多端柔性直流输电工程电路故障分析

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多端柔性直流输电技术在控制和功率翻转整理方面的优势非常高，也是促进直流电网发展的关键和基础技术。到目前为止，不仅中国，世界上还有许多多多端柔性直流输电项目进入了运行阶段。通过大量的成功经验和案例分析，我们可以发现，多个柔性直流输电已经发展到直流电网，中间需要通过和解决直流故障分析。中国在这方面基本实现了工程发展。

1.故障处理逻辑。

(1)单极接地故障判断逻辑。

正常情况下，直流电网对直流故障的处理需要多个步骤，基本顺序如图1所示。

以多端柔性直流输电工程为例，该工程中使用的拓扑结构为伪双极拓扑，通常比较复杂，由单极接地和双极短路组成[1]。单极接地故障判断和保护逻辑细节如表1所示。

（2）故障隔离逻辑。

以多端柔性直流输电工程为例，故障隔离逻辑仍然是[2]。

首先，工程技术人员关闭了所有运行状态的换流站，并在工程中投入了阻尼模块，以加速故障电流的衰减速度，最终成功触发进线断路器[3]。其次，在工程交流断路器分析过程中，工程技术人员通过空间通信进行线差分析，最终实施直流故障线的定位。最后，如果初步维护能判断故障线本身是定代线，工作人员可以直接跳到直流断路器，另一侧的故障电流降低到500A，打开谐振断路器和交流断路器。

此外，技术人员还制定了无法判断故障线是否为岱线的计划，即当故障电流降低到500A时，跳过本侧谐振断路器和交流断路器。

(3)快速启动逻辑。

当多端柔性直流输电工程的故障隔离工作结束时，技术人员需要尽快实施安全系统的供电工作，工作步骤和细节可以以某个项目为例。工程技术人员的工作实施步骤是完善多端柔性直流输电工程系统中容量大的复合交流断路器。最后，技术人员还全面解锁了其他换流站，直到系统故障恢复前的输送功率。在系统重启之前，整个过程的实施平均只需要500ms左右。

二、短路故障。

多端柔性直流输电工程多端柔性直流输电工程的电路故障。该项目共有5个换流站，其交流侧分别连接到220kv和110kv。直流侧的接线方式为树形。运行时，以工程中的2号换流站为中心枢纽站。为了保证每个换流站的故障能够得到更有效的隔离，技术人员还在每个换流站和换流阀的桥臂上安装了阻尼模块。

(1)故障前运行状态。

在上述项目出现短路故障之前，整个项目的运行状态相对正常，其中1-3号换流站采用三端联网实施。需要注意的是，1号换流站采用恒定直流电压控制，2号和3号采用固定功率控制。

(2)故障过程。

在短路故障的整个过程中，1号和2号换流站的故障最为明显，主要是电流值差异明显，导致直流电力失衡。同时，技术人员启动了直流电压不平衡保护手段，并向换流器发出锁定指令。换流器闭锁触发1ms后，还触发了整个工程换流站的连续跳跃指令和跳阀侧断路器。3号换流站的故障性能与1号和2号非常相似。从时间的角度来看，3号的故障性能较晚，约为1ms。

3.故障分析与恢复。

(1)波形分析。

以上述项目为例，整个短路故障对1-3换流站有明显影响，调查发现三个换流站的波形相似，以上述项目1换流站为例。

故障发生时，1号换流站的正极电压在2ms内降至0kv左右，负极电压降至-380kv。与此同时，相应的正负电流预计接地极电流也将迅速增加。因此，技术人员判断故障类型是项目的正极线产生单极接地故障，但具体故障线无法准确判断。

(2)特征分析和识别判据。

工程技术人员利用故障后T0-tn之间的电抗器电压积分构建了单极接地故障识别公式，具体内容如下:

最后，工程技术人员判断故障时间为1.0ms。

（3）故障隔离逻辑和快速重启逻辑。

本项目多端柔性直流输电系统仅配备一端直流断路器，未安装相应的故障定位设备。因此，在短路故障发生的第一时间，技术人员无法直接实施隔离工作。然而，技术人员仍然有很多实际情况，将运行状态下的换流站切换到封闭状态，并添加阻尼模块，将故障电流降至最低，然后触发断路器。同时，在交流进线断路器的工作过程中，他还利用换流站之间的通信功能分析了线路差的实际情况，并初步定位了故障线的位置。但判断结果表明，在1.2号换流站之间，工作人员选择直接跳开直流断路器。当故障电流降低到临界值以下时，跳开谐振断路器进行交流断路器。经过分析和维护记录，发现整个故障判断直到系统重新启动，时间为0.6s。

（4）故障控制模式。

本项目多端柔性直流输电系统采用一般全桥模块，系统本身具有较强的短路故障穿越能力。在运行过程中，转换器可以在检测到短路故障的第一时间切换到故障穿越模式，并将每个桥臂的等效电压输出电压中的直流分量调整到0，在短时间内控制故障电流。

结束语：

综上所述，从目前相关工作的经验分析结果来看，多端柔性直流输电系统的发展空间仍然很大，但常见的短路故障仍然是影响其发展和应用的关键。为了降低短路故障的实际发生概率，工作人员可以进一步研究和改进当前使用过程中的电路，以确保故障的有效隔离。需要注意的是，在未来直流电网的生产和投入使用过程中，工作人员需要研究直流侧电压的稳定性和功率的最大方向，为系统的后续优化定的基础。