柔性直流配網(wǎng)極間故障控制保護(hù)策略與主設(shè)備參數(shù)配合研究

秦紅霞，孫 剛，時伯年，邢曉剛，趙宇明

柔性直流配網(wǎng)極間故障控制保護(hù)策略與主設(shè)備參數(shù)配合研究

秦紅霞1，孫 剛1，時伯年1，邢曉剛1，趙宇明2

(1.北京四方繼保自動化股份有限公司，北京 100085；2.深圳供電局電力技術(shù)研究中心，廣東 深圳 518048)

直流配電網(wǎng)在改善供電可靠性和電能質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)分布式電源無擾并網(wǎng)以及城市直流負(fù)荷接入等方面，相比交流配網(wǎng)有較大優(yōu)勢。然而直流線路具有故障電流上升速度快、峰值大的特點(diǎn)，極易損壞換流器件及設(shè)備絕緣，因此，對直流線路的故障處理提出了較高的要求?；贛MC的柔性直流配電網(wǎng)可以通過接地方式的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)直流線路單極故障穿越，而危害更大的極間短路故障尚無很好的處理方法。以背靠背典型兩端直流配電網(wǎng)為例，分析了直流線路極間短路故障時的暫態(tài)特性及其對交流系統(tǒng)、換流器及直流側(cè)的影響。分析了極間故障時的控制保護(hù)策略及其與主要設(shè)備參數(shù)的配合關(guān)系。在電磁暫態(tài)仿真軟件PSCAD/EMTDC下進(jìn)行了直流線路極間短路故障的仿真研究，驗(yàn)證了該控制保護(hù)配置與主設(shè)備參數(shù)配合策略的正確性。

柔性直流配電網(wǎng)；保護(hù)配置；直流線路；極間故障

0 引言

柔性直流配電系統(tǒng)是基于電壓源型換流(Voltage Sourced Converters，VSC)技術(shù)，采用IGBT等具有可關(guān)斷電流能力的晶閘管構(gòu)成的換流器，通過脈沖調(diào)制技術(shù)實(shí)現(xiàn)無源整流逆變，以直流電流向負(fù)荷送電的配電系統(tǒng)。與交流配電網(wǎng)相比，直流配電網(wǎng)能夠減少分布式能源及直流負(fù)荷接入電網(wǎng)所需的換流環(huán)節(jié)，提高功率轉(zhuǎn)換效率和電能質(zhì)量，降低線路成本、配電損耗、電磁輻射，具有利于分布式電源、直流負(fù)荷接入以及較強(qiáng)的規(guī)劃拓展等優(yōu)勢[1-3]。

模塊化多電平換流器(Modular Multi-level Converter, MMC)相對于傳統(tǒng)兩電平或三電平VSC，具有易于擴(kuò)展、諧波畸變小、開關(guān)損耗低、沒有換相失敗、有功無功功率可獨(dú)立靈活控制等優(yōu)點(diǎn)[4-5]，成為柔性直流配電網(wǎng)的優(yōu)選拓?fù)渲弧?/p>

柔性直流配電網(wǎng)的直流線路的故障處理是實(shí)現(xiàn)直流配網(wǎng)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，其中主要技術(shù)難點(diǎn)是直流故障電流發(fā)展迅速、故障電流開斷困難，目前國內(nèi)外的學(xué)者對直流線路的故障處理進(jìn)行了深入的研究探索。

從原理上分析處理直流線路故障的方法有以下幾種[6]：1) 利用交流側(cè)開關(guān)設(shè)備斷開直流系統(tǒng)與交流電網(wǎng)的聯(lián)系，但該方法響應(yīng)速度較慢、重啟動配合動作時序復(fù)雜、系統(tǒng)恢復(fù)時間較長；2) 利用換流器自身控制實(shí)現(xiàn)直流側(cè)故障的自清除，如文獻(xiàn)[7-10]提供的改進(jìn)型換流器拓?fù)?，但需要增加開關(guān)器件等硬件投入；3) 利用直流側(cè)設(shè)備限值、開斷故障電流，如文獻(xiàn)[11]提出的電阻型超導(dǎo)限流器，文獻(xiàn)[12]提出的混合式直流斷路器器等，但直流斷路器及限流器對技術(shù)要求較高，且價(jià)格昂貴。

但隨著電力電子器件的快速發(fā)展，陸續(xù)出現(xiàn)了中低壓的直流斷路器試驗(yàn)樣機(jī)以及工程應(yīng)用，混合式直流斷路器有可能成為直流配電網(wǎng)直流故障處理的主流方式。因此，本文以混合式直流斷路器為直流故障處理的主設(shè)備，分析基于MMC的雙端柔性直流配電網(wǎng)的極間故障特性。

1 雙端柔性直流配電網(wǎng)典型拓?fù)?/h2>

±10 kV典型雙端柔性直流配電網(wǎng)采用如圖1所示的“手拉手”式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包括兩層直流配電母線，高壓側(cè)電壓等級±10 kV，低壓側(cè)電壓等級±400 V；系統(tǒng)兩端采用 MMC(Modular Multi-level Converter, MMC)換流器；交流負(fù)載、交流微網(wǎng)等設(shè)備通過VSC1、VSC2兩電平換流器與直流配電網(wǎng)相聯(lián)；直流微網(wǎng)及直流負(fù)荷通過直流變壓器DCSST1、DCSST2與直流配網(wǎng)相聯(lián)。交直流微網(wǎng)主要是由光伏、風(fēng)電等分布式電源組成，經(jīng)電力電子設(shè)備轉(zhuǎn)換及相應(yīng)的控制后可實(shí)現(xiàn)新能源的無擾動并網(wǎng)。

圖1 典型柔性直流配電網(wǎng)主接線圖Fig. 1 Main wiring topology structure of typical VSC-DC distribution network

其中換流變壓器采用Y/△聯(lián)接方式、變比110 kV/ 10 kV；閥側(cè)采用中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地方式，既可箝位直流電壓、保持直流正負(fù)極電壓對稱，又能限制單極短路故障下的過電流水平，保證設(shè)備和人身安全[13]。直流線路L1~L5的采用直流電纜的輸電形式以減少直流線路發(fā)生故障的概率，且每條直流線路的兩端均配置有直流斷路器。

根據(jù)設(shè)備所處的不同區(qū)域，柔性直流配電網(wǎng)的典型故障可分成三類：交流側(cè)故障、換流器故障以及直流線路故障，如圖2所示。各故障類型的保護(hù)動作策略介紹如下。

圖2 柔性直流配電網(wǎng)典型故障位置Fig. 2 Fault position of MMC based flexible DC distribution network

1) 交流側(cè) F1故障時，換流變壓器過電流保護(hù)動作跳開交流斷路器ACB1，閉鎖MMC1。

2) 換流器內(nèi)部F2故障時，相應(yīng)保護(hù)(橋臂過流、橋臂電抗器差動保護(hù)等)動作并跳開交直流斷路器ACB1、DCB1、DCB2以隔離故障，閉鎖MMC1。

3) 直流線路F3單極故障時，基于MMC的柔直配電網(wǎng)通過換流變壓器閥側(cè)高電阻接地的方式，限制故障電流大小以實(shí)現(xiàn)故障穿越，即允許帶故障運(yùn)行一段時間[13]。

4) 直流線路 F4極間故障時，直流線路上的保護(hù)(低電壓過電流、線路過流保護(hù)等)動作跳開直流斷路器DCB1、DCB2以隔離直流線路故障，并閉鎖MMC1；一般要求交流斷路器ACB1不動作，即交流系統(tǒng)處于熱備用狀態(tài)以節(jié)省直流系統(tǒng)的再恢復(fù)時間。

2 直流線路極間故障時MMC暫態(tài)特性分析

2.1 MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

本文中MMC采用目前被接受、被研究最多的半橋子模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(HBSM) ，如圖3所示。這種結(jié)構(gòu)所用器件最少、損耗最小，雖然它不具備清除直流側(cè)故障電流的能力，但所配備的直流斷路器可完全開斷直流側(cè)故障。

其中，交流系統(tǒng)用等值電源SU、等值電感sL表示；換流變壓器用等值電感TL表示；換流器由 3 個相單元組成，每相上、下橋臂由偶數(shù)個子模塊(sub-module，SM)串聯(lián)組成。 SM 由上部絕緣柵雙極晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT) T1、上部二極管 D1、下部 IGBT T2、下部二極管D2 及子模塊電容器組成，上下橋臂中共有2n個子模塊，任一時刻每相中有n個模塊導(dǎo)通，電容值用C0表示，橋臂電抗器電感值用 L0表示。

圖3 半橋型換流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖Fig. 3 Topology of HBSM-MMC

2.2 MMC直流線路極間故障機(jī)理

直流線路正負(fù)極間故障是柔直配電網(wǎng)非常嚴(yán)重的故障，其故障特征與接地方式無關(guān)。故障發(fā)生時，交流側(cè)和直流側(cè)將同時向故障點(diǎn)饋入故障電流。考慮到實(shí)際系統(tǒng)中如此大的故障電流會燒毀 IGBT，因此實(shí)際工程中 IGBT 具有可靠的自保護(hù)功能，使其在直流故障發(fā)生后能夠立即關(guān)斷。然而，由于半橋拓?fù)渥幽K中續(xù)流二極管的存在，即使IGBT關(guān)斷交流系統(tǒng)仍會提供短路電流。這不僅危及換流設(shè)備本身，也使得直流側(cè)的故障未能得到完全的隔離，影響電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行。

以交流AB相為例說明直流線路極間短路故障的暫態(tài)特性。可將該暫態(tài)過程分為換流器閉鎖前階段和閉鎖后階段。閉鎖前故障電流主要由子模塊電容放電電流和交流系統(tǒng)饋入電流組成。閉鎖后故障電流主要是流經(jīng)續(xù)流二極管D2的交流系統(tǒng)饋入電流。短路電流的故障通路如圖4所示，藍(lán)色通路表示電容放電通路，紅色部分是交流系統(tǒng)的饋入電流。

圖4 直流極間故障時故障電流通路Fig. 4 Fault current path when pole-to-pole fault

子模塊電容的快速放電回路中2個橋臂電抗器串聯(lián)，用02L表示；n個電容并聯(lián)，用02 /2C 表示。通常回路中的等效電阻遠(yuǎn)小于，因此該放電過程實(shí)際上是一個二階欠阻尼振蕩過程，放電電流的計(jì)算公式為

式中：t為放電電流衰減時間常數(shù)；w為振蕩放電角頻率；0I為回路中的放電瞬間電流值。

由上式可見，電容放電電流存在一個最大值，與子模塊電容0C、橋臂電抗器0L及故障時刻的回路電流0I有直接關(guān)系；通過增大0L可減小放電電流的幅值，延后放電電流最大值的到達(dá)時間。

換流器閉鎖后，子模塊電容不存在放電通路，僅由橋臂電抗通過續(xù)流二極管D2饋入交流電網(wǎng)的故障電流。但只要交流斷路器ACB1不跳開，交流電網(wǎng)的饋入電流就會一直存在，此時的故障特征相當(dāng)于交流系統(tǒng)的三相短路。

式中：R是交流系統(tǒng)等效電阻；L是交流系統(tǒng)等效電抗、換流變壓器等效電抗與橋臂電抗的和；是交流系統(tǒng)的相角；是故障時刻的交流系統(tǒng)相角。從上式可以看出，通過增大系統(tǒng)阻抗、換流變壓器的等效阻抗或橋臂電抗器電感值均可以限制短路電流的幅值。

綜上所述，直流線路極間故障電流在閉鎖前上升速率快、幅值大，閉鎖后仍有相當(dāng)于三相短路的故障電流存在，若不及時隔離故障，整個直流系統(tǒng)都會受到嚴(yán)重危害。

3 直流線路極間故障控制保護(hù)策略研究

3.1 主設(shè)備參數(shù)選取原則

柔性直流配電網(wǎng)主設(shè)備包括換流變壓器、橋臂電抗器、IGBT模塊、子模塊電容器、續(xù)流二極管以及直流斷路器等。本文從直流線路極間短路的角度分析主設(shè)備參數(shù)的選取原則。

直流線路發(fā)生極間短路故障時，開關(guān)器件必須能夠承受可能出現(xiàn)的過電流。當(dāng)極間短路發(fā)生在換流器直流出口處時，故障電流幅值最大，由式(1)、式(2)可知，橋臂故障電流的峰值可表示為

由式(3)可知，橋臂電流峰值主要由子模塊數(shù)目n、子模塊電容0C、橋臂電抗器0L以及交流系統(tǒng)等效阻抗所決定。其中IGBT模塊數(shù)目以及子模塊電容器的參數(shù)與工程的輸送容量、直流電壓等系統(tǒng)參數(shù)以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)息息相關(guān)。因此在實(shí)際工程應(yīng)用中，系統(tǒng)參數(shù)一旦確定，子模塊數(shù)n、子模塊電容0C的參數(shù)也基本確定。

理論上IGBT的最大允許通過電流應(yīng)該大于peaki才能保證其在極間短路時不被損壞。但這種方法價(jià)格昂貴，工程中通?？刹捎霉收虾箝]鎖換流器和增大橋臂電抗器感值的方法限制故障電流大小。

假設(shè)換流器從故障時刻到閉鎖的延時為 tD，該時間段內(nèi)故障電流升高的最大值為maxI ，則 IGBT的允許電流必須大于此值。閉鎖后到直流斷路器隔離故障前，續(xù)流二極管D2可承受電流必須大于交流系統(tǒng)饋入的最大電流，即式(3)加號右側(cè)數(shù)值所示。

由式(1)可知，增大橋臂電抗器感值即可限制故障電流幅值又能限制故障電流上升率 k。在極間短路瞬間，假設(shè)上下橋臂電流相同且子模塊電容電壓未突變且忽略放電回路的固有電阻，則由基爾霍夫電壓定律有

直流斷路器參數(shù)主要應(yīng)關(guān)注最大故障開斷電流以及故障開斷時間。開斷短路電流的能力上限由選取的電力電子開關(guān)器件決定，一般與器件類型、短路電流通流時間和串并聯(lián)個數(shù)相關(guān)；故障開斷時間主要受能量緩沖吸收支路的響應(yīng)時間決定，中壓混合式直流斷路器約在5 ms上下[14]。

綜上所述，直流線路極間故障隔離需要考慮MMC子模塊參數(shù)、橋臂電抗器感值、直流斷路器性能以及經(jīng)濟(jì)性等綜合指標(biāo)。

3.2 控制保護(hù)策略及主設(shè)備配合關(guān)系

為保護(hù)直流設(shè)備安全及柔性直流配電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，檢測到直流線路極間故障后應(yīng)盡快隔離故障。限制和隔離故障的方法有換流閥閉鎖、斷開直流斷路器或斷開交流斷路器。但為縮短柔性直流配電網(wǎng)的故障停電時間，需要考慮直流線路故障后快速恢復(fù)供電的可能性。因此在該故障類型下不允許交流系統(tǒng)側(cè)斷路器動作，即要求交流系統(tǒng)在直流線路故障后保持在熱備用狀態(tài)。以下將詳細(xì)分析交直流斷路器和換流閥閉鎖的配合問題，并且假設(shè)系統(tǒng)所選取的混合式直流斷路器的最大開斷能力和開斷時間已經(jīng)選定。

發(fā)生直流線路故障后，要求交流側(cè)斷路器在直流斷路器跳開前可靠不動作。由式(2)可知，流過換流變壓器的故障電流大小受系統(tǒng)等效電阻、電抗及其自身電抗值的限制。對于特定的交流電網(wǎng)而言，可通過增大換流變壓器阻抗限制其短路電流幅值或按躲過直流斷路器動作時限的保護(hù)整定方法，保證故障期間交流斷路器不動作。

直流斷路器與換流閥閉鎖在時序上的配合問題，需綜合考慮短路電流上升率、直流斷路器最大開斷電流和換流閥閉鎖時間等方面。倘若選取直流斷路器先開斷的控制保護(hù)策略，即：極間故障期間換流閥不閉鎖，由直流線路保護(hù)判定故障位置、直流斷路器隔離故障，而后根據(jù)當(dāng)前的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)切換運(yùn)行方式最終重新恢復(fù)穩(wěn)定。在直流斷路器參數(shù)性能確定的情況下，主要通過兩種方法實(shí)現(xiàn)閥不閉鎖。

1) 在換流閥允許的電流范圍內(nèi)，增大換流閥自身的保護(hù)動作閾值或延長保護(hù)動作時限。

2) 增加直流線路限流電抗器電感值限制短路電流的上升率，將換流閥的閉鎖時間推遲到直流斷路器動作之后。

受開關(guān)器件型號、經(jīng)濟(jì)性及工程實(shí)用等方面的限制，方法 1可調(diào)節(jié)的范圍不大。本文主要考慮通過方法2限制故障電流的幅值和上升速率[14]，以達(dá)到延遲閉鎖時間的目的。橋臂電抗值選取的上限受換流器的額定容量及運(yùn)行范圍限制，若該值取的過大也會造成直流系統(tǒng)的不穩(wěn)定[1]，可參照式(5)確定橋臂電抗器最大值。

該控制保護(hù)策略的優(yōu)勢是換流閥不閉鎖能夠?qū)崿F(xiàn)柔性直流配電網(wǎng)的不間斷運(yùn)行，提高供電效率。但該策略要求選取合適的橋臂電抗值，否則會引起直流系統(tǒng)的振蕩；同時，該策略依賴于直流線路保護(hù)的可靠動作和直流斷路器的準(zhǔn)確斷開?？紤]到直流配電系統(tǒng)的阻尼小、故障發(fā)展迅速，快速準(zhǔn)確的直流線路保護(hù)方案尚不成熟并且大容量換流閥成本較高，可見該策略應(yīng)用的難度較大。

倘若極間故障后選取換流閥先閉鎖直流斷路器后開斷的控制保護(hù)策略，即：閥體保護(hù)檢測到故障后迅速閉鎖換流閥以限制故障電流的繼續(xù)升高，隨后由直流線路保護(hù)跳開直流斷路器隔離故障。由于柔直配網(wǎng)的短路電流傳播速度快且可能蔓延至未發(fā)生故障的直流線路，這里采用前加速的直流線路故障隔離方法，即直流線路快速保護(hù)檢測到極間故障后立即無選擇性的跳開保護(hù)區(qū)域內(nèi)的直流斷路器，之后控制系統(tǒng)再根據(jù)傳來的直流線路的故障定位信號重合誤動作的直流斷路器，恢復(fù)柔直配電系統(tǒng)的供電。

該控制保護(hù)策略的優(yōu)點(diǎn)在于：允許非故障線路的直流斷路器跳開，對保護(hù)的動作準(zhǔn)確性要求不高；換流閥閉鎖迅速，降低了換流閥損壞的風(fēng)險(xiǎn)。但該策略由于擴(kuò)大了故障影響范圍，需要再由控制保護(hù)系統(tǒng)重合非故障線路的直流斷路器，延長了柔故障后恢復(fù)時間。考慮到柔性直流配電網(wǎng)多采用直流電纜傳輸電能，發(fā)生極間故障的可能性較小且一旦發(fā)生后多為永久性故障，可見上述控制保護(hù)策略在目前的技術(shù)范圍內(nèi)有較大優(yōu)勢。

4 仿真驗(yàn)證

按圖1所示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在PSCAD/EMTDC仿真平臺上搭建典型兩端柔性直流配電網(wǎng)仿真模型，并對直流線路的極間故障的控制保護(hù)策略及主設(shè)備的配合關(guān)系進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。

仿真模型中直流線路采用直流電纜的形式，L1~L5的長度及電阻參數(shù)見表1所示。各接口換流器的電壓和容量參數(shù)如表2所示。

表1 直流配電系統(tǒng)線路長度及電阻Table 1 DC cable line parameters

表2 各換流器的電壓和容量Table 2 Voltage and capacity of VSCs

由上述參數(shù)計(jì)算有，MMC子模塊中上下橋臂的額定電流

假設(shè)MMC1換流器出口處發(fā)生極間短路故障，通過選取不同的橋臂電抗值進(jìn)行仿真參數(shù)，設(shè)置換流閥閉鎖保護(hù)的電流整定值為，仿真得到短路電流上升速率及換流閥閉鎖時間數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 不同橋臂電抗值L0下仿真數(shù)據(jù)Table 3 Simulation results in different parameters of L0

可見隨著橋臂電抗值的增加，換流閥閉鎖的時刻逐漸推延。同時需要指出的是，當(dāng)直流電抗器阻值增大到100 mH以上時，直流電流波形會出現(xiàn)一定程度的振蕩，即直流電抗器阻值過大將會導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，因此需要結(jié)合系統(tǒng)參數(shù)來控制直流電抗器的上限值，保證系統(tǒng)穩(wěn)定。綜合考慮直流斷路器與換流閥的閉鎖配合關(guān)系，橋臂電抗器電感值可選在8 mH左右。

若故障后換流閥不閉鎖、直流斷路器不動作，則直流線路故障電流如圖5所示。從圖中可見，故障電流迅速上升至7.5 kA后穩(wěn)定在3.8 kA左右。故障電流最大值約為額定電流的6倍，對直流設(shè)備的危害極大。

若故障后換流閥閉鎖、直流斷路器不動作，則直流線路的故障電流如圖6所示。由圖可見，故障發(fā)生后約3 ms內(nèi)換流閥閉鎖，故障電流最大幅值被抑制在4 kA左右，但閉鎖后故障電流仍存在并維持在3.8 kA左右。

若故障后換流閥不閉鎖而由直流斷路器跳閘隔離故障，則直流線路的故障電流如圖7所示。由圖可見，故障后5.8 ms直流斷路器跳開隔離故障，但此時故障電流已持續(xù)上升至5.5 kA，幅值較大。

若故障后換流閥閉鎖且直流斷路器跳閘，則直流線路的故障電流如圖8所示。由圖可見換流閥閉鎖后5 ms內(nèi)直流斷路器可完全開斷故障電流；這種情況下故障電流幅值最小且持續(xù)時間最短，有利于保護(hù)直流設(shè)備及故障后系統(tǒng)再恢復(fù)。

圖5 無保護(hù)時直流線路極間故障電流圖Fig. 5 Fault current at DC line pole to pole fault without protection

圖6 換流閥閉鎖后直流線路極間故障電流圖Fig. 6 Fault current at DC line pole to pole fault when IGBT blocked

圖7 閥閉鎖、直流斷路器跳開極間故障時橋臂電流圖Fig. 7 Fault current at DC line pole to pole fault when IGBT blocked and DC breaker tripped

圖8 直流斷路器跳開后極間故障時橋臂電流圖Fig. 8 Fault current at DC line pole to pole fault when DC breaker tripped

5 結(jié)論

本文針對雙端典型柔性直流配電網(wǎng)，介紹直流線路發(fā)生極間故障的控制保護(hù)策略及其與主設(shè)備的配合關(guān)系。并通過PSCAD/EMTDC平臺搭建了模型并進(jìn)行了極間故障的仿真驗(yàn)證，結(jié)論如下：

1) 通過綜合考慮短路電流上升率、直流斷路器最大開斷能力和換流閥閉鎖動作時間等因素，提出了兩種直流線路極間故障時柔性直流配電網(wǎng)的控制保護(hù)故障處理策略，并分析了其優(yōu)缺點(diǎn)。

2) 直流線路極間故障后，換流閥先閉鎖直流斷路器后動作的控制保護(hù)策略對換流閥參數(shù)和保護(hù)方案的選擇要求相對較低，且采用前加速的直流線路極間故障隔離方法比較適用于現(xiàn)階段的技術(shù)水平；可為以后實(shí)際工程的直流極間故障穿越研究提供一定參考。

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(編輯 張愛琴)

Research on control and protection strategy of MMC based DC distribution grid with interpoles fault

QIN Hongxia1, SUN Gang1, SHI Bonian1, XING Xiaogang1, ZHAO Yuming2
(1. Beijing Sifang Automation Co., Ltd., Beijing 100085, China; 2. Shenzhen Power Supply LLC, Shenzhen 518048, China)

The DC distribution network has great advantages on improving the reliability, power quality, and accessing the distributed power and DC load. However, when a fault occurs, the DC current will rise fast and have great peak value, and it may damage the converter and insulation equipment. So, the DC line fault handing strategy is strictly required. MMC based DC distribution network can achieve line-ground fault crossing via designing a proper grounding method, but there is still no method to handle the line-line fault. In this paper, the transient characteristics of line-line fault and its impact on AC and DC system is studied in a back to back DC distribution network. A line-line fault control and protection strategy is proposed and its cooperation with main equipment parameters is researched. Simulation is conducted on PSCAD/EMTDC, and the results verify the correctness of control, protection and cooperation method. This work is supported by National High-tech R & D Program of China (No. 2015AA050103).

VSC based distribution grid; protection configuration strategy; DC line; pole to pole fault

2016-03-31；

2016-07-26

秦紅霞(1971-)，女，高級工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)自動化、電力系統(tǒng)保護(hù)與控制；E-mail: qinhx@sf-auto.com

孫 剛(1986-)，男，碩士，研究方向?yàn)槿嵝灾绷鬏旊娍刂票Ｗo(hù)技術(shù)；E-mail: sungang@sf-auto.com

時伯年(1976-)，男，博士，研究方向?yàn)橹悄芪㈦娋W(wǎng)控制技術(shù)及電力系統(tǒng)廣域保護(hù)。E-mail: shibonian@sf-auto.com

10.7667/PSPC201642

國家863課題“緊湊化多端柔性直流配電網(wǎng)控制保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)”(2015AA050103)