保护系统的相关参数在表 4 中给出。混合式直流断路器的相关参数如表 5所示。其中表 4 中的差动保护阈值电流根据 3.1 节原则计算，设为1.5 kA;非故障线路保护闭锁阈值和闭锁时间分别取为-0.5 kA 和 20 ms。由于线路分布电容电流对于母线差动保护的影响很小，非故障母线的差动电流几乎为零，因此设置较小的动作阈值 1 kA。桥臂最大允许电流为 IGBT 模块允许通过的最大电流，等于 IGBT 额定电流的 2 倍，超过 4 kA 时换流站内部的过电流保护将启动并闭锁换流站。考虑到光纤通信的速度和本文模型中线路的长度，本文的通信延时均设定为 1 ms。文中同时假定因保护动作导致的直流线路潮流转移不会触发线路过载。
4.2、 故障设置
为测试第 2 节柔直电网差动保护方案的效果，在 t=2 s 时，分别设定如表 6 所示的典型直流故障。表中 F1 和 F2 设为永久性双极短路，其中 F1 和 F2分别为直流线路和母线的双极短路故障。
4.3、 故障保护验证
1)直流线路保护。
故障 F1 得到的仿真波形如图 5 所示。F1 发生后，DC12 的差动电流立刻跃升并超过 1.5 kA(图5(a))，其他线路的差动电流则先下降为负值，然后在零值附近振荡，确定故障线路后断路器 CB12 和CB21 断开仅 DC12 停运，实现了保护的选择性。短路电流在断路器作用下在 2.006 s 时下降至零，实现了故障的快速隔离(图 5(b));4 个换流站的直流电压经过 0.1 s 左右恢复至 400 kV(图 5(c));各换流站有功功率先快速增加，然后迅速恢复到故障前水平(图 5(d))。MMC1 交流侧电流仅有短暂波动，交流侧电压基本保持稳定(图 5(e)-(f))，因此故障处理过程对交流系统的稳定性影响较小。可见，柔直电网可稳健快速穿越线路双极短路故障，系统各项指标均在可承受范围之内，未出现换流站闭锁的问题。
2)直流母线保护。
直流故障 F2 得到的仿真波形如图 6 所示。F2发生后，保护正确动作、直流故障在 2.006 s 时就被断路器快速清除且柔直电网其他部分仍继续运行(图 6(a)-(b))。由于 MMC1 和 MMC3 采用直流电压下降控制模式，故障隔离后 MMC1 有功功率降为零、出口处电压上升到 440 kV(图 6(c))。柔直电网的直流电压由 MMC3 控制，降低至 380 kV，MMC2和 MMC4的有功功率恢复到故障前水平，而 MMC3的有功功率变为-400 MW(图 6(d))。可见，柔直电网可稳健穿越直流母线双极短路故障，各换流站无需闭锁。
上述仿真结果验证了本文提出的线路差动保护、母线差动保护方案可快速确定故障所在线路而不影响系统其他部分的继续运行，满足保护的选择性和速动性的要求，实现了柔直电网故障的快速选择性隔离。
5、 结论
1)混合式高压直流断路器是未来柔直技术发展能够取得突破的重要设备，有着良好的应用前景。本文初步探究了混合式直流断路器在柔直电网中应用的可行性和有效性。
2)本文提出考虑线路分布电容的柔直电网保护方案，引入结合差动电流方向和幅值的保护判据，可提高现有直流线路差动保护的动作速度。仿真初步验证了所提保护方案快速定位故障线路并应用直流断路器断开短路电流的有效性和可行性。
3)根据目前的直流断路器制造水平，如果保护原理必须依赖站间通信，那么考虑到通信延时和动作裕度，装有直流断路器的柔直电网远距离输电距离将受限，如何设计较少依赖站间通信的保护方案将是下一阶段的工作。
(彭发喜 汪震 邓银秋 郑超 宋云亭)
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