LCC并且在整流器侧仍然使用LCC的混合HVDC系统已经被应用于HVDC输电技术，因为它可以防止换相失败问题并且增强互联交流系统的稳定性[5]。图1显示了一个典型的三端混合高压直流输电系统，该系统将在中国快速投入运行[13]。如图1所示，混合系统中的整流站S3应用LCC，而换流站S1和S2应用模块化多电平换流器（MMC）。通过这种方式，可以有效地避免换相失败问题，因为大多数换相失败问题发生在逆变器侧[5]。此外，LCC本身可以通过调节触发角来消除直流故障电流。然而，传统的VSC，如两电平VSC和半桥MMC，不具有任何故障处理能力。因此，在混合HVDC系统中，由半桥子模块（HBSM）和全桥子模块（FBSM）[14在直流故障之后，通过关断FBSM将FBSM中的电容器以与故障电流相反的方向插入故障电路中因此，可以快速地消除直流故障电流。然后，系统中的故障部分可以由相应的开关（SW12.2. 多端混合直流输电系统直流线路保护面临的挑战通常，LCC-HVDC系统或VSC-HVDC系统中的直流保护被考虑用于多端混合HVDC系统。但是，由于无法直接应用，到线端没有边界元素例如，在LCC-HVDC系统中，平滑电抗器和DC滤波器安装在线路末端。由于电抗器和滤波器的障碍效应，外部故障条件下的故障行波明显小于内部故障条件下的故障因此，广泛应用于LCC-HVDC系统的行波保护可以利用电压行波（或电压行波）的幅值或变化率来可靠地区分内部故障和外部故障在VSC-HVDC系统中，MMC的波形质量远优于LCC-HVDC系统中的LCC，因此不再需要滤波器。然而，在VSC-HVDC系统中，将在每个线路端部处安装大的DC电抗器以限制DC故障电流。这意味着线路边界仍然存在，因此直流保护仍然可以可靠地区分故障线路然而，在多端混合HVDC系统中，直流故障电流可以通过换流器来限制和消除。这意味着对用于故障电流限制的DC电抗器的要求显著降低。如图1所示，在多端混合HVDC系统中，DC电抗器仅安装在换流器出口处，而不安装在线路末端。此外，对于VSC，不再需要DC滤波器，因为输出波形质量足够好。在这种情况下，传统的单端直流保护已不能区分故障线路。例如，对于安装在S2站出口的保护P2，故障f1（1号线端）后观测到的故障行波与故障f4（2号线端）后的行波几乎相同这Y. 郑，J.他，B.Li等人工程7（2021）10641066≤当仅使用现场测量的行波时，保护P2不能区分故障f1和f4。总之，LCC-HVDC或VSC-HVDC系统中使用的单端保护不能直接用于多端混合HVDC系统。而适合多端混合直流输电系统的单端保护还有待进一步研究。3. 多端混合直流输电系统3.1. 拟议保护战略根据上述分析，LCC-HVDC和VSC-HVDC系统的单端保护不能直接用于多端混合HVDC系统，在线路末端没有边界元件（例如DC滤波器和DC电抗器）。因此，在本研究中，提出了一种新的单端保护策略，该策略可以在没有边界元件的情况下可靠地区分故障线路，如图所示。图2（主要指站S1处的保护P1（图1中），与多条直流线路相连）。具体步骤如下。(1) 测 量 直 流 电 压 和 电 流 ， 即 S1 站 电 抗 器 线 路 侧 直 流 电 压（Udc1_l）、S1站电抗器站侧直流电压（Udc1_s）、母线至1号线直流电流（Idc12）、母线至2号线直流电流（Idc13）。 如果|d Udc1_l/d t|> D1或|d Idc12/d t|> D2或|d Idc13/d t|> D2（t表示时间;D1和D2是时间启动标准;Udc1_1、Udc2_1和Udc3_1分别是站S1、S2和S3处电抗器线路侧的直流电压），则启动保护。(2) 提取直流电压Udc1_l和站S1电抗器站侧直流电压（Udc1_s）的高频分量，即Udc1_l_hf和Udc1_s_hf。如果麦克斯|Udc1_l_hf|/最大值|Udc1_s_h f|k集（k集为可靠性系数，略大于1），则表明换流站S1发生故障。闭锁变频器，然后在故障电流清除后断开开关SW3。保护算法结束。如果麦克斯|Udc1_l_hf|/最大值|Udc1_s_hf|> kset，表示故障发生在电抗器直流侧（安装在换流器出口）。关闭转换器。但是保护算法并没有结束，下面的步骤将被实现。(3) 延迟Dt1，然后从控制器注入受控电流转换器（对电流注入方法的研究将在下面介绍）。延迟Dt2。DT1和DT2是延迟时间的阈值。(4) 根据直流电流的大小可以判断故障线路。如果1号线上的直流电流大于阈值，即Idc12>Iset，则表明故障在1号线上。再次闭锁变频器，然后断开开关SW1。之后，重新启动转换器。保护结束了。如果1号线的直流电流不大于门限值，即Idc12≤Iset，但2号线的直流电流大于门限值，即Idc13>Iset，则表示故障在2号线。在这种情况下，再次阻断转换器，然后断开开关SW2。随后，重新启动变频器。而亲-检测算法结束。如果Idc12和Idc13都不大于I设定的阈值，则表明故障是非永久性的，并且已经消失。转换器可以直接重新启动。保护结束了。D1应大于系统正常运行期间可能发生的直流电压变化率，D2应大于系统正常运行期间可能发生的直流电流变化率。引入延迟时间DT1来保证非永久故障下故障线路的绝缘恢复在高压直流输电系统中，初始故障条件通常为200在上述提出的保护中，所使用的高频瞬态电压是快速衰减信号。因此Fig. 1.三端混合高压直流输电系统的典型拓扑。S1、S2、S3：换流站; SW1、SW2、SW3：开关;f1Y. 郑，J.他，B.Li等人工程7（2021）10641067图二. 多端混合高压直流输电系统的保护策略流程图。应用小波变换来提取该高频瞬态电压，因为小波变换在高频范围内具有出色的时域分辨率[8，9]。 此外，还讨论了基于最大似然法的故障方向判据的理论基础和相应的验证|Udc1_l_hf|/最大值|Udc1_s_hf|在参考文献[1]中，研究了用于确定故障发生在反应堆哪一侧的方法。[8]和[10]，因此在本研究中没有详细讨论。此外，在换流器停机期间，由于电压和电流的变化率也会很大，因此建议的保护可能会误动作。但是，需要注意的是，在混合HVDC系统中，换流器的关断是通过不同换流站之间的协作来实现的，这意味着关断信号将在所有换流站之间进行通信[19]。因此，该信号也可以发送到保护。当保护接收到变频器停机信号时，会闭锁一段时间，防止保护误动作。3.2. 电流主动注入在上述提出的保护战略中，核心概念是，使用来自转换器的受控电流来区分故障线路（线路1或线路2），并识别故障性质（以确定（以换流站S1为例），如图所示。3.第三章。根据混合MMC的工作原理，当检测到直流故障时，FBSM和HBSM中的所有IGBT被阻断以消除故障电流。在绝缘恢复的延迟时间Dt1之后，与在实际工程中安装在变换器侧的启动电阻器被打开以将电阻器连接到系统中。然后，每个FBSM中的IGBT T1被导通，如图所示。3.第三章。基于上述控制策略，混合MMC的操作状态与不受控整流器的操作状态相同因此，当DC故障点仍然存在时，AC侧源将向AC侧馈送电流此外，在此期间，在转换器的AC侧连接具有数千欧姆值的启动电阻器（Rlim），因此注入到DC侧的电流可以被限制到受控水平，使得其不会损坏DC系统中的设备。此外，如果故障发生在线路1上，则Idc12> 0且Idc13= 0（忽略线路电容器电流），而如果故障发生在线路2上，则Idc12=0且Idc13> 0。相应地，如果故障点消失，则Idc12=0且Idc13= 0。因此，故障选线和故障性质识别的判据可设计为：8>Idc12>我设置故障在线路e1上我的故障是否已经消失或没有）。在本节中，转换器的控制策略注入受控电流我dc13>我设置的故障是在2号线>：Idc12≤Iset且Idc13≤Iset故障消失ð1ÞY. 郑，J.他，B.Li等人工程7（2021）10641068图三. 转换器的控制策略以注入受控电流。Rlim：启动电阻; SW：开关;T1、T2、T3、T4：IGBT模块; SM1-应该注意的是，由于传输线的分布电容器，在电流注入的初始阶段，当故障在线路1上时，充电电流也将出现在线路2上，并且当故障在线路2上时，充电电流将出现在线路1上。当故障发生时，1号线和2号线上会出现这种消失了因此，在判据之前引入延迟时间Dt2，以保证线路的充电电流电容器消失了。此外，在上述内容中，作为示例讨论了由FBSM和HBSM事实上，对于其他对于使用不同自消除子模块（如箝位双子模块（CDSM）和自阻塞子模块（SBSM））的混合MMC类型，所提出的主动注入控制策略也是适用的。例如，对于由HBSM和CDSM组成的混合MMC，如图1所示。在图4（a）中，每个CDSM中的IGBT T 5在有效注入时段期间导通。因此，混合MMC作为不受控整流器操作以向DC侧注入受控电流，类似于图3所示的条件。图4（b）示出了在施加SBSM的条件同样，随着见图4。分析了所设计的有源电流注入控制策略在不同自消子模块情况下的适用性：（a）由CDSM和HBSM组成的混合MMC，（b）由SBSM和HBSM组成的混合MMCY. 郑，J.他，B.Li等人工程7（2021）10641069当IGBTT5和T6导通时，混合MMC也作为不受控制的整流器操作以注入受控电流。3.3. 与其他车站终端如上所述，第3.1节中提出的保护策略配置在图1所示的三端混合HVDC系统中的站S1处。另外两个站端的保护，即保护P2和P3，可以简单得多。对于保护P2和P3，也执行第3.1中的步骤（1）和（2）换句话说，在直流故障发生后，保护P2和保护P3也可以快速启动然后，基于电抗器两侧暂态电压之比，即最大值，|Udc2_l_h f|/最大值|Udc2_s_hf|对于P2和max |Udc3_l_h f|/最大值|Udc3_s_h f|对于P3，启动以确定故障发生在反应器的哪一侧。如果在站侧识别出故障，则闭锁相应的换流站，并且保护结束。相应地，如果在电抗器的DC侧识别到故障，则通过阻断转换器来消除故障电流，当线路电压恢复时，转换器将重新启动（如下所述）。对于保护P3，如果本地线电压没有恢复（例如，Udc3_l≤0.8UdcN，UdcN表示额定直流电压），换流器S2将不会一直重新启动。相应地，对于保护P2，如果本地线电压Udc2_l没有恢复，对于延迟时间Dt4，将执行进一步的操作。根据保护策略在3.1节提出的情况下，只有两种情况会导致S2端线电压（Udc2_l）在延迟时间Dt4内无法恢复：①1号线发生直流故障，开关SW1已断开;②S1站发生故障，开关SW3已断开。为了区分上述两种情况，换流站S2将被控制以注入有限的电流。如果测得的电流Idc21>Iset，则表明故障在1号线上，应重新闭锁S2站如果电流Idc21≤Iset，则表明故障不在线路1上（即，它属于条件②），并且转换器应当被重新启动。该保护策略及相应的协调策略，仅根据本地信息就能区分直流故障线路（永久性故障）和恢复直流故障线路（非永久性故障），无需通信。3.4. 阈值选择对于工程应用，应确定建议保护中使用的阈值的选择，本节对此进行了讨论。(1) 启动判据的门限值：在所提出的保护中，直流电压和直流电流的变化率因此，D1的阈值应大于|dUdc1_l/dt|在正常运行期间，在最弱的断层下（远程），高电阻故障）。同样，D2的值应大于|dIdc12/dt|（或|dIdc13/dt|）在正常操作期间，在最弱的情况下。在工程实践中，上述阈值应根据模拟结果确定。(2) 故障方向判据的阈值：在所提出的保护中，基于最大值的故障方向判据|Udc1_l_h f|/最大值|Udc1_s_hf|用于识别故障方向，即故障发生在电抗器的哪一侧。根据Refs。[8]和[10]，当故障发生在电抗器的线路侧时，|Udc1_l_h f|/最大值|Udc1_s_hf|大于1，当故障发生在反应堆的站侧时小于1。该保护引入了可靠性系数k集通常，k集的选择是经验值，其略大于1（例如，1.2）。(3) 故障区段识别的阈值：根据3.2节的分析，在有源注入期间，如果故障已经消失或不在该线路上，则直流线电流等于零因此，我设置的阈值可以很小，仅有助于防止测量误差和通信误差的影响(4) 延迟时间的阈值（Dt1-Dt故障线路的恢复，在HVDC系统中一般为200如上所述，引入延迟时间Dt2是为了防止故障消失条件下线路电容器充电电流的影响在有源注入期间，转换器作为不受控整流器操作。如果故障仍然在线路上，则从交流侧馈入的直流电流将再次出现，如图中的蓝色曲线所示。 五、图五、当故障消失或不在该线路上时，向线路电容器充电R线：线路的等效电阻;C线：线路的等效电容;L线：线路的等效电感;Udc：变换器的输出直流电压;T：一个周期的时间;Ldc：变换器直流输出电感值;ic：瞬态充电电流。Y. 郑，J.他，B.Li等人工程7（2021）10641070¼ ð Þ因此，如果故障已经消失或不在这条线路上，则稳态直流电流为零，但线路电容器将有瞬态充电电流，如图5中的红色曲线所示。根据图5中的等效电路，该瞬态充电电流可以表示为：ic2Udce-rtsinxt2x100L线路200L直流200L其中r=R线/（2L线）;x/p=R线/（2L线）;x/p=R线/（2L线）;x/p=R线/（2L线）; x/p=R线/（2L线）;x/p=R线/（2 L线）; x/p= R线/（2 L线）; x/p=R线/（2L线）;x/p=R线/（2L线）;表1三端混合直流输电系统参数。参数值额定直流电压（S1额定交流电压（S1直流出口反应器（S1额定功率（S1臂反应器（S1SM电容器（S1SM编号（S1线路长度（1号C线表示等效电阻、电感和电容。是转换器的输出DC电压（在不受控制的整流器操作模式中）;Ldc是转换器DC输出处的电感器的值;并且ic是瞬态充电电流。如图5所示，在前半周期（T/2）期间，充电电流为正值，这可能混淆故障区段和故障性质识别，因为在故障仍然存在的情况下的DC电流也是正值。然而，在前半周期（T/2）之后，充电电流将是非常小的值或负值（在随后的半周期中循环）。因此，延迟时间Dt2应大于T/2，也就是说，，s2。ffiffiffiffiffiRffiffiffiffiffiffiffiffiffiffiΣffiffiffi2ffiffi如图6所示观察保护P2，以验证传统单端直流保护在多端混合HVDC系统中的适用性。图6（c）示出了分别在故障f1和f4之后在保护P2处观察到的反向电压行波的仿真结果。如上所述，基于行波的保护主要使用电压行波的幅度来区分内部故障和外部然而，如图所示。 6（c），对于保护P2，故障f1后观测到的电压行波与故障f4后的电压行波几乎相同。这是因为1号线和2号线之间没有边界，故障点f1和f4在空间上是同一点这Dt2>p10L线102L直流10C线-线2L线ð3Þ表明单端行波保护不能可靠地区分内部故障和外部故障，对于保护P1，应采用较长线路的R线、L线、C线值来确定Dt2，因为较长线路的L线、C线较大，表示充电周期较长。此外，延迟时间Dt3应保证安装在站S1（保护P1）的保护已完成相应的操作。因此，Dt3应大于Dt2+ts+twave_dif，其中ts是开关的操作时间twave_dif是保护P1和保护P2之间的初始波到达时间差。此外，Dt3还应包括直流电压恢复的时间。4. 模拟案例研究如图1所示，基于电力系统计算机辅助设计（PSCAD）/包括DC的电磁暂态（EMTDC）构建三端混合HVDC输电系统，其参数列于表1中。在建立的模型中，S1站使用LCC，S2和S3站使用混合MMC（HBSM和FBSM的混合）。此外，频率依赖模型用于直流架空线。为了验证该保护的工作原理和优越性，在不同的故障条件下，观察了采样率为10kHz的保护P1、P2和P3如第3.4所述，在仿真模型中，延迟时间Dt1、Dt2和Dt3分别被设置为200、10和50ms故障中使用的k集值方向准则被设置为1.2。我设定的阈值设定为0.3 kA。此外，应该注意的是，基于电压变化率和电流变化率的启动标准是在DC保护中使用的典型启动标准，并且因此由于空间限制而不在仿真中讨论4.1. 传统单端保护在多端混合直流系统中的适用性目前高压直流输电系统的主保护一般采用行波保护、电压变化率保护或暂态电压保护。在本节中，f1和f4处的金属极对地故障分别设置为在t的性能图六、多端混合HVDC系统中的故障f1和f4之后的传统单端DC保护的性能：（a）DC电压Udc2_1，（b）DC电流Idc21，（c）电压行波（TW），（d）ROCOV，以及（e）暂态电压。Y. 郑，J.他，B.Li等人工程7（2021）1064图7. 所提出的保护策略在金属故障f1之后的性能：（a）瞬态电压，（b）DC电流Idc12，（c）DC电流Idc13，（d）DC电流Idc21，以及(e)直流电压。1071多端混合直流输电系统，由于没有边界元素在线路末端。同样，如图所示。如图6（d）和（e）所示，基于ROCOV的保护和基于瞬态电压的保护也不适合于多端混合HVDC系统。4.2. 拟议保护战略在这一节中，直流故障在f1和f2分别设置发生，以显示如何提出的保护策略区分故障线路没有边界。(1) 故障f1：在这种情况下，故障f1被设置为在t= 6.3 s时发生。图7示出了相应的模拟结果。 如图第7（a）段之后直流故障f1，最大值的比值|Udc1_l_hf|/最大值|Udc1_s_h f|是2.99，其大于阈值1.2。因此，该故障被保护P1识别为线路侧故障。此外，还采用了主动喷射控制策略，在延迟时间Dt1（大约t= 6.502 s）之后，转换器S1。如图 7（b），在主动注入之后，DC电流在延迟时间Dt2之后，线路1上的电流Idc12大于阈值I设定值（0.3 kA）。因此，线路1被区分为故障线路，并且因此被开关SW1切断。随后，重新启动站S1以建立DC电压。因此，在站S3端子处的线电压，即Udc3_l，也快速地增加到阈值640 kV以上，如图12所示。 7（e）. 保护P3测量Udc3_1的恢复，并且站S3被重新启动。在站S2处，线电压（Udc2_l）Y. 郑，J.他，B.Li等人工程7（2021）1064图8. 在金属故障f4之后所提出的保护策略的性能：（a）瞬态电压，（b）DC电流Idc12，（c）DC电流Idc13，（d）DC电流Idc21，以及(e)直流电压。1072始终不会恢复，并且在主动注入期间，DC电流（Idc21）增加到超过阈值（图7（d））。因此，保护P2确定故障在1号线上，S2站不重新启动，如图2所示。 7（e）.此外，应当注意的是，在有源电流注入时段期间，注入的电流保持在受控水平（低于额定DC电流，如图1A和1B所示）。 7（b）和（d））。这是因为在此期间，转换器的交流侧上的大启动电阻被连接到系统中，并且注入的电流被有效地限制。(2) 故障f4：在这种情况下，故障f4被设置为在t= 6.3 s时发生 图 8显示了相应的模拟结果。同样，故障被可靠地识别为DC侧故障，如图所示。第8（a）段。然而，不同的是-或者，在主动注入之后，线路1上的DC电流（Idc12）不大于阈值Iset，而线路2上的DC电流（Idc13）超过Iset。因此，线路2被区分为故障线路，其被开关SW2切断。随后，重新启动站S1以建立DC电压。因此，如图8（e）所示，保护P2测量线电压（Udc2_l）的恢复，并且站S2也被重新启动。此外，保护P3不能监视线电压（Udc3_l）的恢复，因此站S3不被重新启动。上述算例验证了所提出的保护策略在多端混合直流输电系统中能够可靠地判别故障线路，实现健康网络的快速恢复。此外，应该注意的是，由于在有源注入期间应用了启动电阻器，Y. 郑，J.他，B.Li等人工程7（2021）1064图9.第九条。在金属故障f2之后所提出的保护策略的性能：（a）瞬态电压，（b）DC电流Idc12，（c）DC电流Idc13，（d）DC电流Idc21，以及(e)直流电压。1073期间，注入电流被限制在可接受的范围内，因此不会对系统造成损害。4.3. 拟议保护战略在这种情况下，所提出的保护策略的性能后，在不同位置的故障进行了观察。如图如图9和图10所示，无论是在1号线中间的故障f2之后，还是在1号线末端的故障f3之后（对于保护P1），所提出的保护策略都能区分故障线路（1号线）并可靠地恢复健康网络。这表明该保护在不同部位发生故障后仍能可靠地动作。此外，在故障f3的情况下，介绍 如图 10、正确的操作验证了所提出的保护具有很强的抗高过渡电阻能力。5. 结论直流保护是多端混合直流输电系统工程应用的一项重要技术。然而，典型的单端保护LCC-HVDC和VSC-HVDC系统中使用的不适用于多端混合HVDC系统，由于在线路端没有边界元件。提出了一种适用于多端混合高压直流输电系统的新型单端保护策略。所提出的保护利用暂态电压来识别故障方向（直流侧或换流侧），然后Y. 郑，J.他，B.Li等人工程7（2021）10641074见图10。 在具有300X过渡电阻的故障f3之后，所提出的保护策略的性能：（a）瞬态电压，（b）DC电流Idc12，（c）DC电流Idc13，(d)DC电流Idc21，以及（e）DC电压。根据有功注入电流判别故障线路。与LCC-HVDC和VSC-HVDC系统中的单端保护相比，该保护能够在无线路边界的情况下可靠正确地动作。此外，所提出的保护不需要通信，因此与纵联保护（如电流差动保护）相比，投资可以减少。遵守道德操守准则Yuping Zheng、Jiawei He、Bin Li、Tonghua Wu、Wei Dai和YeLi声明他们没有利益冲突或财务冲突需要披露。引用[1] 张文辉，张文辉.高压交流输电系统与高压直流输电系统的比较研究。Renew SustainEnergy Rev2016;59：1653-75.[2] 作者：Wang X.升压型PWM高压直流输电系统。IEEE TransPower Deliv 1991;6（4）：1557-63.[3] Teeuwsen SP，编辑。将跨湾电缆项目建模为具有模块化多电平转换器设计的电压源转 换 器 。 In ： Proceedings of the IEEE Power and Energy Society GeneralMeeting; 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