多端直流系統直流故障保護研究綜述

焦在濱，姜振超

(1.陜西省智能電網重點實驗室(西安交通大學)，陜西 西安 710049；2. 國網四川省電力公司電力科學研究院，四川 成都 610072；3. 西安交通大學電氣工程學院，陜西 西安 710049)

多端直流系統直流故障保護研究綜述

焦在濱1,3，姜振超2

(1.陜西省智能電網重點實驗室(西安交通大學)，陜西 西安 710049；2. 國網四川省電力公司電力科學研究院，四川 成都 610072；3. 西安交通大學電氣工程學院，陜西 西安 710049)

對國內外多端直流系統的故障保護問題進行了綜述。 首先分析了基于電壓源型換流器的多端直流系統故障的過程，研究了故障電流的特征和解析表達式。其次討論了針對多端直流系統的繼電保護原理，對電壓/電流保護、縱聯保護和行波暫態量保護進行的分析。然后針對多端直流系統的故障隔離問題，從選擇性和恢復速度的角度對現有的策略進行了分析。最后，建議應當從加強有針對性的繼電保護方案研究、重視故障快速恢復過程中換流器的性能以及關注測量環節對故障保護的影響3個方面展開研究工作，解決多端直流輸電系統的故障保護問題。

多端直流系統；故障識別；故障隔離；繼電保護

對于多端直流系統的故障處理技術的研究主要包括以下3個方面：

1)多端直流系統的故障分析

故障分析是故障識別與故障隔離的基礎。多端直流系統大多采用電壓源型換流器，其故障特征受系統結構、換流器結構以及控制策略的影響，傳統電力系統中基于工頻電氣量分析的故障分析方法顯然已經不再適用。

目前，多端直流系統的故障分析主要采用解析分析與電磁暫態仿真相結合的方法，關注的重點包括故障暫態過程、故障電流的特性(峰值及波形)以及故障電流到達峰值的時間等問題。

2)多端直流系統的故障識別與定位

直流系統的繼電保護技術經過多年的發展及工程應用已日趨成熟，雖然新原理不斷涌現，但是雙端直流輸電工程仍采用早期的保護配置并能夠可靠運行。多端直流系統在要求故障識別的快速性和靈敏性之外，由于直流系統成網，在故障隔離過程中對故障元件的識別(定位)有較高的要求。同時，電壓源型換流器耐受故障電流的能力較差，要求繼電保護在幾毫秒內動作并可靠有選擇性地隔離故障。如何解決故障識別的可靠性、選擇性和快速性之間的矛盾，在多端直流系統尤為突出。

該領域的研究熱點在于提出多端直流系統繼電保護的新原理與新算法、保護的整定方案等。

3)多端直流系統的故障隔離與恢復

多端直流系統的一個顯著特點是“直流成網”，即當發生故障時需將故障隔離在盡量小的范圍之內，保證直流電網中其他健全元件的正常運行。若多端直流系統能夠配置性價比及可靠性均滿足電力系統要求的直流斷路器，其故障隔離和恢復過程與交流系統相同。

在直流斷路器技術和經濟性不能夠滿足大面積應用的情況下，如何利用交流斷路器與快速隔離開關配合或者考慮換流器的阻斷特性來實現故障的快速隔離與迅速恢復是多端直流系統運行必須面對的問題，目前電壓源型換流器的重啟時間和重啟過程都不能滿足電力系統的要求，需要著力研究。

下面從多端直流系統的故障分析、故障識別定位和故障的隔離恢復3個方面，對目前國內外的相關研究成果進行了回顧和分析，對未來研究方向進行展望，并提出一些觀點，以期能夠對今后的相關繼電保護問題研究有所助益。

1 多端直流系統故障特征分析

故障特征分析是故障甄別與故障隔離的基礎。多端直流系統廣泛采用電力電子橋式換流電路，其故障響應具有快速性、非線性、與控制策略強相關性，以同步發電機正弦電源為基礎的解析故障方法無法直接應用，目前廣泛應用的故障特征分析均基于電磁暫態仿真。即便如此，由于電力電子技術仍處于高速發展的過程中，為解決可靠性、效率、體積等問題，新的器件與電路拓撲不斷提出并示范應用，多端直流系統故障特征分析的理論和方法仍是目前研究的熱點與難點。

就多端直流輸配電系統而言，目前被廣泛接受并應用的系統結構包括不對稱結構、對稱結構和雙極結構，換流器一般采用兩電平換流器、三電平換流器以及模塊化多電平換流器，國內外關于多端直流系統故障分析的研究均以此為基礎。

文獻[4-7]以兩電平換流器為例，考慮直流系統接線方式，分析了基于電壓源型換流器的高壓直流輸電系統(VSC-HVDC)在發生極間和極-地故障時的故障特征。對極間故障，故障電流由三部分組成[4-5]，分別是：故障發生后換流器電路中電容的放電電流、線路電感通過續流二極管的放電電流[5-6]以及由交流系統通過續流二極管向故障點提供的短路電流。對于極-地故障，故障電流的組成與接地方式相關[6]，對于典型的對稱結構拓撲而言，其故障電流由兩部分組成，分別是：故障發生后換流器電路中電容的放電電流和由交流系統通過續流二極管向故障點提供的短路電流。

文獻[6]指出，對于多端直流系統，短路電流尚需考慮健全線路的貢獻。同時，對于模塊化多電平換流器組成的直流系統，由于其各模塊獨立檢測過電流并對模塊進行控制，其故障特征與兩電平換流器并不完全相同。

文獻[7]在理論分析的基礎上，給出了極間和極-地故障的等效電路，并理論推導了各個階段短路電流的解析表達式。特別需要指出的是，該文獻在解析分析的過程中，將交流系統提供的短路電流分為暫態短路電流(考慮換流器電容效應)和穩態短路電流兩個部分，從而與實際情況更加相符。對于極間故障，交流系統提供的短路電流可通過求解由續流二極管組成的不控整流電路直流側短路問題得到。對于極-地故障，交流系統提供的短路電流則可通過求解回路中穿有續流二極管的交流電路得到。

無論采用多電平結構，還是采用模塊化多電平結構，電壓源型換流器均無法獨立地阻斷直流系統的故障電流并實現故障隔離。為滿足電力系統對多端直流系統的運行要求，具有阻斷能力的換流器結構及其故障特征成為近年來研究的熱點。其中有代表性的包括：全橋子模塊多電平換流器[8]、鉗位雙子模塊換流器[9]、串聯雙子模塊換流器[10]和二極管鉗位子模塊[11]等。

文獻[12]對具有直流故障清除能力的換流器的故障特征進行了分析，指出雖然阻斷直流故障的機理不同，但其表現出的故障特征卻極為相似，即在電力電子器件關斷前的故障特征與多電平換流器一致，電力電子器件關斷后交流系統與直流系統完全隔離，交流系統不向故障點提供持續的短路電流。

阻斷時間和阻斷能力是表征具有直流故障清除能力的換流器特征的重要指標[12]。故障阻斷時間是指在換流器接到阻斷指令到直流短路電流被限制為0的時間，文獻[12]通過研究發現，阻斷型換流器的故障清除時間為3～8 ms不等，其中串聯雙子模塊換流器的阻斷時間為3 ms，而基于鉗位雙子模塊的換流器阻斷時間則為8 ms。對于阻斷能力，則主要考慮交流線電壓與潛在饋流回路電容電壓的關系，通過分析，串聯雙子模塊清除故障時潛在饋流回路電容電壓要求較低，阻斷能力強。

文獻[13]比較了不同結構的多端直流輸電系統在發生單極對地故障時的故障特征。在不采取控制措施的情況下，電壓源型換流器的故障自由(暫態)過程時間為15～20 ms。相對于交流系統的故障響應時間，電壓源型換流器的故障響應時間非常快，在故障發生后1 ms之內，換流器即開始向故障點饋入短路電流，對于單極-大地回線結構的柔性多端直流系統，故障電流達到峰值的時間小于4 ms，而若采用單極-金屬回線結構形式，則該時間約為6 ms，這是由于金屬回線回路的阻抗增加了直流電容及健全線路分布電容向故障點放電的時間常數。同理，采用單極-大地回線結構的柔性多端直流系統短路電流的幅值也比單極-金屬回線結構的系統大，對設備的安全具有更大的威脅。

柔性直流輸配電系統的過電壓問題與網絡結構和控制策略密切相關，在采用單極對稱結構的直流系統中，發生極-地故障時，健全極的電壓將升高為額定電壓的2倍[4,14]。

雖然從以上的綜述可見，國內外學者對基于電壓源型換流器的故障過程及故障分析已達成共識，但從論文的仿真結果看，結構形式和控制策略仍然將影響故障電流的具體波形。幸運地是，由于多端直流系統中所采用的全控型電力電子器件耐受過載能力較差，系統要求的故障清除時間不大于5 ms[15]，因此故障甄別僅能應用直流電容放電這一階段的故障信息，對故障暫態全過程波形的細微差別并不敏感。

在故障穩態過程中，無論是采用多電平換流器還是半橋型多電平換流器，交流系統均持續向直流故障點饋入電流，對交流系統而言也是一種故障狀態；但是，由于直流系統對故障切除的時間要求嚴苛，因此，就短路故障傳播問題而言，僅在考慮后備保護時需考慮直流故障對交流系統的影響和保護配合問題。

2 多端直流系統的故障識別與故障定位

故障識別與故障定位算法是故障隔離的基礎，是故障清除過程的重要組成部分。交流系統的繼電保護經過多年的發展，已經形成了以電壓/電流保護、距離保護、行波和暫態量保護以及利用故障后全頻帶信息的保護等眾多的保護原理，并已被直流系統借鑒并在工程中廣泛應用。高壓直流輸電工程普遍采用行波保護、微分欠壓保護、縱聯電流差動保護、低電壓保護等原理識別故障[16-17]，可以說直流系統并沒有形成針對自身特點的特殊保護體系，其保護均來源于交流系統，除算法形式外并無特殊之處。

目前，無論是LCC-HVDC直流系統還是VSC-HVDC直流系統大多為“點對點”兩端結構，其故障隔離均采用換流器交流側斷路器跳閘的策略。目前的直流系統繼電保護原理具有“重故障識別、輕故障定位”、“重快速性和靈敏性、輕選擇性”的特點，將其直接應用于多端直流系統的故障識別將會導致故障切除范圍擴大等問題，影響交直流系統的安全運行。

基于電壓源型換流器的多端直流系統的故障識別與故障定位是目前研究的熱點，目前的研究主要集中在電流電壓保護、縱聯保護、行波及暫態量保護以及基于智能算法的保護原理研究上。

2.1 電流/電壓保護

電流/電壓保護是最直接反應電力系統故障特征的保護原理，其一般通過電流幅值的增加或電壓幅值的降低來識別故障，在多端直流系統中，尚需考慮故障電流升高的速度和持續時間。

文獻[18-19]提出了一種基于電流變化率的直流故障識別判據。文獻[18]提出了一種針對艦船直流配電系統的過電流保護方案。文獻[19]針對多端直流系統提出的保護判據在直流電壓跌落時啟動，并以直流電流變化量超過電流定值且持續時間超過時間定值作為動作條件。為了防止由于交流系統的擾動造成的不正確動作，采用直流電流的變化率作為閉鎖條件，當直流電流變化率小于定值時閉鎖保護，防止誤動。遺憾的是，文中并未給出相應地整定原則。

為保證選擇性，文獻[20]設計了一套適用于輻射狀直流配電網的保護方案。該保護方案將故障分為近區故障(保證速動性)和遠端故障(保證選擇性)。在過電流保護判據和電流變化率保護中均采用兩段式設置，構建電流速斷保護、限時電流速斷保護、近區故障電流變化率保護和遠端故障電流變化率保護，通過階段式電流保護的思想實現了輻射狀配電網故障的可靠識別。該方案的不足之處在于遠端故障的清除時間較長，不能滿足多端直流系統對繼電保護快速性的要求。

文獻[21]提出了一種多端直流系統的電壓電流保護方案，其在方案中設計了一種“三取二”的表決器，解決低電壓保護和過電流保護的可靠性問題。方案中的3個判據分別是故障電流的小波系數、故障電壓的小波系數以及電壓幅值和變化率。該方案能夠通過比較小波系數或電壓幅值變化率的大小確定故障線路的位置，對于保證選擇性具有一定的意義。由于采用小波變化對信號進行了處理，該文獻并未直接應用電壓電流信號，并通過各區域信號的相對關系確定故障位置，部分解決了電壓電流保護的靈敏性問題，但其整定值確定需要經過電磁暫態仿真確定，并不具備良好的工程應用前景。

電流/電壓保護是基于單端電氣量的保護原理，需要通過定值與時間的配合來保證選擇性，對輻射狀直流電網或其他對選擇性要求不高的系統是一個性價比很高的選擇；但是對于多端直流系統，特別是輸電系統，其只能作為后備保護，與性能更好的主保護配合保證設備及系統的運行安全。

2.2 縱聯保護

縱聯保護，特別是電流差動保護，作為主保護廣泛用于高壓交流輸電系統中。在應用于LCC-HVDC系統時，電流差動保護不能區分直流輸電線路故障電流和逆變側交流系統故障而引入的100 Hz分布電容電流，需延時動作，從而失去了“全線速動”的特性，只能作為傳統直流輸電系統的后備保護。電壓源型換流器件在故障暫態過程中迅速關閉，交流系統通過串聯的續流二極管或由續流二極管組成的不控橋式整流電流與直流系統聯系，饋入短路電流；且直流電容和健全線路的電容電流在故障初期遠大于交流系統饋入的電流：因此在理論上，電流差動保護是可以應用于多端直流系統的，需要解決的只是判據形式的問題。

文獻[20]介紹了一種基于采樣值的電流差動保護，其判據形式與基于相量的差動保護形式相同，均采用比率制動特性。判據中設置了參數R和S來保證可靠性，在由差動電流和直流電流組成的平面中，當軌跡中R個點中有S個進入了動作區，則判定為區內故障，否則，則判定為區外故障。

文獻[22]提出了一種由電流“能量”構成的差動保護，將電流信號進行離散小波變換；并且變換后的小波系數在選定的時間窗內積分得到電流信號的“能量”，并參照電流差動保護的判據構建差動量和制動量，從而實現對區內故障的識別。

縱聯方向保護是另外一種類型的縱聯保護，在交流系統中通過判別被保護元件兩端電流的方向來識別內部故障。由對柔性多端直流系統的故障特征進行分析可知，直流線路故障時直流電流具有明確的方向性[22]，故理論上縱聯方向原理是可以應用于柔性多端直流系統的，所面臨的無非是如何構建方向元件的問題。

文獻[23-24]分析了基于電壓源換流器的直流輸電系統區內外故障特征的基礎上，分別構建了基于波形相關性的縱聯保護判據。區內故障時，兩端換流器直流側電流變化的方向是相反的，區外故障時，其變化方向相同。文獻[23]采用就地判別方向的思想，在規定數據窗內對電流變化率求和，若其大于規定的(正)門檻，則表明電流是增加的，相反，若其小于規定的(負)門檻，則表明電流是減小的，通過比較電流變化的方向識別區內故障。文獻[24]則通過直接計算兩側電流的時域相關系數識別區內故障。

綜上，縱聯保護的原理和思路可以直接應用于多端直流輸電系統，但是在具體判據上會存在不同于交流的形式。必須指出的是，由于縱聯保護需要在多個VSC換流站之間傳輸數據，其動作速度高度依賴于通信系統，是否能夠滿足柔性多端直流系統的需要尚需進一步的研究。

2.3 行波及暫態量保護

行波保護是目前高壓直流輸電線路廣泛應用的主保護，其充分利用電力系統故障暫態波過程中的故障信息實現故障的檢測和定位。暫態量保護一般利用故障暫態信號中的能量等信息檢測并識別被保護元件的內部故障，雖未廣泛應用，但一直是繼電保護的研究熱點。行波及暫態量保護所利用的信號或信息均不具備穩態特性，即其隨時間衰減，在實際應用中的可靠性問題一直被廣泛質疑，在將其應用于柔性多端直流輸電系統中的過程中，可靠性也是必須關注和著力解決的問題。

文獻[25]提出了一種用于雙端直流輸電線路的行波保護原理。其考慮輸電線路兩端平波電抗器(LCC-HVDC)對行波傳播的影響，利用區內外故障行波傳播路徑中是否存在平波電抗器作為故障定位的依據。該方案首先利用故障電壓反行波的1模分量識別故障，并利用該分量的變化量區分區內、外故障，然后利用1模分量和0模分量數值相對大小選出故障類型，以實現故障隔離。

文獻[26-27]同樣利用直流輸電線路上串接的電感元件對行波和暫態信號傳播的影響構建保護原理。文獻[26]采用電壓變化率，即“微分欠壓”的形式構建保護原理，而文獻[27]則根據暫態過程中直流線路電抗器兩端電壓的相互關系識別故障和故障區域。需要說明的是，文獻[25-27]給出的是典型的行波/暫態量保護判據的構建方式，其思想具有通用性。

文獻[28]針對VSC-HVDC系統輸電線路未裝設電抗器的情形，考慮直流濾波器支路對不同位置故障暫態行波傳播電路的頻譜特性的影響，提出了一種基于固有頻率的直流輸電線路保護方案。該方案利用被保護元件區內、外故障時暫態(行波)信號的固有頻率的差異，并與行波信號的暫態能量相配合實現故障的識別。

可見，對于行波和暫態量保護而言，其實質上都是在描述故障行波穿越“邊界”的特性，這種邊界可以是交流系統中的母線、故障點，也可以是直流系統中的平波電抗器和直流濾波器。借助于故障暫態行波信號在傳播過程是否穿越“邊界”所帶來的幅值、頻率、波形等信息來識別故障發生在區內還是區外，因此可以將這種保護方案均稱之為“邊界保護”。需要說明的是這類保護方案根據行波傳播路徑特征識別故障并進行故障定位，電壓電流測量裝置的安裝位置對結構有決定性的影響，在實際應用中應給予考慮。

無論是故障行波的波過程還是電路的暫態響應，其均與故障的類型和嚴重程度密切相關，且隨著電容電感等元件暫態過程的結束和消失，因此，行波和暫態量保護無法回避工程應用中的可靠性問題，這也是制約其應用的最關鍵因素。

除此電壓/電流保護、縱聯保護和行波/暫態量等高壓直流輸電系統應用的主流保護之外，國內外學者針對多端直流輸電系統還提出了直流距離保護[29]、諧波保護[30]、基于智能算法的保護[31]等保護原理以及后備保護方案[32-33]。這些原理和方案尚在不斷的完善和發展中，待成熟后對提高多端直流輸電系統的繼電保護性能將發揮巨大的作用。

綜上所述，柔性高壓直流輸電系統的故障識別與故障區域定位方法在可靠性、快速性等方面與電力系統的要求尚有較大的差距，深入研究柔性高壓直流輸電系統的故障特征，充分考慮其電路非線性、響應快速性、故障清除時間速動性、故障隔離范圍選擇性等特點和要求，構建新的保護體系和保護方案是非常有意義的研究方向。

3 多端直流系統的故障隔離策略

交流電網的故障隔離依賴斷路器，簡單實用。目前多端直流系統的故障隔離策略主要包括3種技術路線：采用交流斷路器與直流隔離開關、采用不同類型的直流斷路器以及采用具有故障阻斷能力的換流器隔離故障。直流斷路器技術尚未達到大規模工程應用的要求，目前的多端直流工程全部采用通過換流器交流側斷路器隔離故障的策略，動作時間長，且無選擇性，在故障元件從直流系統中清除后換流器重啟過程復雜，故障恢復時間長，不能滿足多端直流系統運行的要求。

文獻[34]研究采用交流斷路器與直流快速隔離開關的故障隔離技術，在故障識別技術無法保證選擇性的情況下，基于各換流器就地方向判別結果，提出了一種直流線路故障隔離的“握手原則”，若換流器出線電流為正方向則跳開相應的隔離開關，反之則不動作。由于其僅僅利用就地的方向判別來識別故障，則不可避免地造成健全線路某一側的方向元件誤動作，因此必須通過快速隔離開關的重合來糾正不正確動作，故障隔離時間無法保證。

文獻[35-36]將這一原則推廣到采用具有阻斷特性的電壓源型換流器多端直流電網中。文獻[37]則在設計采用直流斷路器的故障隔離方案中應用了“握手原則”。

文獻[38]給出了一種適用于架空線路多端直流電網的保護方案，其重點考慮如何應對架空線路瞬時性故障的問題。文獻中提出了基于半橋MMC+直流斷路器和阻斷型MMC兩種保護策略。故障發生且斷路器動作(阻斷型換流器阻斷)后，針對瞬時性故障，設置了3次換流器重啟動，若重啟成功則系統成功進行了故障穿越可以繼續運行；若重啟失敗則說明輸電線路發生永久性故障，需要通過快速隔離開關隔離故障。對于半橋MMC+直流斷路器方案，無論重啟是否成功，均可以保證健全系統的穩定運行，而對于采用阻斷型MMC的方案，若重啟失敗，則多端直流系統面臨全停的風險，恢復過程需要較長時間。

此外，文獻[12,39-41]從電壓源的拓撲結構和控制策略方面對具有阻斷特性的換流器進行了研究，以期能夠通過改進換流器的性能解決直流電路故障阻斷時間長和阻斷能力不足的問題。文獻[42-45]從實際工程出發，介紹了目前實際柔性多端直流輸電工程的保護配置和運行情況，并從電力系統運行的角度為保護原理和故障隔離策略的研究提出了建議。

綜上所述，多端直流系統直流線路故障的隔離方案可以簡單地分為換流器停電和換流器不停電兩種。換流器停電方案包括采用交流斷路器切斷交流側向直流側饋入的短路電流以及通過換流器自身阻斷交流側向直流饋入的短路電流；換流器不停電方案則通過直流斷路器隔離故障，隔離過程迅速且不影響系統健全部分的運行。顯然，采用直流斷路器的方案更符合多端直流系統運行的要求。在直流斷路器不成熟的情況下，若采用換流器停電方案，除考慮阻斷時間和阻斷能力外，還應考慮如何在無選擇性停電之后迅速恢復的問題，在此情況下如何縮短放電后的直流電容再充電的過程顯得尤為重要。

4 結論與展望

快速性、選擇性、靈敏性和可靠性是電力系統對繼電保護的基本要求，多端直流系統的故障識別原理與隔離方案的研究也必須遵循這一基本原則。雖然國內外學者已經進行了大量的研究，但多端直流系統故障識別的快速性與故障隔離的選擇性問題仍然未能得到解決。無選擇性地切除故障必然帶來健全系統恢復的問題，雖然基于直流斷路器的方案能夠解決快速恢復的問題，但其技術尚不成熟；而基于逆變器停電的故障隔離方案則無法保證系統健全部分的快速恢復，不能滿足電力系統的運行要求。

1)在繼電保護的原理方面，目前多端直流系統的故障識別問題已有多種解決方案，并在雙端直流輸電系統中廣泛應用。但是，對于多端直流系統，僅僅可靠靈敏地識別故障并不能夠滿足電力系統運行的要求，尚需要對故障發生元件進行識別和定位。從目前的文獻來看，直流保護原理的選擇性通常通過以下3種形式實現：定值與延時的配合，其無法保護直流線路全長，且無法滿足柔性直流系統故障隔離快速性的要求；采用基于通信的縱聯保護方案，通信系統的速度和可靠性制約故障隔離的速度和可靠性；依賴行波及暫態量信息進行邊界識別，靈敏性不足，實際應用中也存在可靠性的問題。

因此，跳出傳統交流繼電保護方案的束縛，充分研究多端直流系統的結構特征、控制策略以及故障特征，并在此基礎上構建新的繼電保護方案可能是需要重點關注的問題。

2)在故障隔離方面，進一步加大直流斷路器產品化、實用化研究的基礎上，充分考慮換流器的阻斷能力，著重研究并提出具備快速重啟特性的阻斷型換流器是解決多端直流電網故障清除選擇性和故障恢復快速性的一個渠道。

3)重視測量環節可靠性與精度對故障識別與故障隔離的影響。測量環節是繼電保護的重要組成部分，測量環節的可靠性將直接影響到故障識別和故障隔離的可靠性，由于測量環節導致的直流系統停運事故層出不窮[46]。在交流系統的保護中，通過TA飽和識別、TA和TV斷線識別來閉鎖保護，防止由于測量環節造成的繼電保護不正確動作，多端直流系統中尚未見到相關文獻和算法，測量環節與通信環節的可靠性問題及其對多端直流系統繼電保護的影響值得關注。

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A survey on relay protection for multi-terminal DC systems at home and abroad is given. Firstly, the electromagnetic transient during fault is analyzed in a voltage source-based DC system, and the characteristics and analytical expression of fault current are studied. Secondly, for the issues on fault detection and isolation, many protection schemes, including current and voltage based protection, pilot protection and travelling wave or transient based protection, are discussed. Thirdly, the different fault isolation strategies are compared considering the power system requirements, such as rapidity and reliability. Finally, it is suggested that the further researches in three aspects, including novel algorithms for rapid fault detection in multi-terminal DC system, rapid fault restoration schemes based on converters with special structures and the influences from errors brought by DC current and voltage measurement, should be promoted.

multi-terminal DC system；fault identification；fault isolation；relay protection

TM73

B

1003-6954(2017)01-0063-08

0 引 言

國家自然科學基金面上項目(51377129)

2016-10-06)

直流輸電系統由于其在傳輸容量、傳輸距離、線路損耗等方面的優勢得到了飛速的發展。研究表明，多端直流輸、配電系統在大規模及分布式新能源接入、弱系統供電(偏遠地區及海島等)以及城市配電等領域具有巨大的優勢。隨著電力電子技術的快速發展，多端直流系統將成為未來電力系統的重要組成部分。

直流系統，特別是直流輸配電線路故障的快速識別、可靠隔離與迅速恢復對于多端直流輸配電系統的安全運行具有重要的意義。由于直流斷路器技術尚不成熟，故障處理(識別、隔離與恢復)技術成為制約多端直流輸電系統運行的瓶頸。國內外學者