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近年来,国内外对模块化多电平换流器(modularmultilevel converter,MMC)的研究主要集中于系统建模仿真、控制系统等方面。对基于MMC的高压直流输电系统(modular multilevel converter based high voltage direct current system,MMC-HVDC)的控制和保护主要集中在基于全桥子模块的直流故障穿越研究、具有直流故障隔离能力的自阻型MMC-HVDC直流故障穿越研究和基于直流断路器的直流故障保护。柔性直流系统线路的故障处理,依赖于对故障快速、可靠的判别。目前,在已投入MMC-HVDC工程中,直流线路的保护还借鉴传统高压直流的保护策略,行波保护为主保护,微分欠压保护为后备保护。但是行波保护和微分欠压保护都基于信号的微分量,容易受噪声干扰的影响,可靠性差。柔性直流输电系统利用架空线进行大容量、长距离输电将成为今后发展的重点。为此,开展柔性直流线路保护研究,提高保护的快速性可靠性,具有理论和实际意义。本文的主要工作如下:(1)介绍柔性直流输电技术的发展和现状前景,对MMC-HVDC直流故障及保护方法现状进行阐述,陈述当前柔性直流输电保护中存在的问题,明确了后文研究的必要性。(2)对MMC-HVDC的基本原理进行分析,着重对其运行特性、数学模型以及控制策略进行研究,并在研究的基础上对当前国家计划建设投运的张北四端柔性直流电网工程进行介绍,并以工程实际数据搭建基于PSCAD/EMTDC的一次模型。(3)在搭建张北四段柔性直流输电模型的基础上,构建应用于仿真的两端双极模型,并分析了柔性直流输电直流侧线路故障的故障机理、故障特征,并对故障进行了仿真分析,包括断线故障、单极接地故障、双极短路故障。(4)在现有线路保护方法的基础上,提出两种基于直流线路行波的新型保护方法。一种是基于控制跟踪微分器(TD)的新型行波微分处理方法,能够提高保护的抗干扰能力;另一种是基于行波能量的方向纵联保护方法,包含故障方向识别判据、故障极判别算法以及最终保护实现的完整步骤。(5)设计开发了基于FPGA硬件仿真系统的柔直线路高速保护实验平台。利用该平台和MATLAB进行硬件在环仿真实验,验证了基于跟踪微分器算法的正确性和平台的高速特性。