MMC-HVDC直流极保护对启动过程故障的适应性研究
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第 ３９ 卷 第 ７ 期
２０１９ 年 ７ 月
电 力 自 动 化 设 备
Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
Ｖｏｌ．３９ Ｎｏ．７
Ｊｕｌ． ２０１９
ＭＭＣ⁃ＨＶＤＣ 直流极保护对启动过程故障的适应性研究
刘若平
１，２
，李银红
１，２
，肖 浩
１，２
，陈朝晖
３
，罗 强
１，２
（１． 华中科技大学 电气与电子工程学院 强电磁工程与新技术国家重点实验室，湖北 武汉 ４３００７４；
２． 华中科技大学 电气与电子工程学院 电力安全与高效湖北省重点实验室，湖北 武汉 ４３００７４；
３． 中国南方电网电力调度控制中心，广东 广州 ５１０６６３）
摘要：目前国内外对基于模块化多电平换流器的高压直流输电（ ＭＭＣ⁃ＨＶＤＣ） 直流极保护原理与保护定值的
研究均针对系统正常运行方式，鲜有针对启动过程的适应性分析。 对 ＭＭＣ⁃ＨＶＤＣ 系统启动动态过程进行了
理论描述，详细分析了启动过程发生直流双极短路与单极接地故障时的故障特性。 针对 ＭＭＣ⁃ＨＶＤＣ 系统典
型直流极保护，研究了启动过程故障与正常运行阶段故障时保护特征量的差异以及典型保护对启动过程故
障的适应性。 基于 ＭＭＣ⁃ＨＶＤＣ 的详细电磁暂态模型，仿真启动过程和正常运行阶段发生双极短路与单极接
地故障，验证了启动过程故障特性分析及典型保护对启动过程适应性分析的正确性，并对保护整定计算提出
了新的建议。
关键词：ＭＭＣ⁃ＨＶＤＣ；启动过程；直流侧故障；故障特性；直流极保护
中图分类号：ＴＭ ４６；ＴＭ ７２１．１ 文献标志码：Ａ ＤＯＩ：１０．１６０８１ ／ ｊ．ｉｓｓｎ．１００６
－
６０４７．２０１９．０７．０１３
收稿日期：２０１８
－
０６
－
２５；修回日期：２０１９
－
０４
－
２２
０ 引言
基于 模 块 化 多 电 平 换 流 器 的 高 压 直 流 输 电
（ＭＭＣ⁃ＨＶＤＣ）系统的启动是其正常运行的前提和
基础
［１⁃３］
，是系统运行过程中的重要环节。 为了延长
ＭＭＣ⁃ＨＶＤＣ 的运行寿 命，必 须定期 地对其 进行 检
修
［４］
，因此 ＭＭＣ⁃ＨＶＤＣ 系统需要 定期停 启；ＭＭＣ⁃
ＨＶＤＣ 系统在运行过程中可能发生各类故障，严重
时会引起直流闭锁，因此系统会进行故障后再启动。
而 ＭＭＣ⁃ＨＶＤＣ 系统的启动过程时间较长，实际工程
中系统的启动需人工合闸，启动时长为分钟量级，启
动过程中发生故障的可能性不容忽视。 同时，ＭＭＣ⁃
ＨＶＤＣ 系 统 的 启 动 又 是 一 个 较 为 复 杂 的 暂 态 过
程
［５］
，启动过程的电气量特性与正常运行时有所不
同
［６⁃９］
。 因此，启动过程故障的故障特性可能与正常
运行阶段故障有所不同，启动过程不同阶段发生故
障时的故障特性也可能存在差异。
继电保护是 ＭＭＣ⁃ＨＶＤＣ 系统安全稳定运行的
重要保障，需适用于系统的多种运行方式，在各种运
行工况下发生故障均应正确动作，包括系统启动过
程。 直流极保护是 ＭＭＣ⁃ＨＶＤＣ 系统的重要保护，主
要对直流母线与直流输电线路进行保护
［１０⁃１１］
，包括
对系统危害最为严重的双极短路故障和在架空线路
输电中最 容 易发 生 的单 极 接地 故 障。 现有 ＭＭＣ⁃
ＨＶＤＣ 直流侧故障特性研究都仅针对系统在正常运
行阶段发生故障的情况
［１２⁃２０］
，针对 ＭＭＣ⁃ＨＶＤＣ 直
流极保护原理与保护定值的研究尚未涉及对启动过
程故障的适应性分析
［１１，２１］
。 ＭＭＣ⁃ＨＶＤＣ 系统在启
动过程中发生故障会对直流极保护产生哪些新的影
响，直流极保护整定计算时是否需要额外考虑启动
过程故障等问题有待进一步研究。
在此背景下，本文对 ＭＭＣ⁃ＨＶＤＣ 启动动态过程
进行了理论描述，对启动过程不控充电阶段和可控
充电阶段发生直流双极短路与单极接地故障的故障
特性进行了详细分析。 针对 ＭＭＣ⁃ＨＶＤＣ 系统典型
直流极保护，分析了启动过程故障与正常运行阶段
故障时保护特征量的差异，研究了典型保护对启动
过程故障的适应性，指出直流低电压过电流保护和
直流电压不平衡保护在启动过程故障时可能会拒
动，建议在整定时考虑启动过程发生故障的情况。
最后，基于 ＭＭＣ⁃ＨＶＤＣ 的详细电磁暂态模型，利用
ＰＳＣＡＤ ／ ＥＭＴＤＣ 软件对在启动过程和正常运行阶段
发生双极短路和单极接地故障进行仿真，验证了启
动过程故障特性分析及典型保护对启动过程适应性
分析的正确性。
图 １ ＭＭＣ⁃ＨＶＤＣ 系统启动过程
Ｆｉｇ．１ Ｓｔａｒｔ⁃ｕｐ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ＭＭＣ⁃ＨＶＤＣ ｓｙｓｔｅｍ
１ ＭＭＣ⁃ＨＶＤＣ 启动过程与继电保护
ＭＭＣ⁃ＨＶＤＣ 系统一般采用自励启动方式
［６］
，启
动过程包括充电阶段和功率提升阶段，其示意图如图
１ 所示。 额定直流电压的建立是 ＭＭＣ⁃ＨＶＤＣ 系统启
动的中心环节，其实质是电容器额定电压的建立
［６］
，
即图 １ 中的充电阶段，包括不控充电阶段和可控充电
阶段。 而功率提升阶段故障与正常运行阶段故障的
故障特性类似，因此本文主要分析充电阶段故障。
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