与基于相控换相技术的电流源换流器型高压直流输电不同，柔性直流输电中的换流器为电压源换流 器(VSC)，其最大的特点在于采用了可关断器件(通常为IGBT)和高频调制技术。

　　通过调节换流器出口电压的幅值和与系统电压之间的功角差，可以独立地控制输出的有功功率和无功功率。这样，通过对两端换流站的控制，就可以实现两个交流网络之间有功功率的相互传送，同时两端换流站还可以独立调节各自所吸收或发出的无功功率，从而对所联的交流系统给予无功支撑。

　　随着化石能源的日益枯竭和环境的日益恶化,中国乃至世界都在大规模开发和利用新能源。

　　基于模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的柔性直流电网不仅具备柔性直流快速、灵活可控等技术特点,还可以最大限度地综合利用各种新能源,因此柔性直流电网已经成为当前直流输电领域最重要的研究热点之一。

　　然而,与交流系统相比,直流电网是一个“低阻尼”系统,当直流线路发生故障时,故障电流发展得更快,故障影响范围更广。

　　已有两端直流输电工程中采用的保护因存在动作速度慢、线路成网后失去选择性等问题不能满足多端直流电网对线路保护的要求。

　　因此,直流电网直流线路保护是柔性直流电网发展亟需解决的关键技术之一。直流电网的直流线路保护主要包括两个方面:直流故障的快速检测与直流故障的可靠隔离。针对直流电网保护亟需解决的上述问题,本文从直流故障的快速检测与直流故障的可靠隔离方面对柔性直流电网的保护原理进行研究,具体内容如下:首先,分析了对称双极MMC系统的基本结构,指出其在直流线路两端安装的直流电抗器对直流线路的保护具有重要意义;分析了柔性直流输电系统的直流线路在双极短路故障和单极接地故障时直流电抗器电压的特征,提出了基于直流电抗器电压的直流线路边界保护原理。

　　该保护利用故障线路和非故障线路直流电抗器电压大小和方向的不同,构造了故障线路判据;利用故障线路正、负极直流电抗器电压大小的差异进行故障类型和故障极的判别。

　　该保护仅通过单端量即可实现对故障的快速检测、识别,适合作为直流电网直流线路的主保护,不仅能够满足直流电网对保护的要求,而且保护方案简单易实现,对硬件要求较低,无需通讯。

　　另外,PSCAD/EMTDC中的仿真结果验证了所提出的保护方案能可靠区分区内、外故障,在潮流反转的情况下不会误动。

　　其次,分析了直流线路在区内、区外故障时线路两端电流突变量的特征,利用线路两端电流突变量计算出夹角余弦值,提出了基于电流突变量夹角余弦的直流线路纵联保护原理,并设计了保护的动作方案,适合作为直流电网直流线路的后备保护。

　　该保护方案利用电流突变量的夹角余弦值构造了故障识别判据,采用改进电压梯度法快速启动,并利用正、负极电压比值来识别故障极。

　　仿真结果表明,所提出的保护方法不仅可以可靠识别区内、外故障,同时具有较强的耐过渡电阻能力且不易受线路分布电容电流的影响。

　　最后,研究了直流断路器的基本结构与工作原理,重点研究了基于混合式直流断路器的直流故障隔离技术。

　　分别对基于直流电抗器电压的主保护和基于电流突变量夹角余弦值的后备保护的故障隔离特性进行了仿真验证,仿真结果验证了混合式直流断路器在隔离故障线路方面的有效性。