随着可再生能源的大规模使用和电力电子器件的发展,灵活可靠的直流配电系统因可供电容量大、运行可靠性高、分布式电源兼容度高等多种优点,成为目前国内外学者的研究重点。但是直流配电网的保护技术研究仍处于初期阶段,故障时电流上升速度极快,且没有过零点,灭弧困难。直流母线作为汇集和分配能量的重要元素,影响整个直流配电系统的安全和可靠运行。本文以±10kV多端中压柔性直流配电网（Medium Voltage Direct Current,MVDC）为研究对象,综合运用理论分析与仿真验证,研究适用于直流配电网的直流母线保护方案。所做的工作和取得的成功如下所述:1、阐述了本课题研究的背景,首先以基于模块化多电平换流器的多端环状直流配电网为研究对象,分析了直流配电系统拓扑结构、接地方式和换流站主接线方式,并搭建了包含交直流负荷、储能系统、分布式电源以及微网的多端柔性直流配电网模型,其次对直流配电网的重要组成元件进行最优选型,最后对搭建的多端环状直流配电网进行稳态特性分析,并针对直流母线典型故障进行暂态特性分析。2、提出了一种基于极性判别的柔性直流配电网母线保护方案。该方案利用对电流突变量积分的正负来获取极性特征,区内故障时各支路的直流母线保护单元检测到的电流突变量的极性相同,而直流母线上任意一条支路故障时,直流母线保护单元检测到的电流突变量的极性与其它支路相反,通过分析直流母线各支路电流突变量极性的差异识别直流母线双极短路故障。最后,在仿真平台中经过大量实验验证了所提保护方法的可靠性。3、提出了一种基于故障分量的柔性直流配电网母线差动保护方案。借鉴传统母线差动保护思想,同时考虑到直流母线保护对速动性的要求,采用电流故障分量采样值构造保护判据。该方法对离散采样值进行差动量和制动量的计算,数据窗短,动作快速。大量仿真结果分析表明所提方法在保证可靠性的前提下,耐过渡电阻和抗干扰能力较强。4、提出了一种基于虚拟电流大小比较的直流配电网母线保护方案。通过合并同一时刻直流母线各支路方向相同的电流采样值,将直流母线上的多支路电流简化为虚拟正电流和虚拟负电流双支路系统,利用不同故障情形下直流母线的正负虚拟电流的大小比较,构建了直流母线故障识别和选极判据,仿真结果验证了所提方法不受系统运行方式切换影响和网络拓扑变换的限制,具有较强的耐过渡电阻能力。
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