多端柔性直流系统过电压过电流的极值时空特性解析与协调防护研究

VSC-MTDC(VSC-Multi-Terminal HVDC), for its special status in solving the environmental constraints and energy crisis, has become one of the significant research direction of power grid in China. The mechanism and extreme boundary of its overvoltage and overcurrent in fault is a core scientific problems, accordingly, the corresponding protection is the key technology. In this project, the mathematical analysis and electromagnetic transient simulation of the overvoltage and overcurrent are utilized simultaneously so as to study on the overvoltage protection, the overcurrent protection, the relay protection (secondary system) and the system coordination between them. The key points are the mathematical analysis method of overvoltage and overcurrent of a converter in typical fault, the mechanism of wave propagation between converter terminals, the mathematical analysis method of maxima time-space characteristic, the relationship between the variation of fault characteristics and the relay protection strategies, the mutual influence mechanism of primary and secondary protection scheme and so on. Based on the mathematical analysis and electromagnetic transient simulation, the coordination method of overvoltage and overcurrent protection in primary and secondary system will be proposed for the optimum cooperation between different majors and aspects based on common electromagnetic transient theory. This project will fill the gap in the systematic analysis method of the overvoltage protection, the overcurrent protection and the fault characteristics of VSC-MTDC, and will offer a new theoretical support and technical means for its research, design, and operation.

多端柔性直流是解决环境制约和能源危机的有效途径而成为我国电网发展的重要方向之一，其故障中过电压过电流机理及极值边界是核心科学问题，对应的过电压过电流防护是关键技术。项目采用过电压过电流解析分析和电磁暂态数值仿真手段，从多端柔性直流的系统性视角，研究过电压防护、过电流防护、保护策略（二次）对过电压过电流的防护、以及防护协调优化的分析方法。重点研究典型故障下单端换流器过电压过电流解析分析方法、多端换流器间过电压过电流传播机理和极值时空特性解析方法、电压电流故障特征变化与保护策略关系、一二次防护方案相互影响机理等内容。基于解析分析和电磁暂态数值仿真提出过电压过电流一二次防护的协调分析方法，实现基于共性电磁暂态基础理论的、不同专业和角度研究之间的最优协调配合。本项目将填补多端柔性直流系统过电压过电流的极值解析分析和防护协调优化分析方法的空白，为多端柔性直流的研究、设计和和运行提供新的理论支撑和手段

背景：多端柔性直流输配电技术因便于清洁能源的接入而成为我国双碳目标实现的关键技术路径之一，而各类故障中电磁暂态过程和传播机理是核心科学问题，对应的影响因素及防护方法是关键技术。.主要研究内容：本项目采用过电压过电流解析分析和电磁暂态数值仿真手段，从多端柔性直流的系统性视角，研究过电压防护、过电流防护、保护策略（二次）对过电压过电流影响及防护、以及防护协调优化的分析方法。重点研究典型故障下单端换流器过电压过电流解析分析方法、多端换流器间电压电流传播机理和极值时空特性解析方法、电压电流故障特征变化与保护策略关系、一二次防护方案相互影响机理、多端柔性直流配电系统的雷电过电压及防护的普适性分析方法等，研究方法在±10kV三端柔性直流示范工程的过电压及过电流防护方案研究中得以验证。.重要结果和关键数据：提出了放射状、环状拓扑结构的柔性直流系统在典型接地和极间短路故障下的各关键设备电流、直流断路器电流的解析分析方法、误差原因及适用范围，提出了不同线路长度、不同线路形式（电缆或架空裸导线）、不同拓扑（放射状和环状）下过电流理论分析方法及适用范围。提出了柔性直流输配电系统过电压数值仿真分析方法及绝缘配合方法，并撰写了标准。理论分析了直流断路器过电流决定性故障工况，并据此提出了不同拓扑下柔性直流输配电系统限流方案设计方法。提出了不同拓扑下柔性直流电系统过电压防护方案对过电流的影响和限流方案对过电压的影响，并结合保护策略提出了过电流过电压协调防护方法。.科学意义：基于解析分析和电磁暂态数值仿真提出过电压过电流一二次防护的协调分析方法，实现基于共性电磁暂态基础理论的、不同专业和角度研究之间的最优协调配合。为设备暂态电流设计值、限流电抗器选型、直流断路器开断能力配合设计、系统综合协调优化分析方法等提供了系统性的基础理论分析方法。