《DLT 2249-2021柔性直流输电系统保护整定技术规程》专题研究报告

《DL/T2249—2021柔性直流输电系统保护整定技术规程》专题研究报告目录02040608100103050709从“被动响应

”到“主动防御

”:深度剖析DL/T2249-2021如何重构柔性直流输电系统保护整定的核心逻辑与原则体系直流侧故障的“防火墙

”如何筑造?深度解析直流线路、极母线及金属回线等关键区域保护的配置原则与整定计算精髓超越传统定值计算:前瞻性探讨DL/T2249-2021中保护系统适应性、配合关系及特殊运行方式的整定应对策略数字化与智能化浪潮下的必然选择:深度规程如何为保护整定软件化、模型化及未来智能整定演进奠定基石行动指南与未来展望:基于DL/T2249-2021的工程实施建议、行业培训重点及标准自身迭代升级方向的综合研判柔性直流输电系统保护整定的新时代蓝图:专家视角下DL/T2249-2021如何引领未来电网安全与智能化变革穿越复杂故障迷宫的“导航图

”:全面规程中针对换流器本体及联接变压器保护的精细化整定策略与关键技术要点当柔直系统遭遇交流侧扰动:专家视角下的交流联接母线及滤波器保护整定策略与协同防御机制深度探讨从理论到实践的跨越:规程中保护整定计算流程、资料需求及全过程管理要求的落地应用与执行难点剖析应对高比例新能源与多端互联挑战:前瞻性分析规程在构建未来新型电力系统柔直保护体系中的延伸价值与发展空间柔性直流输电系统保护整定的新时代蓝图：专家视角下DL/T2249-2021如何引领未来电网安全与智能化变革标准出台背景与战略意义：为何柔性直流输电系统保护整定需要一部专属“宪法”？01柔性直流输电（VSC-HVDC）已成为构建新型电力系统的核心装备，但其保护系统与传统直流差异显著，整定缺乏统一依据。DL/T2249-2021的发布，首次系统性构建了国产化柔直保护整定的技术框架，结束了依赖工程经验或国外技术的局面，对保障我国大规模新能源送出、跨区域互联等重大工程安全具有里程碑式的战略意义，是支撑能源转型的关键底层技术标准。02核心定位与框架创新：相较于传统直流与交流保护规程，本标准在理念与结构上有何革命性突破？本标准的核心创新在于其“系统性”与“针对性”。它并非对交流保护或传统直流保护规程的简单修补，而是针对柔直系统“电力电子化”本质，构建了从“换流器内部故障”到“交直流侧故障”、从“稳态保护”到“动态响应”的全景式整定框架。其结构紧密围绕柔直拓扑，明确了以“选择性、速动性、灵敏性、可靠性”为基本原则，并特别强调了保护与控制系统（如故障穿越）的协调，体现了电力电子系统保护整定的独特逻辑。前瞻性视野洞察：本标准如何为未来柔直技术演进与电网形态变化预留接口与空间？1规程在条款中蕴含了前瞻性考量。例如，对多端柔直系统、海上风电柔直送出等场景的保护配合原则进行了基础性规定，为未来复杂网络拓展预留了方向。同时，标准强调了基于详细仿真模型进行整定计算的必要性，这为后续结合数字化仿真平台、人工智能算法实现更精细化的自适应保护整定奠定了标准化基础，其框架设计具备良好的技术包容性和时代延展性。2从“被动响应”到“主动防御”：深度剖析DL/T2249-2021如何重构柔性直流输电系统保护整定核心逻辑与原则体系核心理念升华：如何理解规程所倡导的“基于电力电子器件安全域”的保护整定新哲学？传统保护基于过流、过压等电气量“超标”动作，属于“被动响应”。而柔直系统的核心脆弱点是IGBT等功率器件，其耐受过流、过压能力极低且时间极短（微秒级）。因此，本规程的核心逻辑转变为“主动防御”，即所有保护的整定必须以确保换流器半导体器件不超出其安全工作区（SOA）为根本前提，整定值的选取和动作时间的配合首先要满足器件安全，其次才是故障隔离，这是理念上的根本性重构。基本原则的深化与适应性调整：四性原理（可靠性、选择性、速动性、灵敏性）在柔直语境下的新内涵与权衡艺术。规程继承了保护的四性原理，但内涵已变。“速动性”被提升至空前重要的地位，要求保护必须在数毫秒内动作以保护器件。“选择性”的实现更为复杂，需考虑阀控、站控等多层控制的耦合影响。“灵敏性”需兼顾躲过最大暂态扰动与检测最小故障电流的挑战。“可靠性”则强调在强电磁干扰环境下保护装置自身的可靠性。规程指导了在这些相互制约的原则间寻求最佳平衡的整定思路。系统性协同观：保护整定与控制系统（PCP/CCP）参数之间如何实现“跨界”配合与边界划分？柔直系统中，保护与控制的界限变得模糊。例如，过流限制（OCL）控制功能本身具有保护属性。规程明确了“保护系统”与“控制系统”的功能划分与整定配合原则：通常，控制系统的响应更快（微秒级），用于抑制电流、稳定运行；保护系统的动作则作为最终屏障，用于跳闸隔离。整定时必须确保保护定值在控制能力失效的边界之外，且动作时序严格配合，避免误动或拒动，这体现了系统性整定的高阶要求。穿越复杂故障迷宫的“导航图”：全面规程中针对换流器本体及联接变压器保护的精细化整定策略与关键技术要点换流器桥臂及子模块保护的“生命线”：针对桥臂过流、子模块电容电压失衡等关键故障的整定计算模型与门槛值设定逻辑。01桥臂过流保护是换流器的“第一道生命线”。规程指导需根据IGBT的短路耐受能力（通常为几微秒到几毫秒）和最大可控关断电流来确定动作值和延时，必须远快于传统保护。子模块电容电压不平衡保护则需精确计算正常运行时的不平衡度与故障时的恶化速率，定值需躲过最大动态偏差同时能在电容过压损坏前可靠动作，整定依赖于对MMC调制策略和电容特性的深入掌握。02阀差动保护的独特性与整定难点：如何在快速性与抗饱和能力之间取得精妙平衡？阀差动保护是识别换流器内部故障的核心保护。其特殊性在于被保护对象是包含大量子模块的电力电子回路，暂态特性复杂。规程强调整定需重点考虑：一是启动电流定值需躲过区外故障时因CT暂态饱和产生的最大不平衡电流；二是动作延时需短至毫秒级，但又要避开外部故障初期暂态过程的干扰。这需要基于详细的电磁暂态仿真来获取不平衡电流数据，是整定工作的技术高点。联接变压器保护的适配性改造：针对柔直站用变压器的励磁涌流、和应涌流特性，差动保护整定如何差异化应对？1柔直站用变压器常频繁空充、功率双向流动，其励磁涌流特性及与换流器相互作用产生的“和应涌流”现象更为复杂。规程指导，差动保护整定不能简单套用常规经验。需通过仿真确定最恶劣工况下的涌流特征，优化二次谐波制动比等定值，必要时考虑引入电压制动或基于波形识别的智能判据，在防止空充误动与保证内部故障灵敏动作之间实现精准权衡。2直流侧故障的“防火墙”如何筑造？深度解析直流线路、极母线及金属回线等关键区域保护的配置原则与整定计算精髓直流线路纵差保护的主保护地位强化：其整定如何克服分布电容电流影响并实现高阻故障的灵敏检测？01直流线路纵差保护是清除线路故障的主保护。规程明确了其整定的核心挑战：一是必须准确计算并补偿线路分布电容产生的稳态和暂态电容电流，否则会导致误动或灵敏度下降；二是对于高阻接地故障，需设置灵敏的低定值段。整定需基于线路参数和模型，通过仿真确定电容电流最大值，并据此设定启动门槛和制动系数，确保在区外故障时可靠不误动，区内高阻故障时能灵敏动作。02直流过电压与低电压保护的协同防线：定值如何与避雷器配置、设备绝缘水平及控制系统响应特性相协调？1直流过电压保护是设备绝缘的保障，低电压保护则用于检测严重故障或断线。规程强调，过电压保护定值必须低于直流侧避雷器的保护水平，并与换流阀、滤波器等设备的绝缘耐受强度配合，留有足够裕度。低电压保护定值需躲过正常功率波动和故障暂态过程中的电压跌落，又能准确识别真正的故障性电压崩溃。两者需与直流电压控制模式（如Udc-Q模式）协同整定。2金属回线横差保护的特殊考量：在双极运行与金属回线运行方式转换时，保护定值及逻辑应如何实现无缝切换？01对于采用金属回线运行方式的系统，金属回线横差保护至关重要。规程指出整定的特殊点在于运行方式转换。当系统从双极运行转为金属回线运行时，电流通路改变，保护测量的差流基准随之变化。因此，保护定值或逻辑必须能根据运行方式自动切换，确保在各种工况下都能准确区分区内故障与正常的不平衡电流。这需要在整定时充分考虑所有可能的运行方式并进行验证。02当柔直系统遭遇交流侧扰动：专家视角下的交流联接母线及滤波器保护整定策略与协同防御机制深度探讨交流联接母线保护的“速动性”挑战：如何与换流器控制器的故障电流抑制特性配合，避免保护拒动？柔直换流器由于其可控性，在交流侧故障时提供的短路电流幅值受限且可能不遵循工频规律，这给传统的交流母线差动、过流保护带来挑战。规程指导，整定不能基于无穷大电源假设。必须基于详细仿真，获取换流器在交流故障下实际输出的最大电流波形，以此作为整定依据。保护动作值需低于该最大输出电流，同时动作时间需尽可能短，以防故障持续导致换流器因过压或过应力而闭锁。交流滤波器组保护的适配性整定：针对频繁投切产生的谐波与暂态过程，保护定值如何避免误动？01柔直站交流滤波器需随功率变化频繁投切，投切瞬间会产生显著的暂态谐波电流和过电压。规程强调，滤波器支路的保护（如差动、过流、过压、不平衡保护）整定必须重点考虑这些暂态过程。需要通过仿真获取最严重的投切暂态数据，确保保护的启动值和延时能可靠躲过这些暂态干扰，防止误跳滤波器，影响系统谐波水平和运行稳定性。这是确保滤波器可用性的关键。02交流侧后备保护的“新角色”：在柔直语境下，距离保护、过流保护整定逻辑需要哪些根本性调整？1由于换流器的“弱电源”特性，交流侧后备保护的整定逻辑需大幅调整。传统的距离保护测量阻抗在换流器侧可能完全失真，失去方向性。过流保护也可能因故障电流受控而无法启动。规程建议，需重新评估这些后备保护在柔直系统中的有效性和适用性。整定上可能需要更多依赖电压量、或采用基于本地电气量的特殊逻辑，甚至考虑与相邻交流系统保护进行全新的配合方式，而非沿用传统套路。2超越传统定值计算：前瞻性探讨DL/T2249-2021中保护系统适应性、配合关系及特殊运行方式的整定应对策略保护系统自身的“体检”与“适配”：针对采样回路延时、合并单元同步精度等二次系统因素，整定中如何预留裕度？规程将保护系统自身性能纳入整定考量范畴。指出在确定保护动作总时间（含算法时间、出口时间）时，必须计及合并单元采样、数据同步、光纤传输等环节带来的额外延时。整定裕度需包含这些延时误差。例如，对于速动性要求极高的保护，需评估同步精度对差动保护的影响，并在定值上予以补偿或设置合理的制动区，确保在二次系统正常误差范围内保护性能不劣化。多层次保护的精细配合“舞蹈”：从阀组保护到站级保护再到线路对端保护，动作时序与定值阶梯如何精密编排？柔直系统保护层级多（阀、桥臂、换流器、直流场、交流场等），配合极其复杂。规程提供了系统性配合原则。整定需像编排舞蹈一样，自上而下（从最速动的器件级保护到相对慢的区域保护）或自下而上设定清晰的动作时序和定值阶梯。关键是通过全系统仿真，验证在各种故障下，保护都能按设计的“选择性树”逐级动作，避免越级或动作链条断裂，这需要精细的仿真计算和大量的故障场景遍历。特殊运行方式的“定制化”整定策略：系统在降压运行、功率反转、孤岛运行等非典型工况下，保护定值是否需要动态调整？01规程要求考虑特殊运行方式对保护的影响。例如，降压运行时，直流低电压保护定值需相应调整；功率频繁快速反转时，方向性保护的复归门槛需仔细设定；孤岛运行时，系统阻抗特性巨变，所有与系统阻抗相关的保护（如距离保护、过流保护）定值可能失效。规程引导整定人员评估这些场景，并提出解决方案，如采用多套定值自适应切换、或引入运行状态量作为保护判据的一部分。02从理论到实践的跨越：规程中保护整定计算流程、资料需求及全过程管理要求的落地应用与执行难点剖析整定计算流程的标准化“流水线”：规程推荐的计算步骤、仿真验证要求如何在实际工程中高效执行？1规程系统化梳理了整定计算流程：从收集系统参数、建立模型，到初选定值、进行电磁暂态仿真校验，再到校核配合关系、形成定值单。落地难点在于仿真工作的巨大工作量和对模型精确度的苛刻要求。实践中需要建立标准的仿真用例库（包含各种故障类型、位置、系统运行方式），并开发自动化脚本工具来批量执行仿真和结果分析，否则难以在规定工期内完成全面的验证。2基础资料需求的“清单化”革命：为何精确的设备参数、控制器模型及PSCAD/EMTDC等仿真模型是整定成功的基石？规程明确列出了整定所需的基础资料清单，其全面性和细致程度远超以往。这包括但不限于：一次设备详细参数（含SOA曲线）、换流器控制器（PCP/CCP）的完整控制逻辑与参数、详细的二次系统结构图、经过验证的电磁暂态仿真模型。难点在于，这些资料往往分散在多个设备厂商和设计单位，且仿真模型的精确度和开放性直接影响整定结果的可信度，需要项目业主强力协调与整合。定值全过程管理的“闭环”构建：从计算、审核、现场输入到运维修改，规程如何指导建立全生命周期管理体系？1规程不仅关注计算，更强调管理。它要求建立覆盖定值生成、内部审核、批准发布、现场核对与输入、定期复核、异动管理的全生命周期闭环管理体系。执行难点在于，柔直系统复杂，定值数量庞大，人工管理易出错。这驱动了行业向定值数字化管理平台发展，实现定值单的线上流转、版本控制、与仿真模型和现场装置的关联，以及变更的数字化审计追踪，确保定值准确无误地落地和执行。2数字化与智能化浪潮下的必然选择：深度规程如何为保护整定软件化、模型化及未来智能整定演进奠定基石“模型驱动”整定模式的正式确立：规程为何将基于详细数字仿真模型的校验作为强制性要求，其深远影响何在？规程强制性要求定值必须经过电磁暂态仿真验证，这正式确立了“模型驱动”的现代整定模式。其深远影响在于：一是将整定工作从经验公式提升到科学计算层面，提高了准确性；二是催生了对高精度、标准化仿真模型的需求，推动了设备厂商开放模型接口；三是生成了海量的仿真数据，为后续数据驱动的智能分析提供了燃料。这实质上是保护整定领域数字化转型的开端。12规程涉及的复杂计算、大量仿真和配合关系校验，纯靠人工难以胜任。这必然催生对柔性直流专用保护整定计算辅助软件（CAS）的需求。这类软件将集成参数管理、定值计算、自动仿真调用、配合曲线绘制、定值单生成等功能，形成一个协同工作平台。规程中标准化的流程、数据需求恰恰为这类软件的开发提供了清晰的功能设计蓝图和数据接口规范。01整定计算软件化与平台化的发展契机：标准内容如何自然导向专用整定辅助软件（CAS）的开发与应用？02通向自适应保护与智能整定的“序章”：规程框架中隐含了哪些支持未来技术升级的开放性思维？1尽管当前规程基于固定定值，但其框架具有开放性。例如，强调考虑多种运行方式，这自然引申出“多套定值自适应切换”的需求；强调基于仿真和数据，这为应用机器学习算法分析故障特征、优化定值奠定了基础；强调保护与控制协同，这为未来实现“协防一体化”的广域保护系统指明了方向。因此，本规程可视为传统定值整定向未来智能、自适应整定演进过程中承前启后的关键一步。2应对高比例新能源与多端互联挑战：前瞻性分析规程在构建未来新型电力系统柔直保护体系中的延伸价值与发展空间新能源基地柔直外送场景的“定海神针”：规程原则如何应用于解决送端弱系统、谐波谐振背景下的保护精准动作难题？对于大型风电/光伏基地通过柔直外送，送端交流系统强度弱，故障特性受新能源电源影响大，易引发次同步振荡或宽频谐振。规程提供的系统性整定方法在此场景下价值凸显。它指导保护整定必须基于包含详细新能源机组模型的完整系统仿真，充分考虑弱电源特性和谐振风险，确保保护既能正确识别故障，又不会在谐波或振荡下误动，成为保障大规模新能源可靠送出的关键技术支撑。多端柔直网格（MTDC）保护配合的“顶层设计”：本规程为基础，未来需发展哪些额外的整定原则与关键技术？1规程虽涉及多端系统，但主要针对点对点系统。面对未来网格状多端柔直（如海上风电集群组网、城市直流配网），保护配合复杂度呈指数增长。以本规程为基础，未来需发展更高级的整定原则：例如，基于通信的广域差动保护整定、考虑潮流双向多变的自适应方向保护整定、以及“分区自治、协同后备”的保护体系构建方法。本规程为这些高级原则提供了底层保护元件整定的标准化基础。2交直流混联大电网中的“界面卫士”：柔直保护与相邻交流系统保护的整定配合如何影响全局安全，规程提供了哪些接口指引？柔直站作为交直流电网的接口，其保护动作会直接影响两侧系统。规程强调了接口配合的重要性。它为如何整定柔直站交流侧保护，使其与对端交流线路保护在动作值和时限上配合提供了指引。例如，柔直站交流过流保护应作为相邻交流线路的后