2 、柔直电网差动保护方案
在柔直电网中存在多条输电线路和直流母线，为利用断路器实现快速选择性隔离故障，需要保护系统检测与定位故障的总时间较短，在快速选线后向相关断路器发送跳闸信号，在不影响非故障部分正常运行下仅断开故障部分且停运范围最小，即具备柔直网保护的选择性和速动性。在借鉴交流电网差动保护方案基础上，本文设计基于直流断路器的柔直电网保护方案，包括以下 2 类保护策略：1)线路差动保护。2)母线差动保护。
2.1 、线路差动保护
线路差动保护仅在柔直电网中直流输电线路故障时才动作，当一条线路出现短路故障时，保护系统可检测到故障线路快速断开该线路两侧断路器，实现故障的选择性隔离。
直流输电保护中的电流差动保护利用了双/多端电气量，具有较好的选择性，为克服一般直流输电差动保护没有考虑分布电容而引起的保护误动，在此引入基于连续采样的保护判据，同时考虑线路差动电流方向和幅值：
故障线路上的差动电流先降为负值，两端断路器将不动作。
采用基于连续采样的判据，可降低误检概率，提高保护的可靠性。同时考虑差动电流的方向和幅值，可克服直流线路分布电容的影响，在一定程度上提高差动保护的动作速度。
2.2 、母线差动保护
母线差动保护仅在母线故障时才动作，当柔直电网中一条直流母线出现短路故障时，保护系统可检测到故障母线并断开该母线所连接的所有断路器(包括直流线路和换流站出口线路上的断路器)，切断故障母线。
类似地，基于差动电流设计直流母线保护方案，定义直流母线 i 的差动电流量 Ibd (i) 为流入与流出该母线所有直流电流之和，即定义如下判据：
3 、保护参数选取原则
当发生极间故障时，VSC 的短路电流，分为闭锁前和闭锁后 2 个阶段，闭锁前主要是直流侧子模块中电容的瞬间放电电流，闭锁后主要是交流电源的不控整流电流，这 2个阶段的短路电流都可通过解析表达式计算。
3.1 、差动保护动作参数
鉴于故障瞬时短路电流增长迅速，要求柔直电网中的相关断路器在数 ms内断开。另外，由于 IGBT的热过负荷能力较弱，换流阀自身必须具备过电流保护，当桥臂故障电流达到 IGBT 的 2 倍额定电流时换流站就将闭锁，因此差动保护的相关参数必须快速确定故障位置，使相关直流断路器在换流站闭锁前拉开。
在保证区内故障时快速动作、区外故障时不动作后，保护动作的阈值应尽量取较小值。在未见成熟的柔直电网差动保护参数整定标准的情况下，本文借用交流电网纵联电流差动保护动作阈值整定方法，即设定其为躲过外部短路时的最大不平衡电流和躲过最大负荷电流。
3.2、 线路差动保护通信延时
本文提出的线路差动保护方案需要站间通信，由于光纤通信的传播速度不超过 300 km/ms，因此柔直电网中直流线路的长度需要在 300 km 以内，这样延时可以被限制在1 ms 之内，否则延迟时间不可接受。为避免通信延时过长影响故障的快速检测，本文建立的柔直电网模型中输电线路长度均不大于 200 km。
4、 仿真分析
4.1 、仿真系统
本文在 PSCAD/EMTDC 平台中构建 4 端柔直电网系统，其电气结构如图 4 所示。Idi 是直流母线i 与换流站之间的电流，Iij 是输电线路 ij 两侧的电流，DCij 代表直流线路 ij。仿真系统中换流站均由模块化多电平子模块构成，换流站的控制方式如下：MMC1 和 MMC3 采用直流电压下垂和定无功功率控制模式，稳态时输送功率为 400 MW 和-800 MW(以换流站流向直流侧为正方向)。MMC2连接 100 MW 的负荷，采用定交流电压控制模式，稳态时交流侧的电压为 145 kV。MMC4 采用定有功功率和定无功功率控制模式，稳态时输送-500 MW 功率。换流站之间通过架空线路相连，架空线路采用相域频变模型。
仿真系统中各换流站及交流系统的参数见表 3，规定输入换流站的交流功率为正。换流变压器采用 Y/N/D 型接线方式。
