基于模量特性的MMC-HVDC输电线路时域阻抗导引保护

《Results in Engineering》：Time-domain Impedance Pilot Protection of MMC-HVDC Transmission Line Based on Modulus Characteristics

柔性直流输电系统面临的长时延保护问题，通过模态电压电流关联分析和时域阻抗特性提出新保护方法。基于MMC结构，等效RLC串联电路分析显示内部故障时两端呈现负阻抗，外部故障时呈现正负阻抗差异。经PSCAD/EMTDC验证，该方法3ms内完成保护动作，20dB噪声下可靠检测500Ω高阻接地故障，显著提升保护速度和抗干扰能力。

　　

岳代|洪春树|刘海明|张学飞|唐宇涛|娜安

摘要

灵活的高压直流（HVDC）传输系统为新能源电网的整合以及交流（AC）系统的异步互联提供了灵活且高效的解决方案，代表了未来电网发展的主要趋势。然而，目前用于直流线路的故障保护装置存在相对较长的时间延迟（约1.1秒），导致其响应速度较差。为了解决这一问题，本文从MMC-HVDC传输系统的换流站结构入手进行分析。首先，基于电抗器、电感器和子模块电容器的串并联特性，将换流站的直流侧等效为一个RLC串联电路。其次，通过频率响应分析发现，该等效电路在故障瞬态频率带（>1kHz）内表现出电感性特性；进一步分析表明，在内部线路故障时，两端换流站均等效为负阻抗；而在外部故障时，一端等效为负阻抗，另一端等效为正阻抗。基于此，本文提出了一种基于模态特性和时域阻抗的MMC-HVDC线路故障保护方法，该方法首次将模态电压和电流的故障分量之间的相关性分析引入到MMC-HVDC线路保护中。最后，使用PSCAD/EMTDC对所提方法的适用性进行了验证。实验结果表明，该方法在20dB的强噪声环境下仍具有出色的鲁棒性，能够可靠地检测到高达500Ω的高电阻接地故障，并且保护动作时间仅为3毫秒，展现了良好的响应速度。