论文题目：风场接入下交直流混联系统交流线路纵联保护适用性分析

课题所属性质：□基础研究 □应用基础研究 ☑应用研究 □开发研究

一、开题报告摘要（不少于500字）

基于模块化多电平换流器的高压直流输电(Modular Multilevel Converter based High Voltage Direct Current,MMC-HVDC)相对于基于电网换相换流器的高压直流输电(Line Commutated Converter based High Voltage Direct Current,LCC-HVDC)具有明显的优势而得到快速的发展。

当MMC与有源交流系统互联时，送端MMC采用定交流侧有功功率控制和定交流侧无功功率控制，受端采用定直流电压控制与定交流侧无功功率控制。风电场通过MMC-HVDC并网后，直流系统各个换流站之间需要协调控制，与风场连接的换流站采用定交流电压幅值控制、定交流电压频率控制。当与MMC互联的交流线路发生不对称故障时，受MMC控制策略的影响，由换流器发出的负序电流将会被抑制到接近于零，正序电流幅值大小约为1.05-1.15倍的额定电流，且正序电流的相位会在0°-360°间变化。受变压器接线的影响，零序电流不受MMC控制策略影响。这些特征可能会导致交流线路传统的纵联保护出现不适用的问题。当区内故障时，被保护线路两侧电流向量差可能会比两侧电流向量和小很多。这时，纵联电流差动保护将会出现在区内故障时拒动的情况。负序方向元件是构成纵联负序方向保护的主要元件，在交流线路不对称故障情况下，理论上，从MMC向交流线路发出负序电流被抑制0， 但实际上负序电流不会被完全抑制为零，这就导致了换流站侧的负序功率在故障后的方向会发生多次变化，导致保护不正常工作。由于从MMC发出正序电流的相位会发生变化，这会使得与MMC互联的交流线路两侧的故障相的电流相位差可能落入保护的非动作区，导致电流相位差动保护在发生区内故障时会出现拒动的情况。

本课题基于实时数字仿真平台(Real Time Digital Simulator,RTDS)搭建风场经三端MMC并网模型。通过仿真模型研究与MMC互联的交流线路在故障时的故障特征，并且借助RTDS平台对与MMC互联的交流线路的纵联保护进行测试，应用继电保护的可靠性、选择性、速动性、灵敏性对交流线路的纵联保护进行适用性评估，并针对纵联保护的不适用性给出合理建议。

关键词：模块化多电平换流器，实时数字仿真平台，纵联保护，继电保护适用性

二、研究目的、意义和国内外研究现状及发展趋势

1、简述拟选课题的研究目的、意义

我国当前面临的主要问题是能源资源分布位置相对集中，一次能源与负荷呈逆向分布。为实现跨区能源合理利用，快速有效地输送电力能源。我国大力发展了高压直流输电系统，着力发展支持远距离、大容量的输电技术。高压直流输电系统一般按照换流阀的类型划分，可分为两类。一类换流阀是以晶闸管为主，即传统直流输电系统。另一类换流阀是以可关断型开关器件为主，即柔性直流输电系统^[1]。和传统直流输电系统相比，柔性直流输电系统更适合应用于可再生能源并网、孤岛供电、城市电网供电、异步交流电网互联等领域^[1-5]。在两端基础上发展而来的多端柔性直流输电系统，换流站交流侧发生故障后，通过其他端转带故障端的功率，平衡柔性直流输电系统输入和输出功率，保证换流站不闭锁停运，因而具有更高的操作灵活性和系统可靠性。

但在柔性直流输电系统的运行过程中，与其互联的交流输电线路故障将不可避免。一方面，受电力电子过流能力限制的影响，交流线路发生短路故障时，换流器通过内环电流控制将抑制负序电流输出。正序电流的幅值受限幅器影响，其幅值大小约为额定值的1.05-1.15倍。另一方面，VSC可以独立控制有功功率和无功功率，具有四象限的运行能力^[6]，所以与送端MMC互联的是交流系统时，换流器发出的故障电流的相角受MMC参考功率值等因素影响而变化。风场经MMC并网后与风场互联的MMC的控制策略将会变为定交流电压幅值控制和定交流电压相位控制。MMC无法直接控制功率的大小。此时，与受端MMC互联的交流线路的故障电流的相位角受风电场的功率、母线电压下降有关。考虑送端电源为电网和风机同时存在的情况下，故障特征就会即受风场影响，又受MMC控制策略影响。与MMC互联的交流线路继电保护的适用性需要进一步分析验证。

随着柔性直流输电工程的广泛推广，电力电子装备的结构特征与控制方法迥异于传统同步机组,其大规模接入电力系统给电网的安全稳定运行带来巨大挑战。继电保护是保障电网安全稳定运行的第一道防线,故障特征分析又是继电保护研究的基础,研究含大规模电力电子装备的电力系统的故障分析和继电保护适用性问题至关重要。为了保障风机经交直流混联系统并网的稳定的运行，有必要研究在交流输电线路发生故障的情况下传统纵联保护的适用性并给出合理的建议。