隨著能源需求增加，光伏發(fā)電等可再生清潔能源發(fā)電技術(shù)得到迅速發(fā)展。與交流匯集方式相比，光伏電站因其直流輸出特性更易于實現(xiàn)直流匯集。光伏電站直流匯集方式具有以下優(yōu)點：①直流升壓匯集線路損耗小、輸送容量大、效率高；②利于實現(xiàn)多端直流匯集直流升壓匯集（MTDC）及高壓直流輸電（HVDC）。

光伏電站直流匯集系統(tǒng)中DC-DC變換器和逆變器等含有大量電容元件，當(dāng)直流電纜發(fā)生故障，直流側(cè)電容快速放電，放電電流將在幾毫秒內(nèi)上升至峰值，故障放電過程對直流電網(wǎng)具有很強(qiáng)的沖擊，易造成電力設(shè)備的損壞。因此，限制故障電流和快速隔離故障成為直流電纜保護(hù)的關(guān)鍵問題。

一方面，在直流電纜增設(shè)必要的故障限流裝置，抑制故障過程對系統(tǒng)的沖擊和影響；另一方面，直流電纜保護(hù)方法應(yīng)具備快速響應(yīng)與判斷的能力，一旦發(fā)生故障，保護(hù)必須快速識別并隔離故障，確保電網(wǎng)和電力設(shè)備的安全。

由于直流電網(wǎng)的故障特征不同于交流電網(wǎng)故障特征，已有交流電網(wǎng)故障保護(hù)技術(shù)難以直接應(yīng)用于直流電網(wǎng)。文獻(xiàn)[5,6]研究了基于直流電流變化量的地鐵直流系統(tǒng)保護(hù)，可以為光伏電站直流電纜保護(hù)提供參考；文獻(xiàn)[7,8]研究分析了直流配網(wǎng)的故障特性，其故障分析方法具有參考意義。

文獻(xiàn)[9]研究了光伏電站交流匯集系統(tǒng)的故障特性，并提出了線路距離保護(hù)方法；文獻(xiàn)[10]提出了適用于直流配電網(wǎng)的測距式保護(hù)方案，但所提保護(hù)算法需要增加電壓互感器；文獻(xiàn)[11,12]針對多端直流配電系統(tǒng)，通過電流或功率的突變量判斷是否發(fā)生直流故障，在故障發(fā)生后，采用握手方法實現(xiàn)直流故障的定位和隔離。

文獻(xiàn)[13]提出了基于混合型模塊化多電平換流器（Modular Multilevel Converter, MMC）的主動限流控制方法，對研究兩電平換流器直流電網(wǎng)故障具有借鑒意義；文獻(xiàn)[14]提出了基于直流電壓變化率的直流電網(wǎng)直流故障保護(hù)方法；文獻(xiàn)[15]提出了一種具有直流故障限流能力的改進(jìn)型子模塊MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能夠在故障時實現(xiàn)電流阻斷；文獻(xiàn)[16,17]研究了超導(dǎo)故障限流器在直流電網(wǎng)中的應(yīng)用，探索了新技術(shù)在直流電網(wǎng)保護(hù)的應(yīng)用前景。

本文針對大型光伏電站直流匯集電纜故障電流峰值高，上升速度快，具有很強(qiáng)的沖擊性的特點，提出了一種基于限流電抗的直流電纜綜合保護(hù)方法，并進(jìn)行相應(yīng)的仿真分析。

圖1 光伏電站直流升壓匯集系統(tǒng)拓?fù)?/p>

圖2 直流升壓匯集接入系統(tǒng)低壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖4 直流匯集低壓電纜綜合保護(hù)方案

結(jié)論

光伏電站直流升壓匯集系統(tǒng)直流線路故障電流峰值高，上升速度快，具有很強(qiáng)的沖擊性，為了抑制故障電流，保護(hù)系統(tǒng)脆弱元件，同時延長保護(hù)的動作時限，本文改進(jìn)電流微分量的獲取手段，提出了直流電纜綜合保護(hù)方法。仿真結(jié)果表明，基于串聯(lián)電抗的光伏電站直流匯集接入系統(tǒng)低壓電纜綜合保護(hù)方法有以下優(yōu)點：

1）能夠不受故障類型、位置和過渡電阻的影響，在5ms內(nèi)快速識別和隔離極間故障及單級接地故障。

2）故障動作判據(jù)簡單可靠，并且可以得到故障位置信息，便于故障檢修。

3）受數(shù)據(jù)不同步影響小。在兩端數(shù)據(jù)不同步情況下，仍能可靠動作，通過與后備保護(hù)配合可消除數(shù)據(jù)不同步帶來的拒動風(fēng)險。

本文所提方法在實現(xiàn)對直流匯集電纜保護(hù)的同時具備故障定位能力，具有較高應(yīng)用價值。