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混合高壓直流輸電系統運行靈活、拓撲復雜，對線路保護提出了更高要求。華北電力大學戴志輝及其團隊利用換流器控制信號積分值差異構造故障識別判據，提出一種基于控制特征量的混合直流線路保護方法。

研究背景

混合高壓直流輸電技術能有效解決換相失敗、功率損耗嚴重等問題，逐漸成為遠距離、大容量輸電的發展趨勢。但直流輸電系統線路發生故障的概率較大且會在短時間內產生數倍于額定電流的故障電流，對故障識別與處理提出了巨大挑戰。

論文所解決的問題及意義

現有直流線路保護方法難以直接用于混合高壓直流輸電系統中，且存在依賴系統邊界、耐干擾能力不足、忽略換流器控制環節與保護之間交互影響與配合等問題。本文所提方法實現了控保協調配合，能夠靈敏可靠的識別區內外故障，保證系統安全穩定運行，可為混合直流輸電系統線路保護策略研究提供理論參考。

論文方法及創新點

1、故障區域識別

由疊加定理可知，故障電流由穩態分量和故障分量疊加而成?？蓪⒒旌先酥绷鬏旊娤到y劃分為T區、T區左側與T區右側三個區域，通過圖1所示不同區域故障時電流故障分量方向的差異識別故障發生區域。

圖1 不同區域故障下的等效電路

2、區內外故障識別原理

混合多端直流輸電系統最大的結構特點是存在母線匯流T區，任一直流線路發生故障時，此MMC換流站提供的故障電流均經平波電抗器匯入故障點，不會經過另一條直流線路，因此本文利用此換流站的控制特征量構建保護原理。

由疊加定理計算出T區換流站提供的電流故障分量與故障等效回路中的電感總值呈負相關。直流線路故障時，T區換流站控制外環輸入到內環的參考電流變化量積分值與其提供的故障電流呈正相關關系。由此可得此換流站控制信號積分值與故障回路中等效電感呈負相關。

圖2所示等效阻抗圖反映出區內外故障時等效電感的差異，因此區內外故障時T區換流站控制信號積分值也存在差異，利用此可識別區內外故障。

圖2 T區左側故障等效阻抗回路圖

3、故障選極

線路發生單極故障時，健全極控制特征量變化小于故障極；發生雙極故障時，兩極控制特征量變化程度基本相同。利用兩極的直軸參考電流變化量積分值比值可判斷出故障極。

文中所提保護方法流程如圖3所示：

圖3 保護原理流程圖

結論

論文充分考慮多端混合直流輸電系統中換流站的控制特性，在分析直流輸電線路故障時控制信號暫態特征的基礎上，提出了基于換流器直軸參考電流積分值的混合多端直流輸電線路單端保護方法。實驗結果表明，所提方法易于實現、具備一定的抗干擾能力、能根據控制參數變化自適應地調整保護定值，提高了保護的可靠性與靈敏性。

團隊介紹

華北電力大學保護與控制研究團隊，負責人戴志輝教授，長期從事電力系統保護與控制、直流輸配電技術等領域的研究工作。團隊已發表百余篇SCI/EI檢索論文，其中F5000高被引論文5篇，《電工技術學報》、《電網技術》等期刊年度優秀論文多篇。近年來，以交直流輸配電系統保護、控制與安全防御為主要研究方向，主持國家自然科學基金、河北省自然科學基金7項，參與國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金重點項目。出版學術專著1部，獲授權發明專利及軟件著作權30余項，獲得省部級科技進步獎3項。

本工作成果發表在2025年第1期《電工技術學報》，論文標題為“基于控保協同的三端混合直流輸電系統線路保護“。本課題為國家自然科學基金資助項目。

引用本文

戴志輝, 牛寶儀, 李鐵成, 奚瀟睿, 李杭澤. 基于控保協同的三端混合直流輸電系統線路保護[J]. 電工技術學報, 2025, 40(1): 108-121. Dai Zhihui, Niu Baoyi, Li Tiecheng, Xi Xiaorui, Li Hangze. Line Protection Method of Three-Terminal Hybrid DC Transmission System Based on Control and Protection Coordination. Transactions of China Electrotechnical Society, 2025, 40(1): 108-121.

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