基于电力电子变压器故障穿越策略的低压直流配电网保护

郑 涛，郭勇帆，吕文轩，朴 勇

（1.新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学）,北京市102206；2.广东电网有限责任公司番禺供电局,广东省广州市511400）

0 引言

直流配电网［1-2］可高效连接光伏、储能等分布式电源［3-4］,还具有线路损耗低、电能质量高和功率密度高等优点,在配电系统中具有广阔的应用场景。级联型电力电子变压器（power electronic transformer with cascaded H-bridge,CHB-PET）［5］也称固态变压器［6］,是直流配电网的重要组成成分,可为直流配电网提供稳定的电压支撑和功率交互。然而,直流配电网发生故障后［7］,电流上升速度快且故障电流峰值较高,但CHB-PET 和各类直流换流器由大量电力电子器件组成,耐受故障能力弱,会在故障后的极短时间内闭锁。而直流保护识别故障时间和断路器动作时间（通常为毫秒级）［8-9］远大于电力电子器件闭锁时间（通常为微秒级）［10］。保护装置在识别到故障之前,换流器已经闭锁,造成故障信息丢失,直流线路保护拒动的风险较高。

目前,国内外学者针对此问题进行了广泛的研究,主要分为电力电子变压器（power electronic transformer,PET）故障穿越策略和低压直流配电网保护两方面。合理的故障穿越策略可保证故障信息的持续与稳定,对提升直流保护性能具有重要作用。文献［11］在PET 的低压直流端口增加绝缘栅双极型晶体管（insulated gate bipolar transistor,IGBT）模块,在故障后通过闭锁IGBT 来阻断故障电流通路,彻底消除故障电流。但故障信息将随着IGBT 闭锁而丢失,给故障识别带来困难。文献［12］通过切换故障情况下PET 隔离级中双有源桥（dual active bridge,DAB）的控制策略,自适应控制DAB 的低压直流侧电流,但对控制器的要求较高,且控制策略中须闭锁DAB 中高频变压器副边H 桥,对系统的故障恢复带来影响。文献［13］分析了DAB 故障后低压直流电流直流偏置的成因,并提出了一种初步限制故障电流幅值的方案。文献［14］提出了一种适用于高电压、高功率场景的新型PET 拓扑,具备在部分DC/DC 模块故障时持续运行的能力。文献［15］通过在低压交流侧串入电阻性超导故障限流器,实现了PET 在中等和严重故障下的故障穿越,具有自适应触发、电流抑制效果好和体积小等优点,但超导限流组件带来了更高的成本。文献［16］通过在旁路开关上串联电阻以限制故障电流,但对于电压和功率等级较高的场景,配置电阻的成本较高,电阻损耗也将显著提升。

此外,由于直流配电网线路通常较短且缺乏基频,高压直流输电系统中的行波保护［17-18］和基于电气量序分量的传统交流保护［19-20］在直流配电网中很难适用。因此,有研究在故障穿越策略的基础上,将换流器本身的拓扑特点和控制特点与保护配置相结合来完成直流线路保护。文献［21-22］提出主动注入的思想进行故障识别。直流线路故障时,安装在母线附近的探头电源单元向故障网络注入探测电流,探测电流的故障响应情况反映故障位置。但此方案需要附加额外的硬件设备,且定位精度受故障电阻的影响较大。文献［23］针对双端CHB-PET 直接相连的拓扑,以CHB-PET 低压直流侧电感为边界,提出了一种双端故障测距方案,但针对特定拓扑提出的保护方案在普适性上仍有待研究。文献［24］针对10 kV 直流配电网双极短路故障,以电容放电电流的谐振频率分量构造保护判据,以各换流器靠近母线侧的电容为高频电流边界,设计了单端量的直流保护方案。

本文针对750 V 低压直流配电网在直流线路发生双极短路故障后需闭锁CHB-PET 进行故障切除的问题,提出了一种基于CHB-PET 输入级与隔离级协同配合的无闭锁故障穿越方案,根据CHBPET 输入级直流侧电容与隔离级直接相连的拓扑特点,通过设置隔离级组成模块DAB 高压侧IGBT内移相比来控制级联H 桥（CHB）直流侧电容放电,保证其电容电压稳定,不会过充或过放,消除了CHB-PET 内部电力电子器件的过流,从而保证故障后CHB-PET 可持续提供稳定电流。在此基础上,通过傅里叶变换提取CHB-PET 低压直流侧电流的高频分量,以高频电流幅值在给定时间窗的积分值与全电流在给定时间窗的积分值之比构造保护判据,进而设计了一种基于CHB-PET 低压直流侧电流高频特性的单端暂态量保护。通过主线路与分支线路的整定值配合,实现了故障区域的快速识别与切除。PSCAD/EMTDC 的仿真结果表明,所提保护方法能够可靠动作,准确识别故障线路。

1 基于CHB-PET 的柔性直流配电网结构

CHB-PET 拓扑如图1 所示。图中:Ea、Eb、Ec分别为A、B、C 相电网电压；Larm为桥臂电感；ULVDC和ILVDC分别为低压直流侧的电压和电流。每相桥臂由相同的子模块串联而成,每个子模块由全桥子模块和DAB 串联而成,实现电压变换、功率传递和高频隔离功能。低压直流端并联形成低压直流端口。

图1 CHB-PET 拓扑Fig.1 Topology of CHB-PET

DAB 变换器的拓扑如图2 所示。图中:Lt为传输电感；uH1和uH2分别为高压侧H 桥和低压侧H 桥的交流侧电压；S1至S4为高压侧H 桥的IGBT；T1至T4为低压侧H 桥的IGBT。原边桥为高压侧H 桥,副边桥为低压侧H 桥,二者通过高频变压器连接。DAB 低压侧可接入低压直流母线,为低压直流配电网提供稳定电压。

图2 DAB 变换器拓扑Fig.2 Topology of DAB converter

CHB-PET 的控制方式一般为经典的双闭环控制,通过控制低压直流侧电压,经比例-积分（PI）控制后生成d轴电流指令值,通过控制无功功率为0,经PI 控制后生成q轴指令值,实现中压交流到低压直流的电压变换。

图3 为典型含多分支的交直流配电网拓扑,CHB-PET 实现了中压交流到低压直流的电压等级变换,经一段线路后接入低压直流母线。分布式光伏和储能装置经DAB 接入低压直流母线,直流负载经DC/DC 换流器接入低压直流母线。CHB-PET所在直流主线路首末两端和各分支线首端配备负荷开关,光伏和储能换流器经过负荷开关与分支线路相连。现有直流配电网在低压直流侧常采用不接地的方式,若发生单极接地故障,系统不会产生严重过电流,对保护的响应速度要求不高。因此,本文的故障特性分析以及所提保护主要针对双极短路故障,同时规定电流的参考方向为母线指向线路。

图3 含CHB-PET 的交直流配电网拓扑Fig.3 Topology of AC/DC distribution network with CHB-PET

2 双极短路故障下CHB-PET 的故障穿越策略

在以CHB-PET 为主站的多分支低压直流配电网中,CHB-PET 须配备合理的故障穿越策略,保证故障下电力电子器件不会因过流而损坏,同时CHB-PET 可持续输出稳定故障电流,确保线路保护的可靠动作。CHB-PET 主要由输入级（CHB）和隔离级（DAB）组成,在故障下均会面临严重过流,下面分别阐述针对DAB 和CHB 的限流措施,以确保CHB-PET 整体的可靠故障穿越。

2.1 针对DAB 的限流措施

低压直流侧发生双极短路故障后,CHB-PET的DAB 模块最靠近故障点,将首先对故障点放电并出现过流现象。文献［25］中详细介绍了DAB 低压直流侧发生双极短路故障后的限流措施,通过阻断副边电容放电,增加副边电感,调整开关频率和内移相比,使得低压直流侧发生双极短路故障后,DAB可在不闭锁的情况下实现故障穿越。DAB 限流拓扑见附录A 图A1。

该方案将DAB 内部电力电子器件的电流应力和DAB 低压直流侧电流限制在安全范围内,保证了故障情况下DAB 可持续输出稳定电流,有利于故障识别和保护可靠动作。

2.2 针对CHB 的限流措施

CHB-PET 的输入级直流侧与隔离级中压直流侧直接相连,且共用一个电容。因此,在低压直流侧故障后,其电容迅速放电,随后中压侧电容也向故障点放电,造成CHB 桥臂和子模块的过流。下文将从CHB 的控制策略出发,阐述其故障穿越策略。

故障前后CHB 模块控制策略变化示意图见附录A 图A2。稳态时电压外环控制通过将低压直流电压实测值与指令值作差,经PI 控制器后生成电流内环d轴指令值id,ref,将无功功率实测值与指令值作差,生成q轴指令值。Park 变换得到的三相电流的dq轴分量经过dq解耦控制后,再经Park 反变换得到原始调制波,然后经过载波移相调制得到各个H桥变换器的驱动脉冲。

在低压直流侧双极短路故障发生后,由于低压直流侧靠近故障点,电压外环控制失效。同时,CHB 子模块电容开始放电,其中,二极管正向导通后,交流源将通过CHB 向短路点放电,桥臂电流将迅速上升。

故障发生后,PET 将首先感受到过流,随后切换至故障穿越策略。将电压外环的控制量由低压直流侧电压改为CHB 子模块电容电压。电压控制环的指令值为CHB 三相桥臂所有H 桥子模块电容电压之和再除以3,受控量即为每相桥臂的H 桥子模块电容电压之和,无功功率控制环和内环控制不变。

根据2.1 节分析,DAB 限流措施中给定高压H桥内移相比,使得CHB 子模块电容向短路点的放电得到控制,CHB 在故障穿越控制策略下的电压控制环不再限幅,电压控制有效,由此得到了合理的三相电流d轴分量指令值,可实现CHB 模块的故障穿越。该控制策略既可以实现故障后CHB 子模块电容电压的均压,又保证子模块电容不会因过充或过放而损坏。

2.3 故障穿越策略下CHB-PET 的故障特征分析

未引入故障穿越控制的CHB-PET 故障特性已有较多文献分析,此处不再赘述。本节根据2.1 节与2.2 节介绍的故障穿越策略,分析CHB-PET 在故障穿越策略下的暂态响应特征。

由于副边电容被阻断,故障后第1 阶段为CHB子模块电容通过DAB 向短路点放电。随着CHB 子模块二极管的正向导通,故障发展至第2 阶段,交流源将通过CHB 子模块向短路点放电。

DAB 低压直流侧短路故障发生后,故障穿越控制策略下CHB-PET 单相故障电流示意图见附录A图A3。

故障期间的微分方程如下:

式中:uCSM为高压H 桥电容电压；iLeq为流过高压侧电感的电流；Leq为等效电感,包括高压侧电感和低压侧电感折算至高压侧的电感数值；Lline和Rline分别为线路电感和电阻；Rf为过渡电阻；k为高频变压器变比。

求解式（1）可得高压侧电感电流表达式如下:

式中:iL0为故障初始时刻流过DAB 高压H 桥电感的电流。

式（2）为DAB 高压H 桥开关管处于导通情况下高压侧电感电流的表达式。随着开关管的高频开断,电容电压将随之不断反转。不同开断情况下的微分方程表达式相似,仅电容电压的方向发生变化。因此,在故障穿越控制策略下,CHB-PET 低压直流侧电流将含有一定量的高频谐波,DAB 的开关频率决定了谐波频率。

3 基于CHB-PET 故障穿越策略的低压直流配电网保护方案

直流配电网低压直流侧发生双极短路故障后,CHB-PET 最先感受到故障,切换至第2 章所述的故障穿越策略,向直流配电网注入含高频分量的暂态电流。线路保护可依据故障穿越策略下CHB-PET低压直流侧高频电流与全电流比值的大小来识别故障线路。

3.1 基于高频电流比值的保护判据

1）保护启动判据

低压直流配电网在发生高阻故障时,故障特征不明显,采用常规的电压、电流突变量作为保护判据容易发生拒动风险。因此,本文基于三阶Teager 能量算子（Teager energy operator,TEO）构造保护启动判据。

离散非线性信号的三阶TEO 定义为:

式中:ψ（αn）为电流实时Teager 算子能量值；αn为时刻n对应的电流采样值。

故障发生后,TEO 表现出明显的瞬态阶跃特性,其大于整定值后可启动保护。本文将启动判据设计为:

式中:ψset为TEO 整定值。

2）故障识别判据

本文提出的故障识别判据计算方法为:保护测点所测电流的高频分量幅值在时间窗内的积分值除以全电流在时间窗内的积分值,如式（5）所示。

式中:T为故障设别判据；IhfM为高频电流幅值；if为故障电流；Δt为时间窗。

根据式（5）可知,若保护正方向发生短路故障,则故障识别判据为正；若保护反方向发生短路故障,则故障识别判据为负。

根据2.3 节分析,CHB-PET 整体可等效为压控电流源,故障穿越策略下CHB-PET 低压直流侧电流可以等效为幅值稳定的直流电压源叠加高频源向短路点的放电电流。等效电压源Ueq的电压表达式如下:

式中:Udc为直流电压源；Um为叠加的高频电压源幅值；f为高频源的频率。

等效电压源提供短路电流的拓扑示意图见附录A 图A4。

故障回路微分方程如下:

求解故障电流的表达式为:

式中:i0为故障初始时刻的电流值；ω为角频率。

从式（8）可以看出,if为二元函数,其中,故障距离x和时间t为自变量。

为了求出故障电流的高频分量幅值,将if(x,t)以傅里叶级数展开如下:

其中,

式中:A为直流分量幅值；m为傅里叶分解后的谐波次 数；f(t)为 故 障 电 流；τ0为 积 分 下 限；Δτ为 积 分窗长。

式（10）中理想高频源的频率即为基波频率,m取1 即可得到高频电流ihf(x,t)随时间和故障距离变化的表达式如下:

其中,

将式（10）代入式（13）可求出a1和b1:

采用傅里叶变换可得高频电流幅值的函数关系式如下:

将故障电流if在给定时间窗Δt对时间进行积分,可得到电流积分值If随故障距离x的变化关系,同理可得到高频电流幅值的积分值随故障距离x的变化关系如下:

式中:If（x）为全电流瞬时值积分值随故障距离的函数关系式；IhfM,I(x)为高频电流幅值积分值随故障距离的函数关系式。

可将式（5）改写为:

将式（17）和式（18）代入式（19）可以得到判据T(x)的具体表达式:

3.2 保护定值整定

故障发生于不同位置时,高频电流大小存在差异,可根据傅里叶变换计算得到的高频电流大小进行保护的整定计算。对图3 所示的直流配电网主线路及分支线路进行保护定值整定。

对于主线路即图3 所示的线路1-2 的分析如下。

1）保护Ⅰ段整定策略

线路1-2 发生故障时,对于保护1 来说是区内故障,保护Ⅰ段应立刻动作。保护Ⅰ段的整定判据为:

式中:SⅠ1为保护1 的Ⅰ段整 定值；KrⅠel为保护Ⅰ段可靠系数；TⅠ1为线路1-2 末端发生金属性短路时高频电流幅值积分值与故障电流积分值之比。

CHB-PET 低压直流侧电流会随着故障距离的增加而逐渐减小,电流的高频分量也逐渐减小。考虑线路1-2 末端发生金属性故障,对故障电流进行傅里叶变换,提取DAB 开关频率的高频电流幅值在时间窗内进行积分,除以故障电流在时间窗内的积分,记为TⅠ1:

式中:k为采样点编号；Ns为采样点数；dⅠ1(k)为线路1-2 末端故障时经傅里叶变换求得的高频电流幅值；i1（k）为线路1-2 末端故障时的故障电流。

2）保护Ⅱ段整定策略

保护Ⅱ段的整定判据为:

式中:SⅡ1为保护1 的Ⅱ段整 定值；KrⅡel为保护Ⅱ段可靠系数；TⅡ1为线路1-2 所连下级线路40%处故障时保护1 测量的高频电流幅值积分值与故障电流积分值的比值。

由3.2 节可知,Ⅰ段保护只能保护部分线路。因此,Ⅱ段保护的保护范围应延长至下级线路。本文以延长至下级线路40%进行整定。对保护测点测量到的故障电流进行傅里叶变换,计算对应于DAB 开关频率的高频电流积分值与故障电流积分值的比值,记为TⅡ1:

式中:dⅡ1(k)为线路1-2 所连分支线路40%处发生故障时,利用傅里叶变换求得的高频电流幅值；(k)为线路1-2 所连分支线路40%处故障时的故障电流。

考虑保护装置测量误差等因素后,电流保护Ⅱ段的可靠系数KⅡrel取1.1。

由于分支线为末端线路,可仅配置Ⅰ段保护,实现全线速动保护。

3.3 保护时序配合

在本文所研究的直流配电网中,主线路Ⅱ段保护的保护范围会延伸至下一级分支线路,因此在分支线发生故障时,应由分支线路保护的Ⅰ段优先动作。主线路Ⅱ段保护的动作时限应较分支线Ⅰ段保护动作时限高一个时间阶段。

直流配电网发生故障后,线路保护在收到保护启动信号后,采集故障前1 ms 和故障后3 ms 的数据进行计算,此时间记为t1；实测值若满足整定值,负荷开关将切除故障线路,此时间记为t2；综合考虑其他影响保护动作的时间记为t3。因此,直流配电网中各保护Ⅰ段切除故障线路的时间tⅠ可表示为:

因此,主线路保护Ⅱ段的动作时间应延时tⅠ来为分支线路保护提供裕度。

综上,可以得到基于CHB-PET 低压直流侧电流高频分量的保护动作流程图如图4 所示。

图4 保护动作流程图Fig.4 Flow chart of protection action

3.4 影响因素及适用性分析

1）量测误差的影响

根据文献［26］,直流配电网量测误差通常为±5%。为了具有普适性,本节考虑量测误差为-ε时对故障识别判据的影响。

由3.1 节分析可知,CHB-PET 低压直流侧发生双极短路故障后,当故障电流量测误差为-ε时,故障电流变为(1-ε)if,根据式（16）,高频分量幅值变为:

式中:IhfM,error为测量误差为-ε时高频电流积分值的大小。

故障识别判据可表示为:

式中:Terror（x）为测量误差为-ε时的故障识别判据。

从式（27）可以看出,故障识别判据的分子分母均会受到量测误差的影响,但可通过比值抵消。从理论分析的角度,量测误差对所提故障识别判据影响较小。

2）过渡电阻的影响

本文通过故障电流高频分量幅值积分值与故障电流积分值之比构造故障识别判据,在高阻故障时,电流幅值将大幅减小,约为负荷电流的1.3 倍,保护存在拒动风险。而故障电流中的高频分量除受过渡电阻的影响外,还会受CHB-PET 中DAB 的开关频率影响。因此,基于高频分量比值的故障识别判据在高阻故障时,分子与分母均有不同程度的减小,使得故障电流中的高频分量占比仍能保持较高数值,有利于故障识别和保护的正确动作。传统故障识别判据与本文提出的高频电流比值判据经不同过渡电阻故障时的变化波形见附录A 图A5。

3）网络拓扑结构的影响

除第1 章介绍的辐射状拓扑外,手拉手型拓扑也是柔性直流配电网常见的拓扑结构。为了提高本文方案的普适性,以手拉手型拓扑的柔性直流配电网为例分析所提方案的适用情况。

3.1 节提出的高频电流比值判据与故障电流中的高频分量相关,而故障电流中的高频分量是由PET 中DAB 开关管的高频开断产生的。因此,3.1节所提出的保护算法可适用以PET 作为主站的两种拓扑。经典的手拉手型配电网拓扑如图5 所示。

图5 手拉手型配电网拓扑Fig.5 Topology of hand-in-hand distribution network

如图5 所示,线路1-2 两端配有保护测点1 至4和负荷开关,线路3-5 配有保护测点5 至7 和负荷开关。线路3-5 发生双极短路故障时,可由保护测点5至7 利用高频识别判据来识别故障位置并完成故障隔离；线路1-2 发生故障时,可依靠保护测点1 至4的三段式保护来识别故障位置并完成故障隔离。

4 仿真验证

本文仿真算例基于PSCAD/EMTDC 仿真平台搭建,系统拓扑见附录A 图A6。CHB-PET 的具体拓扑如图1 所示,输入级为CHB,每相由12 个全桥子模块串联而成,隔离级为12 个DAB 模块采用中压侧与CHB 直接相连、低压侧并联组成。光伏和储能装置经DAB 接入分支线路,直流负载经Buck-Boost 换流器接入分支线路。采样频率为100 kHz。仿真模型的具体参数见附录B 表B1 至表B3,保护配置见附录B 表B4。

当故障发生于线路1-2、3-4、5、6-7,即附录A 图A6 所 示 故 障1 至4 时,对CHB-PET 的 故 障 穿 越 策略和保护方案进行验证。

4.1 CHB-PET 故障穿越策略验证

根据第2 章介绍的故障穿越策略,在PSCAD 仿真平台上对其进行验证。考虑最严重故障情况,于CHB-PET 低压直流侧端口设置金属性双极短路故障。

未采取限流措施时CHB-PET 各电气量在故障前后的示意图见附录A 图A7。采取限流措施的变化示意图见附录A 图A8。

由于切换了控制策略,桥臂电流未明显上升,可有效保护CHB-PET 中的电力电子器件不会损坏。电容的充放电剧烈程度大幅下降,可有效保护电容元件不会损坏。中压直流侧电压保持稳定,不会出现明显失压。

流过CHB 和DAB 中IGBT 的电流见附录A 图A9。在故障穿越策略下,CHB-PET 中各电力电子器件未明显过流。

4.2 基于高频电流比值判据的保护动作情况

根据第3 章介绍的保护方案,当故障发生在CHB-PET 低压直流侧所连的主线路,即附录A 图A6 所示故障1 位置时,对保护方案的可靠性进行验证。

当金属性短路发生于主线路的不同位置时,保护的动作结果见附录A 图A10。

主线路发生金属性短路故障时,比值判据可以可靠动作,Ⅰ段保护范围约为线路的70%,Ⅱ段保护可保护线路全长。

4.3 经过渡电阻故障的保护动作情况

低压直流配电网发生经5 Ω 的过渡电阻短路后,故障电流幅值约为负荷电流的1.3 倍。因此,5 Ω的过渡电阻对于750 V 低压直流配电网来说可算作高阻故障。

在仿真算例中设置低压直流配电网线路发生5 Ω 过渡电阻短路,CHB-PET 低压直流侧电流、传统突变量启动判据和TEO 的波形见附录A 图A11。由图A11 可知,经5 Ω 过渡电阻的双极短路故障发生后,故障电流峰值为1.3 p.u.,峰值较小且电流变化率也较小。本文采样频率为100 kHz,100 μs内有10 个采样点,传统突变量启动判据变化也较小,采样点未超过整定值,启动判据存在拒动风险。TEO 的阶跃现象仍较为明显,采样点均大于整定值,保护可正常启动。

在距离主线路首端30%处设置过渡电阻5 Ω 短路故障,本文方案与传统方案的动作结果对比如附录A 图A12 和图A13 所示。由图A12 和图A13 可知,在距离主线路首端30%处发生经5 Ω 过渡电阻短路故障时,传统判据Ⅱ段保护动作,识别故障用时12.7 ms,比值判据Ⅰ段保护动作,识别故障用时1.7 ms。

于主线路不同位置设置2 Ω 和5 Ω 过渡电阻短路故障,对保护方案进行验证,同时对比本文方案与传统方案的动作结果。本文方案与传统方案的动作结果示意图见附录A 图A14 和图A15。由图A14 可知,过渡电阻为2 Ω 时,本文所提方案的保护范围为线路前70%；过渡电阻为5 Ω 时,保护范围为线路前50%。由图A15 可知,过渡电阻为2 Ω 时,传统方案的保护范围为线路前10%；过渡电阻为5 Ω 时,Ⅰ段保护范围缩短至0,主线路需依靠Ⅱ段保护动作。

当故障发生在低压直流母线的分支线,即附录A 图A6 所示故障2、3、4 位置时,类似于4.2 节,考虑分支线不同位置发生故障,对保护的可靠性进行验证。以故障发生于线路3-4,即故障2 位置时为例进行说明,保护的动作结果见附录A 图A16。由图A16 可知,由于分支线是末级线路,仅配置Ⅰ段保护,可在金属性短路和过渡电阻为5 Ω 时可靠动作。由于分支线故障时,分支线保护测得的电流由CHB-PET 和其他分支线提供,高频电流比值相较于主线路有所降低,但仍可保护线路全长。

其他分支线发生故障时,保护动作结果与线路3-4 类似,在此不再赘述。

5 结语

本文针对以CHB-PET 作为主站的多分支柔性直流配电网在直流线路发生双极短路故障后,以CHB-PET 为核心的主站均需闭锁而导致全网停电的问题,提出了一种适用于CHB-PET 的无闭锁故障穿越方案。理论分析及仿真验证说明,所提方案使得故障发生后CHB-PET 在不承担因过流损坏器件风险的同时,可持续输出含高频谐波的稳定电流,有利于直流保护的正确动作。在此基础上,通过傅里叶变换提取CHB-PET 低压直流侧电流的高频分量,以高频电流幅值在给定时窗内的积分值与全电流在给定时窗内的积分值的比值作为判据,构造了一种基于单端量的直流保护方案。根据不同的整定值配合,可快速可靠地识别直流区域不同的故障点并进行切除,满足保护速动性和选择性的要求,相较于传统的直流故障后闭锁直流区域的方案,减小了停电范围,同时具备了一定耐受过渡电阻的能力。

直流配电网中的核心器件为PET,具有两种拓扑,即CHB-PET 和模块化多电平型PET,本文仅对前者的故障穿越策略进行了研究,下一步将对模块化多电平型PET 进行研究。

附录见本刊网络版（http：//www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx），扫英文摘要后二维码可以阅读网络全文。