團隊介紹

南京南瑞繼保電氣有限公司：主要從事電網、電廠和各類工礦企業的電力保護控制及智能電力裝備的研發和產業化，是國家能源局“國家能源電力控制保護技術研發（實驗）中心”的依托單位，是國家重點高新技術企業和國家規劃布局內的重點軟件企業。

唐俊，工程師，研究方向為直流輸電系統的控制與保護。

趙文強，高級工程師，研究方向為直流輸電系統的控制與保護。

呂彥北，工程師，研究方向為直流輸電系統的控制與保護。

姜崇學，高級工程師，研究方向為柔性直流輸電系統的控制與保護。

鄒強，高級工程師，研究方向為直流/柔性直流輸電系統的控制與保護。

研究背景

現有直流輸電系統發生雙極換相失敗時，極易引發交流系統振蕩，從而導致多回直流同時換相失敗，造成事故擴大化。為解決上述問題，出現了圖1所示混合級聯直流輸電系統拓撲結構。該拓撲利用VSC換流器無換相失敗的特性，在交流系統故障時起到電壓和無功支撐作用，從很大程度上緩解了常規直流系統換相失敗問題。

在工程上，這種新型混合級聯特高壓直流系統的控制保護策略可以很大程度借鑒現有特高壓直流輸電系統的成熟方案，但其諸多特殊性和不適用性也應充分研究改進。

圖1 混合級聯特高壓直流輸電系統拓撲結構

論文所解決的問題及意義

混合級聯特高壓直流輸電系統中，逆變站LCC換流器發生接地故障時，在VSC換流器的作用下，可能導致LCC換流器旁通對過負荷保護誤動。

此外，為防止極母線或直流線路故障時，VSC換流器通過高端LCC換流器的BPS開關形成短路回路，引起VSC換流器過流，故在執行極閉鎖時，逆變站LCC換流器不能像常規特高壓工程一樣，在投入旁通對的同時合BPS。站間通信中斷時，這將導致LCC換流器旁通對持續流過電流，影響其使用壽命。

基于以上問題，研究適用于混合級聯特高壓直流輸電系統的旁通對過負荷保護原理及相關閉鎖策略，對提高混合級聯特高壓直流輸電系統可靠性具有很大意義。

論文方法及創新點

1 故障回路分析及保護判據優化

本文分析了混合級聯直流輸電系統在逆變站高端LCC換流器的低壓側（F1點）發生接地故障時的故障回路。由于低端VSC換流器中反并聯二極管的存在，會形成圖1中所示4個電流回路，產生負向的IDC1N電流，沿用現有特高壓直流系統的保護判據，會造成逆變站高端LCC換流器的旁通對過負荷保護誤動。

圖2 F1點永久故障時電流回路示意圖

基于以上故障電流回路分析，提出同時采用LCC換流器高、低壓側電流實測值的旁通對過負荷保護判據，有效解決了保護誤動問題。

2 閉鎖時序優化及保護定值整定

如圖3所示，逆變站F2點發生接地故障，站間通信中斷時，整流站無法在逆變站執行閉鎖時配合移相，導致逆變站高端LCC換流器投入旁通對后持續有較大的電流流過，旁通對過負荷保護動作。

圖3 F2點故障示意圖

考慮混合級聯直流系統特點，在VSC換流器閉鎖、換流變交流開關跳開后，倒灌回路的電源即被切斷，故此時LCC換流器可以投入BPS，對旁通對起到分流作用。優化后的逆變站極閉鎖邏輯流程圖如圖4所示。

圖4 優化后的逆變站極閉鎖邏輯

考慮保護動作后，低端VSC收到閉鎖命令并發出跳交流開關的延時，以及低端換流變開關全部跳開的時間，可以在執行整極閉鎖50~70ms后開放高端LCC換流器合BPS，故旁通對過負荷保護的時間定值可在常規特高壓工程150ms的基礎上增加50~70ms，即按200~220ms考慮。

結論

本文詳細分析了混合級聯特高壓直流系統中旁通對過負荷保護的誤動問題，提出了采用換流器高低壓側實測電流的保護判據。對于站間通信中斷時逆變站保護動作的問題，優化了LCC換流器合BPS的邏輯，并在此基礎上配合調整了保護定值。

通過理論分析和RTDS仿真試驗證明，優化后的保護整體方案可以有效解決保護誤動問題，而對于旁通對異常運行情況，仍具備與以往判據相同的靈敏度。本方案提高了系統整體的可靠性，具有工程應用價值。

圖5 本方案應用于±800kV白鶴灘-江蘇混合級聯特高壓直流控制保護系統

引用本文

唐俊, 趙文強, 呂彥北, 姜崇學, 鄒強. 混合級聯特高壓直流輸電系統旁通對過負荷保護優化[J]. 電氣技術, 2022, 23(1): 84-88. TANG Jun, ZHAO Wenqiang, Lü Yanbei, JIANG Chongxue, ZOU Qiang. Optimization of bypass pair overload protection in hybrid cascade UHVDC transmission system. Electrical Engineering, 2022, 23(1): 84-88.