摘要：直流配電網是未來城市配電網的重要組成部分，文章對目前國內外學者關于直流配電網方面的研究工作進行了綜述。首先分析了基于兩電平VSC換流器和基于模塊化多電平換流器的直流系統的故障特征，將故障過程劃分為多個階段，通過理論分析得到了各階段的故障電流解析表達式。其次介紹了各種適用于直流配電網的故障檢測和定位原理，主要包括電壓/電流保護、邊界保護、縱聯保護、分區保護、“握手法”等。然后，通過對比采用交流斷路器、利用換流器自清除能力和采用直流斷路器的3種故障隔離方案，對直流配電網的故障隔離策略進行了分析。最后從接地方式、保護與控制一體化、故障電流限制等方面，對配電網故障分析與處理的研究提出了建議。

0引言

柔性直流輸電技術憑借其在傳輸容量、線損、可靠性以及有功和無功的獨立靈活控制等方面的巨大優勢，已經廣泛應用于遠距離大容量輸電領域。而在電壓等級較低的中低壓配電網領域，直流配電技術雖然也具有可靠性高、線損小、便于光伏等分布式新能源接入等優點，但應用才剛剛起步，目前還僅應用于一些大規模工業園區、船舶供電、軌道交通等領域。隨著電力電子技術、儲能技術、分布式電源的發展，未來直流配電技術有望廣泛應用于城市供電系統，直流配電網是未來城市配電網的重要發展趨勢。

雖然柔性直流配電技術相較于傳統的交流配電技術擁有眾多優勢，但其目前還處在發展階段，依然面臨著許多問題。柔性直流配電技術目前的發展瓶頸主要包括以下3點：①直流潮流控制技術;②直流變壓技術;③直流故障檢測、識別和隔離技術。其中直流故障快速檢測、可靠隔離對保證柔性直流配電網的安全可靠運行具有重要意義，也是本文關注的重點。目前國內外學者關于直流系統故障檢測識別和隔離技術的研究主要可以分為以下3個方面：

1)直流配電網故障特性分析。

直流配電網故障暫態特性分析是故障檢測、定位和隔離的基礎，也是直流配電網故障檢測、識別、隔離技術的研究難點。直流配電網故障暫態特性受到較多因素的影響，主要包括換流器類型、系統結構以及系統控制策略。故障暫態過程往往是多種因素共同作用下的一個復雜的暫態非線性過程，傳統的基于工頻電氣量的故障特性分析方法顯然不再適用于直流配電網。

目前，關于直流配電網故障特性分析方面的研究多采用理論研究與仿真實驗相結合的方法，將故障暫態過程分為不同的發展階段，通過簡化等效故障放電回路，求解不同階段所對應故障電流的解析表達式來對故障暫態過程進行描述。

2)直流配電網故障檢測與定位。

直流配電網故障檢測與定位是直流配電網繼電保護的核心。直流配電系統不同于交流配電系統，其具有“低阻尼”特性，直流故障發生后，故障電流非常大，故障發展過程極快，通常在幾個毫秒內就能危及整個直流配電網的安全，因此，要求直流配電網的故障檢測與定位策略能夠在幾毫秒內快速定位故障線路。傳統的交流配電網的故障保護方法顯然不適用于直流配電網的保護。

如何處理好快速性與可靠性之間的矛盾是直流配電網故障檢測與定位需要解決的問題。目前，該領域的研究主要集中于動作速度快的保護新原理的開發。

3)直流配電網故障隔離方法。

直流配電網故障隔離技術是直流配電網繼電保護的重要組成部分。未來直流配電網的發展趨勢是“直流成網”，因此如何快速、準確地將故障隔離在盡可能小的范圍內是故障隔離技術需要解決的問題。

目前，直流配電網故障隔離方法主要包括3種：①交流側斷路器加直流側隔離開關;②換流器自清除加直流側隔離開關;③直流斷路器。其中交流側斷路器加直流側隔離開關切除速度較慢，難以滿足直流配電網對故障切除速度的要求;換流器自清除加直流側隔離開關會導致全網斷電，且具有自清除能力的換流器拓撲較為復雜，換流站的投資增加;直流斷路器能夠快速切除故障線路，其故障隔離過程與交流系統相似，但目前直流斷路器技術仍處在發展階段，直流斷路器造價昂貴也是不可回避的問題。

本文將從直流配電網故障特性分析、故障檢測與定位原理、故障隔離方法3個方面對國內外學者的研究進行歸納總結和綜述，并提出自己的一些觀點與展望，以期能夠對未來直流配電網研究與建設有所裨益。

1直流配電網故障特性分析

直流配電網故障暫態特性分析是故障檢測、定位、隔離的基礎。采用不同類型的換流器的直流配電網的拓撲結構不同，因此故障特征也存在較大差異，相應的故障暫態特性分析方法不同。本小節將針對目前最為典型的2種換流器拓撲，分別對其故障暫態特性分析的研究現狀進行詳細的介紹。

1.1 兩電平VSC換流器型直流系統故障特性

文獻[6]結合理論分析和仿真驗證對兩電平VSC換流器直流系統單極接地故障的故障暫態特性進行了細致的研究，通過對不同接地方式下直流系統單極接地故障的等效放電回路的分析和仿真，得出了兩電平VSC換流器直流系統單極接地故障特性與接地方式相關的結論。文獻[7-8]通過對兩電平VSC換流器直流系統交流側不對稱故障過程中的等效放電回路的分析，發現換流器交流出口處不對稱故障產生的零序分量會通過直流側儲能電容的接地支路形成通路，從而耦合進直流系統，導致正負極儲能電容電壓出現共模波動現象。針對該現象，文獻[9]提出了直流側電容中點經電阻接地的方法減小故障零序電流，從而減小正負極儲能電容電壓的共模波動，保持儲能電容兩端電壓的穩定。

極間短路故障是直流配電網最為嚴重的故障類型，關于兩電平VSC換流器型直流系統極間短路故障特性的研究也相對豐富。文獻[10-12]將極間短路故障暫態過程中的故障電流分成3個部分，分別是：①換流器直流側儲能電容放電電流;②直流線路電感通過續流二極管提供的故障放電電流;③交流系統通過續流二極管提供的短路電流。故障暫態過程分為如下3個階段：①直流側儲能電容快速放電階段;②二極管自然換向導通階段;③二極管同時導通階段。其中文獻[10-11]指出故障暫態過程①中的故障電流以直流儲能電容放電電流為主，并通過對直流儲能電容放電二階電路的求解，推導出了該階段的故障電流的解析表達式;故障暫態過程②中交流電源和直流儲能電容同時向故障點放電，該過程中二極管存在交替導通、關斷的換向過程，這種換向過程每發生一次，動態過程就要重新求解一次，通過求解多元狀態方程可以得到該過程中交直流側電壓電流的暫態解;故障暫態過程③發生在直流儲能電容電壓的振蕩過零時刻，該過程中電路完全對稱，相當于交流側發生了三相短路，通過求解交流側三相短路過程中的短路電流得到了此過程的故障電流暫態響應的解析表達式。除此之外，文獻[12]還考慮了IGBT閉鎖與否對故障穩定后故障電流特性的影響。

1.2 模塊化多電平換流器（MMC）型直流系統故障特性

模塊化多電平換流器相較于兩電平VSC換流器擁有波形質量高、控制靈活、運行損耗小等優勢，越來越多的被用于柔性直流輸配電領域。其拓撲結構與兩電平VSC換流器存在較大差異，尤其是直流側不含直接并聯的儲能電容，使得基于模塊化多電平換流器的直流系統與基于兩電平VSC換流器的直流系統的故障特征存在較大差異。

文獻[13]基于仿真對模塊化多電平換流器構成的直流配電系統單極接地故障特性進行了研究，主要關注交直流側不同的接地方式對于直流系統單極接地故障特征的影響，分析比較了不同接地方式的優劣。文獻[14]在理論分析的基礎上，給出了模塊化多電平換流器構成的直流配電系統單極接地故障及極間短路故障的等效放電電路，并以等效放電電路為依據，理論推導了單極接地故障及極間短路故障時的故障電流的解析表達式，需要指出的是該解析表達式的推導過程并沒有考慮故障過程中IGBT的閉鎖對故障特性的影響，僅適用于IGBT閉鎖前的系統故障特性的分析。文獻[15-18]詳細地分析了模塊化多電平換流器構成的直流配電系統極間短路故障的故障特性。其中文獻[15]詳細闡述了極間短路故障過程中故障等效電路及故障電流解析表達式的推導過程，并通過仿真實驗驗證了解析表達式的正確性。文獻[16-17]將極間短路故障過程分為IGBT閉鎖前和閉鎖后2個階段，分別對這2個階段中的故障暫態特性進行分析，通過理論推導得到了2個階段故障電流的解析表達式。文獻[18]指出換流器橋臂電抗會對極間短路故障后短路電流的流通回路產生影響，文中定義了導通重疊角，根據角的大小，分析了4種穩態短路電流通路，然后分別對這4種短路電流通路下的交直流側故障電流特性進行了分析，推導出了交流側和直流側穩態短路電流的實用計算方法。

無論是兩電平VSC換流器還是模塊化多電平換流器都不具備故障阻斷能力，為了適應未來多端柔性直流配電網的發展趨勢，同時避免使用造價昂貴的直流斷路器，具有故障自清除能力的換流器的拓撲及故障特征成為近年來的一大研究熱點。文獻[19]分析了具有故障自清除能力的換流器的故障特征，發現在IGBT閉鎖前，其故障特性與模塊化多電平換流器的故障特性完全相同，在IGBT閉鎖后，交直流系統被完全隔離，直流側故障電流逐漸衰減為零。

以上研究表明，目前國內外學者對于直流配電網故障特性的研究已初具規模，已經能夠用相對準確的解析表達式對故障暫態過程進行描述，但諸如控制系統、接地方式等因素對于故障暫態特性的影響仍沒有得到足夠的重視。未來一方面需要統一直流配電網的接地方式，另一方面需要考慮各種控制系統對于直流配電網故障特性的影響。另外，更加深入研究直流配電網故障暫態過程，尋找更為精確的解析表達式對故障暫態過程進行更加準確的描述也是未來直流配電網故障分析的發展方向。

2 直流配電網故障檢測與定位原理

直流配電網故障檢測和定位是直流配電網繼電保護的核心。目前直流配電網故障檢測與定位方法大多都參考交流系統繼電保護方法，保護原理涉及電壓/電流保護、距離保護、縱聯電流差動保護等多種保護原理。但相較于交流系統，直流配電網保護又具有其特殊性，表現為：①直流配電網對保護的動作速度要求極高;②“直流成網”的直流配電網對保護的選擇性要求很高;③直流配電網保護原理可以充分利用直流系統的邊界元件。下面將對目前國內外學者對直流配電網繼電保護方面的研究進行詳細的綜述。

2.1 電壓/電流保護

電壓/電流保護是電力系統最基礎的保護原理，它一般利用電流幅值的增大、電壓幅值的減小或者電壓、電流變化率的變化來判斷故障區間。

文獻[20]針對含分布式電源的輻射狀直流配電網提出了基于電流瞬時值的兩段式過電流保護策略。利用電壓突變作為保護啟動判據，過電流保護段是快速保護段，其能夠在故障電流的上升階段發送跳閘指令;過電流保護Ⅱ段作為過電流保護段的后備保護，用于在電容放電階段結束后，故障電流達到穩態時進行保護，該方案不足之處在于沒有充分考慮系統運行方式的影響，其保護整定值的選取缺乏可靠的依據。文獻[21]同樣針對輻射狀直流配電網設計了一套過電流及電流變化率保護方案。文章中將故障分為近端故障和遠端故障，為了兼顧速動性和選擇性，文章參考交流系統階段式保護的思想，設置了兩段式的過電流保護及電流變化率保護，與文獻[20]不同的是本文中的兩段式保護均作為被保護線路的主保護。具體地，近端故障時電流速斷保護及近端電流變化率，發出跳閘指令;遠端故障時，限時電流速斷保護及遠端故障電流變化率保護動作，切除故障線路，兩段式保護通過整定值和延時的相互配合可以實現故障線路的切除，但其缺點也很明顯，動作速度較慢，不能滿足未來直流配電網保護動作速度的要求。

綜上，電壓/電流保護雖然原理簡單，實現方便，但其動作速度和選擇性難以滿足直流配電網要求，尤其是多端柔性直流配電系統，因此電壓/電流保護在直流配電網的保護中一般只用于故障檢測。

2.2 邊界保護

邊界保護是直流電網保護所特有的保護原理，該保護原理主要利用線路邊界元件兩側故障暫態特征的差異判別故障區間。目前關于邊界保護的研究多在柔性高壓直流輸電領域展開，但其保護原理在柔性直流配電領域仍然具有適用性。因此下面關于邊界保護的綜述中并不局限于直流配電網領域。

文獻[14]對三端網狀柔性直流電網的保護原理進行研究，提出了一套僅利用單端直流電抗器電壓的大小和方向的變化特征識別故障的保護原理，該保護原理可以實現故障線路、故障類型以及故障極的判別，大量仿真驗證結果表明該方案能夠靈敏、可靠、快速地識別故障線路和故障極，且能夠耐受一定的過渡電阻，適合用作多端柔性直流系統的主保護。文獻[22]利用事先設定好的直流電抗器兩端電壓閾值5?kV和10?kV以及電壓從5?kV上升到10?kV所需要的時間來進行故障線路的識別。該保護方案實現過程中首先通過比較同一換流站不同饋出線路中的直流電抗器兩端電壓的極性，判斷可能發生故障的直流線路，再選取該條線路上的直流電抗器電壓作為研究對象，進行故障區間的判別。

文獻[23-24]利用直流電抗器兩端電壓變化率的特征，設計了適用于直流電網保護的保護原理。其中文獻[23]針對交流閥側含有接地點的直流系統，設計了一套利用直流電抗器線路側電壓變化率作為保護判據的保護原理。文中具體討論了直流電抗器的取值與直流斷路器耐受過流能力以及故障開斷時間的關系。另外，線路側電壓變化率的整定值的選取原則也是文章關注的重點內容。文獻[24]利用低電壓作為保護啟動判據;利用直流電抗器電壓變化率大小和極性判斷故障區間;利用零模故障分量的大小確定故障極，設計了一套滿足柔性直流電網要求的保護原理。

文獻[25]利用直流電抗器對故障過程中高頻電流信號的阻隔作用，提出了利用短路電流的高頻暫態能量的差別區分區內外故障的保護原理。具體地，利用小波變換提取故障過程中短路電流的高頻暫態能量，根據暫態能量的差別識別區內外故障，同時，利用直流電抗器上的壓降作為方向元件，判斷故障方向，防止保護反向誤動。該保護原理的優點在于動作速度快，能夠耐受一定的過渡電阻，不足之處在于針對不同故障類型的保護整定值不統一且保護整定值需要通過仿真獲取。文獻[26]針對兩電平VSC換流器構成的直流系統，利用直流電抗器和直流側儲能電容作為線路邊界元件，通過比較線路側與母線側暫態電壓的比值確定故障線路。

邊界保護雖然在速動性、選擇性上滿足柔性直流配電網的要求，但其實現需要直流線路兩端都裝設有直流電抗器作為前提。實現該前提，存在兩大難點：一方面并非所有直流配電網都支持安裝直流電抗器;另一方面，直流電抗器的取值目前還沒有較為完善的理論體系，不同直流電抗器的取值會對邊界保護的整定值的選取產生極大的影響。因此，邊界保護原理能否適應未來直流配電網的發展，還需要進一步的研究驗證。

2.3 縱聯保護

縱聯保護是基于雙端電氣量的保護原理，它一般利用線路兩端的差動電流、差動電流的能量或者線路兩端電流的方向的特征識別故障線路，主要包括縱聯電流差動保護、縱聯電流方向保護。

文獻[27-28]提出了利用電流差動保護原理實現直流配電網故障線路識別的方法。其中文獻[27]沿線多點布置電流光纖傳感器，通過對比相鄰傳感器上的差動電流的大小以及電流變化率的差異判斷故障區間，該方法的缺點在于成本較高。文獻[28]以電壓不平衡度作為單極接地故障的保護啟動判據，再通過電流差動保護進行故障定位，以過流和欠壓保護作為極間短路故障的保護啟動判據，再通過電流差動保護進行故障定位。

文獻[29]提出了一種基于線路直流電抗器兩側電壓暫態分量幅值比的快速方向縱聯保護判據，利用小波變化提取電壓暫態分量中的有效信息，同時通過正負極電壓的幅值比進行故障極的判別，該方法優點在于不受線路分布電容的影響，能夠在3～4?ms內快速動作，滿足柔性直流配電網對保護動作速度的要求。文獻[30]針對“手拉手”式的兩端直流配電網，設計了一套基于電流狀態矩陣的保護原理，實際上就是利用線路兩端電流方向信息進行故障線路的判別，該保護判據同時具備故障類型的判別能力。文獻[31]針對小電流接地方式下的對稱單極直流系統單極接地故障時，故障電流小甚至無故障電流的特點，利用故障暫態過程中，線路分布電容提供的微弱故障電流的特性，提出利用線路兩端暫態差流的短時能量來區分區內外故障。

縱聯保護利用雙端電氣量信息判別故障，可靠性高，但其需要解決通信和數據同步問題。實際應用中其動作速度和可靠性能否滿足直流配電網的要求還有待進一步的驗證。

2.4 其他保護

除了電壓/電流保護、邊界保護、縱聯保護等常見的直流配電網保護原理外，國內外學者針對直流配電網還提出了分區保護、橫聯保護、測距式保護、握手法、基于智能算法的保護等保護原理。

其中文獻[32]根據直流系統規模及保護要求，提出了多端直流系統區域保護劃分原則和分區保護策略，通過劃分區域減少直流斷路器的數量，該方法利用直流斷路器隔離故障區域與非故障區域，非故障區域維持運行，故障區域通過交流側斷路器和直流側隔離開關進行故障隔離。

文獻[34]為了減小電流互感器的投資，提出了針對輻射狀網絡的橫聯保護方案，該方法僅利用線路首端正負極裝設的電流互感器測得的電流數據便可以進行故障區段的判別;缺點在于用于保護的電流數據是故障后的穩態量，保護動作速度不能滿足直流配電網的要求。

文獻[35]針對兩端供電的直流配電網提出了一套測距式保護方案。對傳統的R-L算法進行改進，利用直流電抗器上的壓降代替了傳統的差分方法獲取dd，從而避免了差分代替微分帶來的誤差，提高了R-L算法的數值穩定性。

文獻[36-37]利用握手法原則，先根據方向性過電流保護選取預跳閘開關，然后再根據線路的帶電信息進行重合閘。該方法簡單可靠，但依靠交流側斷路器切除故障，動作速度慢，供電可靠性差。

文獻[38]分析了單純利用時域或者頻域方法在識別直流系統故障方面存在的問題，指出隨著模糊算法、神經網絡和人工神經網絡等智能算法的發展，可以考慮將人工智能算法融入到直流電網的保護中。

綜上所述，目前關于直流配電網保護的研究尚處在探索階段，還沒有任何一種保護方案能夠完全滿足直流配電網保護的要求。充分考慮未來直流配電系統“直流成網”的結構特點，尋找適合直流配電網保護的新型、快速、可靠的保護方案仍然是未來直流配電網領域一個非常重要的研究方向。

3 直流配電網故障隔離方法

直流配電網故障隔離技術是直流配電網繼電保護的重要組成部分。不同于交流配電網，直流配電網故障電流沒有過零點，不能沿用交流系統故障隔離的方法，目前國內外已有的關于直流配電網故障隔離方面的研究主要分為3個思路：思路1，利用交流斷路器清除故障電流，再由直流隔離開關隔離故障;思路2，通過改變換流器拓撲結構，實現故障電流的自清除，再由直流隔離開關切除故障線路;思路3，直接利用具有直流開斷能力的直流斷路器切除故障。

3.1 交流斷路器加直流隔離開關隔離故障

利用交流斷路器加直流隔離開關隔離故障是目前工程實際中最常用的直流故障隔離方法。該方法的動作原理如下：當直流系統發生故障時，保護裝置向所有的交流斷路器發出跳閘信號，阻止交流系統向直流系統供電，失去供電的直流系統故障電流會逐漸衰減到零，等到直流故障電流衰減到零之后，再由直流隔離開關切除故障線路。該方法雖然簡單經濟，但動作時間長，且會導致全系統斷電，無法達到未來直流配電網對故障隔離速度和可靠性的要求。因此該方法只是在直流配電網故障隔離早期研究階段提出的權宜之計，現階段的研究中鮮有涉及。

文獻[36]提出了“握手法”原則，通過閉鎖換流站，斷開所有交流側斷路器清除直流故障電流，再跳開預跳閘開關，切除故障線路，緊接著解閉鎖換流站，根據線路帶電信息重合誤跳閘的直流開關，最后進行交流側斷路器重合閘，恢復整個系統的供電。

3.2 換流器自清除加直流隔離開關隔離故障

具有故障自清除能力的換流器拓撲結構的研究是近年來的直流配電網領域的一大研究熱點。其中最具代表性的拓撲結構包括：全橋子模塊多電平換流器、箝位雙子模塊換流器、串聯雙子模塊換流器、二極管箝位子模塊等。

文獻[44]對比分析了采用半橋子模塊、全橋子模塊、箝位雙子模塊進行故障清除的故障清除能力、故障清除時間以及投資成本，并對故障清除時間的差異進行了深入的分析，最后得出了實際工程應用中推薦采用箝位雙子模塊換流器的結論。文獻[45]提出了雙晶閘管法，故障期間，并聯的晶閘管可以起到對續流二極管的分流作用，提高系統的過流能力，同時可以通過對晶閘管的控制，消除交流側往直流側注入的故障電流，實現故障電流的自清除。文獻[46]往兩電平VSC換流器拓撲結構中加入了IGBT-CB，故障過程中，通過IGBT-CB閉鎖直流側儲能電容的放電回路實現故障電流的自清除。

3.3 直流斷路器隔離故障

基于直流斷路器的故障隔離方案是最能夠適應未來直流配電網發展趨勢的故障隔離方案，它能夠有選擇性地將故障隔離在最小范圍內，保證非故障區域的正常供電，可以大大提高直流配電網的供電可靠性，是最理想的故障隔離方案。但受制于直流斷路器的制造技術和昂貴的造價，目前基于直流斷路器的故障隔離方案還處在理論研究階段，尚未投入大規模的工程應用。

目前直流斷路器可以分為3種類型：基于機械開關的常規機械式直流斷路器、基于電力電子器件的固態斷路器、基于電力電子器件和機械開關結合的混合式直流斷路器。機械式斷路器雖然損耗低，但其動作速度慢，不能滿足直流配電網的要求;固態斷路器恰恰相反，動作速度快，但其通態損耗大且造價昂貴;混合式直流斷路器結合了二者的優點，是目前被廣泛接受的直流斷路器類型。

文獻[49]對比了3種直流斷路器的性能，包括分段速度、通態損耗、分斷能力和制造成本，并對混合式直流斷路器的運行原理進行了詳細的描述，最后提出了柔性直流電網差動保護方案，通過仿真驗證了混合式直流斷路器在柔性直流電網中的可行性和有效性。文獻[37，50]詳細對比了基于交流側斷路器、基于直流斷路器、基于換流器自清除的直流故障保護方案的優劣。其中文獻[37]根據“握手法”原則，分別設計了基于交流斷路器和基于直流斷路器以及換流器自清除的故障隔離方案，并通過仿真對保護方案的性能進行了驗證。文獻[50]針對架空線路，提出了直流斷路器和換流器自清除兩套故障隔離方案，對兩套隔離方案的保護流程進行了詳細的設計，并對比了兩者的故障清除性能。

總體而言，基于交流斷路器的故障隔離策略存在故障隔離時間長的問題，必然不能適應未來直流配電網故障隔離的要求?；趽Q流器自清除的故障隔離方案會導致全站停電，在點對點式的柔性直流系統中尚有適用性，但應用于多端柔性直流配電網會對直流配電網的可靠性產生極大的影響?；谥绷鲾嗦菲鞯墓收细綦x方案可以將故障隔離在最小范圍內，最大限度地保證非故障線路的正常運行，是未來直流配電網故障隔離的最佳選擇。

4直流配電網故障分析與繼電保護需進一步解決的問題

當前直流配電網故障分析和繼電保護方面的研究雖已取得一些成果，但還遠未達到工程實際應用的要求，仍然存在許多亟需解決的問題。

出于經濟性的考慮，中低壓直流配電網可能采用“對稱單極”的方式運行，直流側的接地方式會對故障的隔離與恢復產生很大的影響，在進行故障特征分析與隔離方案的選擇時，接地方式是必須考慮的因素。同時，對直流配電網接地方式應該進行充分的研究，并根據不同的應用場景，給出相應的接地建議。

直流配電網保護與控制研究不能割裂開來。直流配電網中含有大量的受控型電力電子器件，其故障特征已經從傳統電網的由物理特性所主導的過程轉變為了由控制特性所主導的過程。在研究直流配電網保護的同時，需要充分結合控制方式的特點，控制保護的“一體化”是未來直流配電網發展的一大特點。

直流配電網故障檢測與定位原理研究方面，需要擺脫傳統交流電網繼電保護觀念的束縛，充分考慮直流配電網結構和控制的特征，探索符合直流配電網特征的新型的繼電保護原理，形成適用于直流配電網的繼電保護體系是未來直流配電網保護策略研究領域的重要任務。

直流配電網故障隔離方面，尤其是基于直流斷路器的故障隔離方案，可以考慮結合故障限流技術，降低對直流斷路器開斷時間和開斷短路電流的要求，大幅降低直流斷路器的制造難度和制造成本。目前已有一些文獻對故障限流技術進行了初步的研究，文獻[10，44]對比分析了電阻型超導限流器和電感型超導限流器的限流性能，并對電阻型超導限流器性能優于電感型超導限流器的原因做出了分析。文獻[51]提出了3種用于故障限流的方法：方法一，通過改變換流器的控制策略，限制橋臂電壓中的直流分量，從而減小故障電流;方法二，通過串聯電感限制故障電流;方法三，通過串聯電感并在公共連接點上并聯電容的方法限制故障電流。故障限流技術的發展可以大大緩解直流斷路器的制造壓力，有進一步深入研究的必要。

5 結語

直流配電技術作為未來電網形態的重要組成部分，已經得到了國內外相關行業的廣泛關注。如何充分發揮直流配電系統在效率、效益、兼容性、可控性方面的優勢，提升配電系統的運行水平也是目前學術界關注和研究的熱點。直流配電系統網絡化之后，對故障隔離的快速性和選擇性均提出了新的更高的要求，一方面，有選擇地切除故障線路對于縮小停電范圍、提升供電可靠性至關重要;另一方面，快速地切除故障對于設備安全及配電網健全線路的恢復供電意義重大，因此，高性能的繼電保護是直流系統安全運行的重要保障。

在故障的快速識別，即繼電保護原理方面，目前的研究基本上基于交流繼電保護的思想，大量新原理主要來源于交流輸電系統或者高壓直流輸電系統，其對直流配電的特點及應用場景的適應性需要進一步考慮。直流配電系統繼電保護必須面對的問題有：普通的過電流保護/電流變化率保護在電阻(抗)相對小的配電線路上應用的性能問題;以電流差動保護原理為代表的縱聯保護原理的動作速度問題;考慮經濟性之后，以行波保護為代表的暫態量保護是否能夠大面積應用的問題等。在故障隔離方面，直流斷路器的技術發展階段和昂貴的造價限制了其在配電領域的大量應用，具有阻斷能力的換流器無法保證故障隔離的選擇性，混合方案(交流斷路器直流開關，或者換流器直流開關)在隔離速度上無法取得令人滿意的效果。

在直流配電網的故障識別與隔離方面，充分分析直流配電系統的特點及業務需求，充分考慮保護與控制的關系，跳出交流系統繼電保護的固有框架，研究適用于直流配電應用場景的繼電保護原理與方案是未來需要努力的方向。具體地：①繼電保護應與故障隔離技術相適應，針對實際工程中的故障隔離策略，研究并提出合適的繼電保護新原理;②繼電保護應與應用場景相適應，在技術允許的前提下，避免過度地追求快速性等性能指標而喪失經濟性;③繼電保護應與量測系統相適應，需要考慮系統動態特性及量測誤差給繼電保護帶來的影響;④繼電保護應與換流器控制策略相適應，直流配電系統的控制和保護的一體化趨勢和模式值得關注。

作者簡介

羅飛，男，碩士研究生，研究方向為直流配電網繼電保護。焦在濱，男，博士，副教授，研究方向為電力系統繼電保護。馬釗，男，博士，國家“千人計劃”特聘專家，主要研究方向為智能配電網規劃與資產管理、智能電器等。李蕊，女，碩士，教授級高級工程師，研究方向為直流配電、電力系統運行分析及新能源接入。孫麗敬，女，碩士，高級工程師，研究方向為新能源、電能質量。楊霖澤，男，碩士研究生，研究方向為直流配電網。顧瀚文，男，碩士研究生，研究方向為直流配電網。

[引文信息]羅飛，焦在濱，馬釗，等.直流配電網故障分析和繼電保護綜述[J].供用電，2018，35(6)：3-11.LUOFei，JIAOZaibin，MAZhao，etal.ReviewoffaultanalysisandrelayprotectionofDCdistributionnetwork[J].Distribution&Utilization，2018，35(6)：3-11.