01 研究背景
中国目前已建成南澳、舟山、张北和昆柳龙等多个多端柔直工程，在区域电网互联、海岛供电和大规模新能源协同送出等多个场景下实现了应用。直流线路故障是直流系统最常见的故障，为提高系统的可靠性和灵活性，当多端柔直系统发生直流线路故障后，需迅速清除故障并恢复健全系统的正常运行。目前主要的直流线路清除方案包括交流断路器方案、直流断路器方案和子模块故障电流自清除方案3种，且相继在不同的多端柔直工程中得到了验证。本文结合多个多端柔直工程实际应用情况，对3种方案进行了详细的方案概述和现场实证介绍。
02 主要内容及创新点
1）交流断路器方案成本最低，但故障处理时间较长，扰动大。
该方案在故障发生后，换流阀闭锁切除电容放电回路，并通过交流断路器分闸切除交流故障回路，待直流电流衰减后，通过直流侧开关分闸将故障点完全隔离，故障处理方案如图1所示。
图1 交流断路器方案故障处理策略
该方案在故障切除后仍然存在桥臂电流直流分量的续流回路，因此该方案的关键点在于通过配置阻尼电阻加速直流电流衰减。
该方案基本无需增加额外设备，成本最低，适用于对成本造价敏感的场景。舟山工程采用了交流断路器方案实现直流线路故障隔离和恢复，如图2所示。
图2 舟山工程系统拓扑
2）直流断路器方案故障处理速度快，功率不中断，但成本相对较高。
该方案在故障发生后，通过直流断路器，在换流器与故障点之间的直流侧同时切断电容放电回路和交流故障回路，实现故障点与外部带电系统的电气隔离，再借助直流断路器的重合闸能力实现故障恢复，故障处理方案如图3所示。
图3 基于直流断路器的故障处理方案
对于不同的多端直流系统拓扑和线路类型， DCCB布置方式总体可分为两大类：线路双端布置和线路单端布置，其中单端布置方案具有较优的成本优势。其中，双端布置方案适用于直流网状系统、架空线系统等场景，单端布置方案适用于辐射状电缆系统，如大规模海风多端直流送出工程。
张北工程采用了直流断路器方案实现直流线路故障隔离和恢复，如图4所示。
图4 张北工程系统拓扑
3）子模块故障自清除方案故障处理速度快，具备降压能力，但会出现功率中断。
基于全桥子模块和半桥子模块混合的换流器拓扑综合考虑了故障电流清除和经济性，在实际工程中得到了应用和验证。该方案将换流阀桥臂子模块部分更换为具有阻断电流能力的子模块，故障期间通过电力电子器件切断电容放电回路和交流故障回路，故障处理方案如图5所示。
图5 基于全半混合子模块的故障处理方案
全半混合子模块具备降压至0甚至负值能力，其可实现高低端阀组的在线投退功能，因此该方案适用于采用高低端阀组的特高压柔直系统。昆柳龙工程采用了全半混合子模块方案实现直流线路故障隔离和恢复，如图6所示。
图6 昆柳龙直流工程
03 研究结论
本文针对多端柔直的线路故障清除和恢复问题，讨论了交流断路器方案、直流断路器方案和子模块故障电流自清除方案，并对3种方案进行了技术和成本对比，得出以下结论：
1）通过优化系统设计和控制保护策略，3种方案均可在1s内实现线路故障清除和恢复。
2）交流断路器方案需闭锁所有换流器，功率中断时间较长，对交流电网扰动相对较大，但成本最低，适用于低成本需求场景。
3）直流断路器方案无需闭锁换流器，功率不中断，故障清除和恢复时间快，但是成本较高，双端布置方案适用于直流架空线网状系统，单端布置方案适用于辐射状电缆系统。
4）子模块故障自清除方案无需闭锁换流器，功率会出现中断，具备多次重启和零压运行能力，适用于采用高低端阀组的柔直系统。
04
后续研究方向或讨论话题
实际工程应用中，考虑VSC-MTDC应用场景的复杂性，系统配置无需限定于某个特定方案，可采用上述3种方案中的多个组合，以实现全系统技术和成本综合最优。
参 文 格 式
马秀达，姜崇学，卢宇，等．多端柔性直流系统的线路故障处理方案综述及工程实践[J/OL]．电网技术,1-13[2025-08-05].https://link.cnki.net/urlid/11.2410.TM.20250804.1114.007.
MA Xiuda，JIANG Chongxue，LU Yu，et al．DC line fault handling solutions and engineering practice for VSC-MTDC system[J/OL]．Power System Technology,1-13[2025-08-05].https://link.cnki.net/urlid/11.2410.TM.20250804.1114.007(in Chinese)．
相关文献扩展阅读
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余修勇，顾菊平，张新松，等．柔性直流电网故障暂态电压和电流特征分析方法[J]．电网技术，2024，48(7)：2958-2966．
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李国庆，王晓雪，江守其，等．基于混合型MMC的柔性直流电网故障穿越协同控制策略[J]．电网技术．2024，48(12) ：4817-4825．
团队介绍
南瑞继保研究院柔性输电研究所主要从事超/特高压常规直流输电(LCC-HVDC)、超/特高压柔性直流输电(VSC-HVDC)和柔性交流输电(FACTS)关键技术研究及装备研制工作。先后承担完成多个国家863及重点研发计划项目/课题，所研制的晶闸管换流阀、电压源型换流阀、高压直流断路器、成套控制保护、电子式/光学互感器、统一潮流控制(UPFC)、储能变流器、直流融冰系统、SVG、SVC、可控高抗、交流高速开关等系列产品成功应用在包括±1100 kV昌古特高压直流、±800 kV乌东德送电广东广西特高压混合直流、±800 kV白鹤滩-江苏特高压混合级联直流、±500 kV张北柔性直流电网、500 kV苏南统一潮流控制器、±500 kV 巴西美利山II期特高压直流、西北二通道沙洲变等科技示范及重点工程项目中。
作者简介
马秀达(1992)，硕士，研发工程师，主要从事柔性直流输电技术研究，中国科协第十届青年人才托举工程入选者。E-mail：maxiuda@nrec.com。
姜崇学(1987)，硕士，高级工程师，主要从事柔性直流输电技术研究，柔性所柔性直流系统部副经理。E-mail：jiangcx@nrec.com。
卢宇(1979)，硕士，教授级高级工程师，主要研究方向为超高压直流输电及柔性直流输电，研究院副院长。E-mail：luy@nrec.com。
