图1 总故障保护管理时间
Fig.1 Protection and fault management time
摘要 船舶中压直流综合电力系统代表船舶综合电力系统的发展方向，是我国实施海洋强国战略的重要基础。作为论文的第二部分，该文聚焦船舶中压直流综合电力系统故障保护管理技术。船舶中压直流综合电力系统故障保护管理技术包括故障特性分析、继电保护原理、故障隔离方案和故障后重构方法四部分。首先，分析了其特殊技术要求；其次，归纳总结了船舶中压直流综合电力系统的故障特性、继电保护算法的现有技术及其存在的问题，阐述了船舶中压直流综合电力系统的故障隔离方案、故障后重构方法的研究现状，并进行了详细对比和分析；最后，对船舶中压直流综合电力系统故障保护管理技术进行了总结和展望。
关键词：中压直流 船舶综合电力系统 故障特性分析 继电保护 故障隔离
船舶综合电力系统（Integrated Power System, IPS）是船舶动力系统技术的重大变革。美国、英国等世界海洋强国已实现第一代中压交流综合电力系统的工程化应用。船舶中压直流综合电力系统（Medium-Voltage DC Integrated Power System, MVDC IPS）具有高功率密度、高运行效率、高操作灵活性、高运行可靠性的特点，代表着船舶综合电力系统的发展方向，是我国实施海洋强国战略的重要基础[1-3]。本论文对船舶MVDC IPS的研究成果进行了梳理和分类，并展开综述，为攻关第二代基于中压直流的船舶综合电力系统提供技术支撑。
本论文共分为两部分，本文是论文的第二部分，聚焦船舶MVDC IPS故障保护管理技术。论文第一部分[4]阐述了船舶综合电力系统的发展趋势，首先，梳理了船舶MVDC IPS系统结构（拓扑结构、电压等级、接线形式、接地形式）的研究现状和发展趋势；其次，对比分析了船舶MVDC IPS不同电力电子变换器的性能特点、技术瓶颈和经济性限制；最后，详细阐述了船舶MVDC IPS与陆上直流微电网的差异。论文第一部分是论文第二部分的基础。
船舶MVDC IPS的故障保护管理技术包括故障特性分析、继电保护原理、故障隔离方案和故障后重构方法四部分。一方面，目前国内外针对船舶MVDC IPS故障处理领域的研究主要集中在故障隔离方案[5-9]和故障后重构方法[10-14]，其故障特性分析和继电保护原理鲜有涉及[15]，但船舶MVDC IPS故障保护是实现故障隔离的前提和基础；另一方面，目前针对船舶MVDC IPS故障保护管理技术的系统性研究尚不多见。
故障保护管理技术是电力系统的关键技术之一[16-21]。目前，对船舶交流IPS的故障保护管理技术的研究已经较为成熟，陆上直流微电网和直流输/配电系统的故障保护管理技术处于快速发展阶段。船舶MVDC IPS的故障保护管理技术可以借鉴船舶交流IPS、陆上直流微电网、陆上直流输/配电系统的部分经验，但也存在一些特殊技术性问题和挑战。
1）故障特性分析和继电保护原理方面。如论文第一部分所述：与直流微电网相比，船舶MVDC IPS不同电力设备间布局更为紧凑，线路更短，设备间相互耦合。对于可靠性、海上生存能力要求高的大型船舶，多为环状区域结构，拓扑更为复杂，这增加了船舶MVDC IPS故障特性分析和保护算法设计的难度[4]。船舶MVDC IPS含有多种换流器，不同换流器的线路边界特性并不一致；此外，船舶MVDC IPS短路电流上升速度快，高达20 kA/ms[5]。船舶MVDC IPS中约80%的电站容量用于电力推进，复杂海况下电推负载功率波动剧烈[22]。不同工况下系统额定电流差别大，保护整定复杂，快速可靠的继电保护原理是目前船舶MVDC IPS需要解决的重要问题。
2）故障隔离方案方面。如论文第一部分所述：首先，船上空间有限，船舶对故障隔离设备的体积、质量要求严格；其次，在复杂的环状区域结构船舶中，其故障隔离设备数量较多[4]。因此，如何在可靠高速开断的基础上，兼顾成本、通态损耗、分断容量、限流效果等因素，选取适合船舶MVDC IPS的故障隔离方案是一大难题。
3）故障后重构方法方面。如论文第一部分所述：船舶MVDC IPS负载的优先级需根据工况和任务来确定，不同工况下，同一负荷的重要度等级和供电优先级并不相同[4]，因此故障后重构的目标函数和约束条件需重新分析。
基于此，本文对船舶MVDC IPS故障保护管理技术开展总结和分析。首先，本文在论文第一部分的基础上，介绍了船舶MVDC IPS故障保护管理技术的特殊技术要求，从而为故障保护管理技术的方案设计和性能评述提供依据；其次，阐述了船舶MVDC IPS的故障特性的研究现状，并分析了已有研究的适用性；再次，分析了船舶MVDC IPS继电保护原理的现状及其存在的问题，并针对船舶MVDC IPS的故障隔离方案进行了详细对比和分析；然后，对比分析了不同船舶MVDC IPS故障后重构方法的优缺点和适用场景；最后，对船舶MVDC IPS故障保护管理技术进行了总结和展望。
为确保船舶电力系统故障发生时电力推进系统、重要负载不失去供电，最大限度地保证系统无故障区域正常供电，要求保护仅隔离故障区段线路，船舶MVDC IPS故障保护方法的选择性尤为重要。船舶中压直流线路阻尼小，直流线路短路故障后，故障发展极快。船舶直流线路短，故障后相邻直流线路均会过电流，相邻两级保护开关保护范围内的短路电流大小接近，给故障保护方案的设计带来了挑战。
船舶包含通信、雷达等特殊电子负载，对电力中断敏感。某些负载断电70～100 ms就会导致整个系统关闭，且短时间内难以恢复运行[23-24]。此外，船舶MVDC IPS短路电流上升率一般可达20 kA/ms，故障电流上升速度快且峰值高，如果不及时清除故障，几毫秒内就会击穿换流器中的电力电子器件，威胁船舶IPS安全[25-27]。因此，船舶MVDC IPS对故障保护的速动性有更严格的要求。
一般的柔性直流输配电工程中，系统1～2 ms闭锁，张北柔性直流输电工程要求故障清除时间小于6 ms，一般混合式直流断路器（DC Circuit Breaker, DCCB）动作时间为3 ms，因此要求保护出口时间小于3 ms[28-29]。目前，船舶MVDC IPS的总故障保护管理时间（包括故障检测、保护判定、故障隔离和故障后重构）尚无相关标准。根据电动船舶研发联合会（Electric Ship Research and Development Consortium, ESRDC）（由美国海军研究办公室创立）2014年12月发布的《Task 4.2.1: Fault Management in Fault Current Limited MVDC Systems》，其总故障保护管理时间要求小于8 ms[30-31]，如图1所示。不考虑故障后系统重构算法的处理器计算时间，仅除去混合式DCCB的动作时间，保护出口时间也要小于5 ms。
图1 总故障保护管理时间
Fig.1 Protection and fault management time
在保证选择性的前提下，如何实现快速故障检测是船舶MVDC IPS故障保护管理技术的一大难题。
船舶MVDC IPS工作模态多样、拓扑结构复杂，不同工况下线路额定电流差别很大。虽然不同工况下直流线路额定电压固定，但低电压保护没有方向性，这为识别故障特征和保护整定带来了困难。
与陆上直流微电网、直流输/配电系统不同，船舶中压综合电力系统中约80%的电站容量用于电力推进。船舶MVDC IPS控制方式、拓扑结构和运行工况复杂，电力推进系统有多种工作状态。复杂海况或者战斗中螺旋桨可能频繁出入海面，浸水深度频繁变化，螺旋桨负载、推进电机功率短时间大幅波动，直流线路电压电流瞬时剧烈波动[32-34]。船舶MVDC IPS工作模态多样，保护容易不正确动作，严重地，电力推进系统可能失去动力，船舶侧翻，严重威胁船上人员生命安全。
如论文第一部分所述，船舶MVDC IPS同时含有多类型电力电子变换器：二极管整流器、基于晶闸管的电流源型换流器、电压源型换流器（Voltage Source Converter, VSC）、模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter, MMC）、双有源全桥（Dual Active Bridge, DAB）变换器等，不同电力电子变换器的暂态特性并不一致。以12脉波三相桥式不可控整流器为例，12脉波整流器会向线路注入12k（k为自然数）次谐波，故障后故障附加网络中含有多个激励源。船舶MVDC IPS拓扑结构本就复杂，故障后，不同电力电子变换器的暂态响应与船舶MVDC IPS的故障暂态特征相互耦合，故障特征更加复杂，为船舶电力系统故障分析带来了挑战。
船舶MVDC IPS故障特性分析是继电保护的基础。考虑到船舶MVDC IPS的速动性要求，主要关注系统的故障暂态过程和故障暂态特性。
换流器是交直流强耦合的非线性单元，难以求得故障后暂态过程的精确解析解，只能在故障暂态过程中对换流站进行线性化近似或者分阶段等值以降低问题的复杂程度，这也是故障分析的基础。与多端直流输配电系统不同，如论文第一部分所述，船舶MVDC IPS含有多种不同类型的换流器。
2.1.1 单个VSC的故障暂态特性
双极短路（Pole-to-Pole, P2P）故障是基于VSC的直流电力系统最严重的故障类型[25]。文献[35]将VSC的故障暂态过程分为直流侧电容放电阶段、二极管自然换向导通阶段、二极管同时导通三个阶段，在极间故障的初始几ms内，故障特征以直流侧电容放电为主。文献[36]分析了VSC闭锁前的故障特性：对于双极短路故障，无论换流器是否闭锁，故障后暂态过程中，换流器对故障特性的影响很小；对于单极接地（Pole-to-Ground, P2G）故障，如果换流器不闭锁，故障极电容放电，非故障极电容充电，直流侧会出现不平衡电压。
2.1.2 单个MMC的故障暂态特性
文献[37]针对基于2个MMC换流站的直流配电网，详细地分析了双极短路故障、单极接地故障和断线故障后系统的故障特征。文献[38]分析了MMC-HVDC系统直流侧三种典型故障的机理，建立了系统故障后等效电路模型，推导了故障电压、电流的解析计算式。文献[39]针对直流侧经小电阻短路故障、经大电阻短路故障，分别建立了直流侧等效电路模型，并推导了短路电流的数学表达式。文献[40-43]认为故障后的短时间内，在IGBT闭锁前，MMC换流站等效阻抗可简化为RCL模型，并给出了R、C、L参数的具体计算方法。仿真结果表明该方法在故障后的10 ms内具有较高的精度。
2.1.3 单个LCC的故障暂态特性
以换相换流器（Line Commutated Converter, LCC）的改进开关函数模型为基础，文献[44]考虑换流阀导通时刻偏移、三相换相角不相等和换相电流非线性特性，提出了故障情况下LCC交、直流两侧等值谐波阻抗的计算方法。文献[45]分析了直流线路故障后LCC的等值直流电阻特征，并以国内实际直流工程为例，估算了换流站直流电阻的数值范围。文献[46-47]分析了换相重叠过程对基于晶闸管的电流源型换流器阻抗模型的影响，推导了换流站的直流阻抗和交流阻抗模型。
基于上述研究，文献[48]进一步提出一种LCC-MMC混合高压直流输电系统直流线路两端故障暂态电流的分析方法。
2.1.4 单个二极管整流器的故障暂态特性
文献[49]推导了6脉波和12脉波二极管桥式整流器在故障暂态过程中故障暂态电流的表达式。文献[50]采用开关函数法和谐波平衡原理，分析了不同换相重叠角下12脉波不控整流器的动态数学模型。文献[51]分析了十二相不控整流器在极间短路过程中二极管的导通规律，并建立了平均值数学模型。基于十二相发电机数学模型、定子4套三相绕组的对称特征，建立了十二相发电机整流器模型，推导了极间短路时短路电流的解析表达式。
2.1.5 已有研究适用性分析
文献[35-51]的研究成果为含不同类型换流器的船舶MVDC IPS故障暂态特性分析提供了重要参考。文献[36]没有分析含有3个以上VSC换流站的直流电力系统的故障特征；文献[37-39,48]的研究结论适用于金属性接地故障，主要针对双端直流系统，但对于多端系统，其他换流器会对故障点馈入故障电流；文献[44-47,49-51]分析了单个电力电子换流器的故障电流暂态特性和演变规律，且忽略了换流器的12k次谐波源效应，研究只针对单个12脉波整流器进行分析，认为故障点另一侧的系统对故障点这一侧的故障电流没有贡献，对于非金属性故障和复杂的多端船舶MVDC IPS，故障暂态电流的计算方法需重新推导。
复杂多端直流输配电系统（Multi-Terminal DC transmission system, MTDC）的故障暂态特性分析方法对多端船舶MVDC IPS有一定借鉴意义。
2.2.1 直流断线故障下暂态特性分析
针对含有3个以上换流站的复杂环状直流配电网，文献[52]分析了六端环状直流配电网（2个半桥型MMC（Half Bridge Sub-Module MCC, HBSM-MCC）和4个DC-DC变换器）直流断线后，系统开环运行过程中故障暂态电流的流通回路。文献[53]分析了含两电平VSC、MMC的环状直流配电网在不同位置发生单极断线故障时，电压、电流的暂态特性。研究表明，单极断线故障位置会影响故障电流的流通路径；直流线路单极断线故障后，线路上的电压变化特性（升高、不变或者降低）与换流站类型（送端或者受端）有关；送端换流器与直流母线间联络线发生单极断线故障后，电压变化特性与换流器的控制方式有关。此外，单极断线后系统的故障特性受接地方式的影响不大。
2.2.2 直流短路故障下故障暂态电流特性
直流电网的故障暂态电流计算方法主要有复频域分析法和时域解析法。针对多端混合直流输电系统，文献[54]构建了故障后系统的节点阻抗矩阵，结合节点电流源，推导了故障暂态电压、暂态电流的复频域数学表达式，然后利用拉氏反变换进一步计算出了时域电压、电流的故障暂态解析解，求解过程较为复杂。为了避免MTDC故障分析时耗时较长的数值模拟或复杂状态空间，国内外专家学者提出诸多简化方案。文献[55-56]忽略健全线路支路的直流馈入，根据直流输配电网系统参数的基本特点进行简化：文献[56]得到了基于两电平VSC的环状直流配电网的故障暂态分析模型；文献[55]得到了四端环状直流电网故障电流的解析解的近似计算方法。文献[57-58]忽略了电网中故障线不直接连接的换流器的电流馈入，分别针对海上风电场四端直流电网、三端环状直流电网进行简化和解析计算，当换流器出口故障时MMC的电压降很大，上述方法存在一定误差。为提升上述方法的准确度，文献[59]同时考虑连接到故障线的MMC换流器及其相邻的MMC，推导了P2P和P2G故障下故障线路和相邻健康线路故障暂态电流的解析表达式。针对伪双极直流系统的极间短路故障，文献[60]提出基于回路电感参数指标的故障回路解耦方法和多端环状网络解环方法，推导了不同拓扑结构下，计及过渡电阻影响的直流电网故障暂态电流近似解析式，该方法计算故障暂态电流的误差在5%以内。
2.2.3 故障暂态过程中的双极耦合特性
双极直流系统拓扑结构复杂，存在极间耦合问题，文献[61-63]借鉴交流电力系统的相模变换方法，在直流电力系统中应用极模变换方法进行故障暂态特性分析。文献[61]通过网络等值推导故障电流复频域表达式，采用极模变换对双极线路解耦，获得架空线等效模型最优参数，并提出一种基于架空线等效模型的故障电流复频域计算方法。文献[62]分析了适用于金属回流双极直流系统的解耦变换条件，进一步推导了四种极模变换推广矩阵。此外，文献[62]采用极模变换矩阵，结合短路点的边界条件，获得了不同直流短路故障下的复合模量等值网络。文献[63]根据模量分解原理推导了MMC、直流线路、不同故障类型下的故障转换电阻的共模（Common-Mode, CM）和差模（Differential-Mode, DM）电路。
2.2.4 已有研究适用性分析和展望
上述基于时频域转换、节点阻抗矩阵分析、拓扑简化、极模变换的多端直流输配电系统的故障暂态特性分析方法为船舶MVDC IPS故障分析提供了有益的参考。但是船舶MVDC IPS故障特性分析仍有以下问题尚需解决：
1）如论文第一部分[4]所述，船舶MVDC IPS与陆上多端直流输配电系统的接地方式并不相同，未来研究需进一步分析系统的接地方式对船舶MVDC IPS故障暂态特性的影响。
2）如论文第一部分[4]所述，复杂海况或者军舰战斗过程下螺旋桨可能频繁进出海面，导致螺旋桨负载瞬时变化，造成推进电机和轴系转矩、功率剧烈波动。特殊工况下，瞬时功率高且周期短的船舶特殊脉冲负荷可能引起船舶MVDC IPS暂态电压、暂态电流剧烈波动。未来研究需进一步分析复杂海况、特殊脉冲负载对船舶MVDC IPS故障暂态特性的影响。
3）船舶MVDC IPS系统结构更加复杂，系统中端口节点数量或超过10个（如论文第一部分[4]图2所示），且运行方式灵活，工作模态多样，这增加了船舶MVDC IPS故障分析的难度。未来需进一步研究如何建立有效的数学模型以实现船舶MVDC IPS的故障暂态特性分析。
船舶MVDC IPS继电保护原理是故障保护管理技术的核心，也是后续故障隔离和故障后重构的基础。目前，船舶MVDC IPS的继电保护原理鲜有涉及，研究多为基于智能算法的保护方案。此外，可参考传统船舶交流电力系统保护方案、多端直流输配电系统的保护方案。
人工神经网络（Artificial Neural Network, ANN）作为较为成熟的智能算法，在各个领域已有诸多应用。文献[64]提出一种基于ANN的船舶MVDC IPS直流电缆故障检测方法。将小波变换与ANN相结合，文献[65]提出一种直流微电网智能故障检测方法。反向传播（Back Propagation, BP）神经网络是一种改进式的ANN算法，文献[66]提出一种基于BP神经网络的船舶设备故障检测方法，但基于ANN的保护方法训练速度较慢，且必须使用大量故障数据进行训练。利用机器学习的思路，文献[67]提出一种基于噪声辅助的多元经验模态分解（Noise-Assisted Multivariate Empirical Mode Decomposition, NA-MEMD）和互信息轻量级梯度提升机（Mutual Information-Light Gradient Boosting Machine, MI-LightGBM）的船舶MVDC IPS故障识别方法，节省了一半以上的训练时间，提高了训练速度。基于新的自适应增强信息融合技术，文献[68]利用直流配电系统仿真数据对自适应增强（Adaptive Boosting, Adaboost）进行离线训练，根据模型输出进行故障识别。文献[69]提出一种基于数据聚类的负载监控和故障检测方法，可用于识别负载瞬态中的各种事件、并联故障和串联电弧故障等，该方法在一定程度上减少了训练所需数据。
基于智能算法的保护方案的训练样本数据主要依赖大量仿真和工程录波，限制了其在工程中的应用。
船舶交流电力系统线路保护与陆地电力系统的三段式保护类似，通常采用电流大小原则和时间原则实现保护功能[70]。但是MVDC IPS直流线路长度短且阻抗小，短路后相邻两级的保护开关所处位置的短路电流值相近，使得保护容易误动或拒动，无法满足对选择性的要求[71]。文献[72]提出利用断路器输出的开关量逐级向上传递，代替原有电流保护的上下级时间整定原则。此方法对船舶设备间通信要求较高。文献[73]利用短路故障和线路一侧保护跳闸引起另一侧支路的电流变化判断故障区间。这本质上是定时限过电流保护的改进，但船舶MVDC IPS对保护的速动性要求很高。
文献[74]提出将差动保护用于船舶交流电网，以解决传统船舶复杂电力系统保护选择性差的问题。文献[75]提出一种新的广域差动保护算法，以实现船舶电力系统的最小区域故障隔离。纵联电流差动保护充分利用系统双端/多端电气量信息，从原理上看，可以保证装置的绝对选择性。与交流系统不同，直流系统中任何电压变化的过程都会引起线路分布电容产生暂态充放电电流，考虑到直流电缆分布电容电流的影响，保护判据需要等暂态过程消失后才能成立，速动性不足。
综上所述，船舶交流电力系统的继电保护策略在船舶MVDC IPS中难以应用。
针对多端直流输配电系统，国内专家学者提出了诸多保护方案，主要可分为单端量保护方案和双端量保护方案。
3.3.1 单端量保护
文献[76]将前行波极值时间判据与故障电压幅值判据相结合，提出一种直流线路行波波形保护方法。基于区内故障时两次入射行波间隔期间的电流减小特征，文献[77]提出了一种单端高阻容错行波保护方法。文献[78]通过比较正向行波与反向行波的比值判断故障方向。文献[79]利用反向行波积分与正向行波积分的比值大小提出一种多端直流电网故障方向判定方法，根据直流故障限流电感对行波的衰减作用，结合反向行波变化率与故障方向判定方法实现区内外故障识别。船舶线路短且多，线路中间常接有电气设备或分支线，行波保护对船舶保护装置采样率和行波波头识别要求较高。
除行波保护外，单端边界保护也在多端直流输配电网中得到了广泛研究，其核心思想是利用限流电抗器（物理边界）可抑制暂态信号波动性和阻挡高频暂态信号的特点来实现保护功能[80]。文献[81-82]利用直流电抗器压降判别故障方向，利用限流电抗器对高频电流的阻隔作用实现直流配电线路正方向区内外判别。但是船舶MVDC IPS负载变化频繁，直流输电网络中线路电流变化幅度大，高频电流[81]、暂态电压[82]的门槛值整定困难。文献[83]利用线路边界处限流电抗器两侧电压的比值特征实现识别区内外故障判别。文献[84]利用区内本极、区内对极及区外故障时线路限流电抗器电压初始值的差异，构造环状中压直流配电线路单端量保护。文献[56]提出基于边界暂态电压直流配电线路单端量保护。文献[85]根据VSC正负极出口处边界暂态能量的差异，提出了不同接地方式下的故障选极方案。文献[81-85]中的方案在多端直流输配电系统中效果较好，但边界限流电抗器的电感值和故障点过渡电阻的阻值对上述保护方案的灵敏性有一定影响。此外，船舶MVDC IPS含有12脉波三相桥式不可控整流器，不同换流器直流侧物理边界特性并不一致，且12脉波整流器会向输电线路注入12k次谐波，故障附加网络中含有多个激励源，特征更加复杂，上述方案在船舶MVDC IPS中的适用性有待进一步论证。
3.3.2 双端量保护
双端量保护方案利用故障线路两端的电气量，从原理上讲，比单端量保护方案有更好的抗过渡电阻能力，可靠性和灵敏性更高。
文献[86]分析了环状直流微电网直流线路故障后，电流故障分量的方向特征，并提出了方向纵联保护方法。文献[87]提出一种船舶直流微电网故障电流方向保护方案，但并没有考虑线路分布电容电流对保护方案的影响。文献[88-89]利用线路两端故障电流、电流突变量的余弦相似性构造纵联保护方案，对数据同步和通信要求较高。
文献[90]借鉴模式识别的思想，利用Hausdorff距离算法对零模差动电流与模型的相似度进行比较，提出了区内外故障识别判据。文献[91-93]提出了基于高压直流输电线路平波电抗器两侧边界能量比值的纵联保护方案，但方法仅适用于双端直流系统。基于文献[91]，文献[94]扩大了边界的范围，构造了改进的适用于多端直流输电系统的纵联保护方案。文献[95-96]分析了换流器和线路边界等值阻抗的幅频特性，提出了基于高频阻抗的纵联保护方法。文献[97]根据直流线路边界直流滤波器的幅频特性，提出一种直流线路17次谐波纵联保护方案。文献[90-97]适用于两端物理边界一致的直流输配电系统，但船舶MVDC IPS包含多种AC-DC换流器，含有多种线路边界，线路物理边界特性并不一致。
与船舶MVDC IPS相同，多端混合直流输配电系统中同样存在物理边界特性不一致的问题。为解决此问题，文献[98]利用不同故障位置线模电压衰减特性不一致的特性构造未失真因子，进而根据线路两侧线模电压的未失真因子比值提出纵联行波保护方案。基于行波的折反射，文献[99]分析得到保护在线路正反方向故障时高频测量阻抗的差异，利用波形匹配算法识别多端混合直流输电线路故障方向。文献[100]推导了线路区内外故障时行波的复域表达式，分析线路区内外不同过渡电阻故障时的行波相位特性，提出了三端混合直流线路保护方案。船舶电力系统线路短且多，上述行波保护方案[98-100]的适用性仍需深入研究。文献[101]提出一种LCC-MMC型混合直流配电系统线路纵联保护方案，利用钳位双子模块的MMC（Clamp Double Sub-Module MMC, CDSM-MMC）和双有源全桥变换器（DAB）直流变压器故障闭锁20～30 ms后，电网换相换流器（LCC）提供稳态故障电流的特征，识别区内外故障，该保护方案不满足船舶MVDC IPS的速动性要求。已有多端直流输配电系统继电保护方案对比见表1。
表1 多端直流输配电系统继电保护方案对比
Tab.1 Comparison of protection schemes for multi-terminal DC transmission and distribution power systems
性能文献[76-79]文献[81-85]文献[86-89]①文献[90-97]文献[98-100]文献[101] 两端数据通信不需要不需要需要需要需要需要 抗过渡电阻能力弱弱中中中强 是否适用于混合物理边界是否是否是是
（续）
性能文献[76-79]文献[81-85]文献[86-89]①文献[90-97]文献[98-100]文献[101] 对装置采样率要求高一般一般一般高一般 速动性好好一般一般一般差
①没有考虑线路分布电容电流对保护的影响。
综上所述，基于智能算法的保护方案需要大量训练样本数据，依赖仿真和工程录波，同时也限制了其工程实用性。船舶交流电力系统中的继电保护方案在船舶MVDC IPS中并不适用。船舶MVDC IPS保护方法可以在一定程度上借鉴已有的多端直流输配电系统保护。但是，船舶MVDC IPS继电保护原理仍有以下问题尚需解决。
1）基于智能算法的保护方案需要大量训练样本数据。首先，训练样本数据获取困难，即使获取相关数据后，不同型号船舶电力系统并不相同，同一训练样本数据库难以直接迁移应用到其他型号船舶。其次，船舶MVDC IPS运行模式复杂多变，不同工况下船舶MVDC IPS额定电流并不相同，这也增加了样本数据的需求量。因此，基于智能算法的船舶MVDC IPS保护方案，未来仍需解决训练样本数据问题。
2）已有的多端直流输配电系统边界保护方案大都针对同一线路物理边界，但船舶MVDC IPS含有多种线路边界，线路物理边界特性并不一致。未来仍需进一步研究适用于混合物理边界的船舶MVDC IPS保护方案。
3）行波保护是高压直流输电系统的主保护。船舶MVDC IPS线路短且多、节点多、拓扑结构复杂。故障后行波在船舶短直流线路（甚至只有几十米）上快速折反射，增加了保护算法的计算量，对船舶保护装置采样率要求较高。未来仍需进一步研究行波保护在船舶MVDC IPS的适用性。
与交流系统不同，直流系统故障电流不存在电流过零点，灭弧困难[102-103]。船舶MVDC IPS发生短路故障时，系统短路电流上升速度快且峰值高，如果不及时清除故障，短路电流将迅速超过100 kA[1]。船舶MVDC IPS中有大量IGBT、二极管等较脆弱的电力电子器件，继电保护设备准确识别出故障后，应当快速切除或者限制故障电流以实现故障隔离[104]。
为实现故障后快速故障隔离，船舶MVDC IPS故障隔离方案主要有：基于交流断路器（AC Circuit Breaker, ACCB）的故障隔离方案、基于新型电力电子变换器拓扑的故障隔离方案和基于直流侧开断器件的故障隔离方案，如图2所示。
图2 故障隔离方案
Fig.2 Methods of fault isolation
基于ACCB的故障隔离方案从交流侧切断故障电流以实现故障隔离。该方案技术成熟、成本低，但同时面临诸多挑战。首先，ACCB的动作时间一般为2～3个交流周期，动作时间较长，速动性不足[25]；其次，如果交流侧柴油机或燃气轮机退出运行，将扩大故障隔离区域，严重情况下整船都会停电。因此，基于ACCB的故障隔离方案降低了船舶MVDC IPS的供电可靠性。
传统两电平和基于半桥型子模块的电力电子变换器（HBSM-MMC）拓扑无直流电流闭锁能力。但基于全桥子模块（Full Bridge MMC, FB-MMC）和基于钳位双子模块的电力电子变换器拓扑（CDSM-MMC）具备故障自清除能力，可在直流线路故障后闭锁直流电流[105]，进而实现故障隔离。
近年来，诸多文献也提出了大量具备直流电流闭锁能力、可实现故障自清除能力的新型AC-DC换流器拓扑。文献[106]在半桥型MMC拓扑基础上，增加断流支路、能量吸收支路和桥臂转移支路，提出一种具备直流故障清除能力的电流转移型MMC（Current-Transferring MMC, CT-MMC）拓扑。文献[107]提出一种具备直流故障清除能力的半桥型五电平新型子模块（novel Five-Level Half-Bridge Sub-Module, FLHBSM）拓扑，可以较好地兼容适用于半桥子模块的电容均压策略，并可根据实际工程在均压方案中择优。文献[108]在半桥型MMC的每个桥臂上分别增加了一个全桥结构的故障清除专用自阻模块，并通过控制策略实现其稳态运行时电容电压波动情况的优化，以及在直流线路故障时主动制造交流侧三相短路点。文献[109]在传统半桥MMC拓扑的基础上，集成能量吸收支路到MMC内部，并在桥臂和直流侧增加辅助支路，提出一种适用于柔性直流电网的并联型混合MMC拓扑（Parallel Hybrid MMC, PH-MMC），可在故障期间快速清除直流侧故障。
电力电子变换器拓扑多种多样，因此基于新型电力电子变换器拓扑的故障隔离方案也有多种。
利用具备故障自清除和闭锁能力的换流器实现故障隔离，需闭锁船舶MVDC IPS与故障点连接的所有换流器，全船失电，切除故障线路后再恢复非故障区域供电。但是，实际航行过程中，船舶电力推进系统和重要负载不能失电。基于新型电力电子变换器拓扑的故障隔离方案降低了船舶故障保护管理方案的选择性。
基于ACCB的故障隔离方案和基于新型电力电子变换器拓扑的故障隔离方案会扩大故障隔离范围。基于直流侧开断器件的故障隔离方案具有更好的选择性，无需闭锁发电侧整流器，仅切除指定范围内故障线路，更适合船舶MVDC IPS这一特殊应用场景[110-113]。
目前，国内外学者提出的直流输配电系统保护方案大都基于开断器件（主要是直流断路器），基于开断器件的故障隔离方案也是船舶MVDC IPS保护配置的发展趋势[114]。
直流侧开断器件主要包括熔断器、基于机械开关的机械式直流断路器、基于电力电子器件的固态直流断路器（Solid-State DC Circuit Breaker, SSDCCB）、混合式直流断路器（Hybrid DC Circuit Breaker, HDCCB）、真空直流断路器等。
4.3.1 熔断器
熔断器通过热量积累熔断细金属连接丝（熔体）来断开电路，原理最为简单，可在短路时迅速反应并切断故障电流，但选择性不高。其次，熔断器仅能一次性使用，需要频繁更换新的熔断器，增加了维护复杂性和维护成本。
4.3.2 机械式直流断路器
基于机械开关的机械式DCCB由交流断路器改装而来，主要由机械开关、传动机构、振荡换流回路、能量吸收装置和过电压放电回路等部分组成[105,115-117]。其优点是成本较低、通态损耗低、电流分断可靠性相对较高。但机械式DCCB动作时间一般为几十毫秒，动作时间较慢，无法满足船舶MVDC IPS的故障保护管理的时间要求。
4.3.3 固态直流断路器
SSDCCB一般由固态开关支路、缓冲回路、能量吸收支路三部分并联组成。一方面，SSDCCB无机械部件，其内部固态功率半导体开关具备μs级的分断速度，速动性明显快于传统机械式DCCB[118-120]；另一方面，与机械式DCCB不同，SSDCCB分断电流时不产生电弧、响动，无电弧烧蚀触头问题，其使用寿命更长。基于以上优点，SSDCCB更适合安全性要求较高的大型船舶，国内外诸多文献也研究了SSDCCB在船舶MVDC IPS中的实际应用。文献[121]提出一种基于逆阻型集成门极换流晶闸管（Revere Blocking Integrated Gate Commutation Thyristor, RB-IGCT）的船舶中压直流综合电力系统SSDCCB，可以在20 μs内限制故障电流，在500 μs内耗散所有故障能量，效率达99.9%。文献[122]从系统的角度分析了基于固态断路器的船舶MVDC IPS直流保护的设计要求。
近年来，一种Z源SSDCCB引起了船舶电气领域专家的关注，它能够在电流瞬态急剧变化时，自动感知故障发生而动作，无需使用外部传感器或控制电路。文献[123]利用使用成本低、成熟可靠且能够处理大电流的晶闸管器件，提出一种适用于船舶中压电力系统的Z源SSDCCB。为避免船舶负载瞬态变化时被Z源SSDCCB识判为故障，文献[124]提出一种新型Z源断路器，以适应船舶MVDC IPS的特殊需求。文献[125]讨论了如何将Z源SSDCCB集成到船舶MVDC IPS的直流区域配电系统中。
同时，SSDCCB也存在固有缺陷：①通态损耗高，冷却系统体积大。正常通流时，电流从SSDCCB的固态开关上流过，通态电阻一般为mΩ级，高于机械开关的μΩ级。因此，SSDCCB通态损耗高，需要配置笨重的冷却系统，导致断路器体积较大，难以在空间狭窄的船舱中广泛应用。②SSDCCB分断能力受限于电力电子器件的容量。功率半导体器件的容量限制了SSDCCB在高电压、大容量分断场景下的应用。通过内部电力电子器件串并联可以解决此问题，但同时带来了需要均压均流、造价成本高、通态损耗高等问题[126-127]。
4.3.4 混合式直流断路器
混合式直流断路器结构如图3所示，一般由主流通支路（快速机械开关支路）、主转移支路（固态开关支路）和能量吸收支路组成。正常运行时，由快速机械开关支路承担通流任务，通态损耗低；故障状态下，由固态开关关断故障电流，开断速度快。它兼具机械式DCCB通态损耗低的优点和SSDCCB电流分断速度快的优点，是中压DCCB的主要发展趋势，目前工程应用占比达80%[111,128-129]。
图3 混合式直流断路器结构
Fig.3 Structure of hybrid DC circuit breaker
HDCCB的换流方式主要包括强迫换流和自然换流两种。世界上首个超高压柔性直流电网工程张北500 kV直流电网工程所配置的直流断路器为535 kV，基于耦合负压强迫换流的HDCCB，可在 3 ms内开断故障电流并实现重合闸。耦合负压拓扑导通损耗低，但体积较大，成本较高。文献[130]提出一种基于真空与气体串联开关的复合开关自然换流型HDCCB，该断路器利用气体开关的高弧压特性驱动自然换流，利用真空开关的快介质恢复特性承担暂态恢复电压，体积更紧凑、成本较低。
4.3.5 真空直流断路器
近年来，海军工程大学相关专家学者提出一种船舶真空直流断路器，该真空直流断路器由快速真空开关支路、换流回路（一般为固态开关电路）和能量吸收支路三个支路并联组成。真空直流断路器可近似认为是一种特殊的HDCCB，但主流通支路上不是普通机械开关，而是快速真空开关。
文献[126]提出一种基于强迫换流原理的双向真空直流断路器技术方案，该方案采用晶闸管构成桥式换流回路，可实现双向分断。文献[131]提出一种强迫换流型真空DCCB改进方案，可以将船舶20 A/μs的故障电流限制至10 kA以内，限流分断时间小于1.1 ms。该方案对真空开关高频分断要求高。
4.3.6 对比分析
表2给出了不同直流侧开断器件的对比。熔断器原理简单，但是维护复杂；机械式DCCB技术成熟，成本低且分断能力强（百kA），但分断时间为几十毫秒，速动性不足；SSDCCB无机械部件，具备μs级的分断速度，但通态损耗高、成本高且分断容量不足；目前工程中应用最多的是HDCCB（如张北500 kV直流电网工程），它兼具机械式DCCB通态损耗低和SSDCCB分断速度快的优点，且分断容量较高，是直流断路器的主要发展方向之一；真空DCCB基于强迫换流原理，分断能力好，动作迅速，对真空开关高频分断要求高。
表2 不同直流侧开断器件对比
Tab.2 Comparison of different DC side breaking devices
参数熔断器机械式DCCBSSDCCBHDCCB真空DCCB 分断速度中慢极快快快 分断可靠性高高高高一般 分断容量/能力强强弱中中 限流能力无差好好好 通态损耗低低高中中 设备成本低低高中高 维护成本高较高低一般一般 技术成熟度高高一般高一般 占地空间小小大中中
4.3.7 直流断路器和直流故障限流器的配合
直流断路器不具备限流能力，考虑到直流断路器的技术水平，为减小断路器的故障电流分断压力，目前常在直流侧将直流断路器和直流故障限流器（DC Fault Current Limiter, DCFCL）配合使用，通过DCFCL抑制故障电流上升速度或幅值，然后切除故障线路[110,132]。
DCFCL主要可分为超导型DCFCL、电力电子器件型DCFCL和电感型DCFCL三类。超导型DCFCL利用了超导材料的理想导体特性，最接近理想的限流器。文献[9]提出一种磁通耦合型超导直流故障限流器，当淬火电阻为5 Ω、电感为20 mH时，磁通耦合型超导直流故障限流器的直流侧限流率可达到85%。文献[23]设计了一种基于一个非淬火电感和两个电阻的混合型超导DCFCL（H-SFCL）。H-SFCL可限制短路电流，同时发热较小。电力电子器件型DCFCL利用功率半导体器件实现故障限流。文献[133]提出一种稳态损耗低且具备双向通流运行能力的耦合电感式双向直流限流器（Coupled Inductance Bidirectional Fault Current Limiter, CIB-FCL）。CIB-FCL用全控型电力电子器件将短路电流变为高频电流，利用电感抑制此高频电流，最终实现故障限流。电感型DCFCL结构简单、成本较低、易于工程实现，张北±500 kV直流电网工程便采用了分散式电感型DCFCL和直流断路器相互配合，以实现故障限流和故障隔离[134-137]。
考虑到目前的技术水平，超导型DCFCL和电力电子器件DCFCL成本较高，电感型DCFCL+ DCCB不失为一种较为经济可行的实用化中间过渡方案[114,138-139]。
4.4.1 具备故障限流能力的直流断路器
4.3.7节中DCCB和DCFCL的配合使用本质上是两个器件。近年来，也有专家学者提出将直流断路器和直流故障限流器集成在一起，构成一个器件，即新型直流限流断路器。它兼具故障限流和切除故障的功能，也是目前直流电网故障隔离方案的重点研究方向[140]。文献[110]利用晶闸管实现故障电流换路，并提出一种新型限流式混合直流断路器拓扑，该方案降低了断路器成本，同时配合电容进行限流电感与避雷器的投切。文献[120]提出一种基于IGCT和SCR的新型直流固态限流断路器。文献[141]提出一种采用耦合电感的限流型混合式直流断路器。文献[142]提出一种电流转移和阻尼一体的新型直流断路器拓扑结构，能实现故障电流的快速限制和大容量开断，且该拓扑成本较低。
上述新型直流限流断路器拓扑结构较为复杂，从工程经济性和实用性角度看，目前基于电感型DCFCL+DCCB的故障隔离方案更适用于船舶MVDC IPS。基于简单拓扑和低成本的新型直流限流断路器值得进一步关注和研究。
4.4.2 兼具潮流控制功能的直流断路器
为了减少直流电网设备数量，降低直流电网建设成本，文献[143]通过改变现有HDCCB的主支路拓扑，使HDCCB兼具潮流控制功能，提出一种能实现潮流控制功能的直流断路器。文献[144]提出一种具备故障限流及断路功能的复合型直流潮流控制器，该设备在正常工作状态下可进行潮流控制，故障状态下可进行故障限流和切除故障线路。以上方案仅适用于装有直流潮流控制器的船舶。
与陆上直流输配电系统不同，船舶MVDC IPS对故障后开断的快速性和可靠性要求更高，基于复杂拓扑和多阶段控制的新型直流开断器件和故障隔离方案反而不利于快速、可靠开断。
4.4.3 多端口直流断路器
以10 kV电压等级为例，目前交流断路器的价格不到5万元，直流断路器的价格为120～150万元[145]。为降低投资成本和减少直流断路器数量，有专家学者提出把各线路独立的二端口直流断路器集成为一个组合的多端口直流断路器（Multi-Port DC Circuit Breaker, MP_DCCB），即在同一直流母线上的所有进出线共用一个MP_DCCB[129]。文献[146]提出一种二极管整流型多端口混合式直流断路器拓扑，可以通过单个单向MP_DCCB中断任何一个端口的故障电流。文献[147]提出一种多端口机械式直流断路器，仅利用1条主开断支路实现任意进出线的电流开断。文献[148]分析了直流断路器在典型故障工况下故障暂态电流的阻断原理，并提出一种具备故障限流能力的MP_DCCB。与两端口DCCB相比，MP_DCCB需要应对更加复杂的电流开断工况（如同时切断多条故障线路等），其可靠性仍值得进一步研究。
船舶MVDC IPS故障后的恢复过程中，可能面临电力供给不足、负载不平衡等问题。故障后重构是指在保证系统稳定边际的前提下，通过改变拓扑结构将有限的电力最大限度地保证重要负载的供电连续性，根据故障情况确定是否切除次要负载和不重要负载。此外，负载的优先级是根据船舶的任务来确定的，因此不同工况下，船舶同一负荷的重要度等级可能并不相同。故障后重构是船舶MVDC IPS故障保护管理的最后一个环节。
船舶MVDC IPS的故障后重构是一个多目标非线性离散优化问题[149]。
从目标函数看，与陆上电力系统不同，船舶IPS不以网络损耗最小、经济性最高作为重构的目标函数，船舶IPS的故障后重构的目标函数有开关操作数量、不同等级负载供电量、负荷平衡、联络线容量裕度等[3,150-151]。从约束条件看，船舶MVDC IPS的故障后重构的约束条件，包含直流电压约束、支路电流约束、网络拓扑约束、容量约束等[152]。高灵活性、高可重构性和高供电可靠性的船舶MVDC IPS拓扑结构可以更好地实现系统故障后重构。船舶MVDC IPS与船舶交流IPS的拓扑结构并不相同，船舶MVDC IPS故障后重构的优化目标函数和约束条件仍需进一步探讨。
为解决船舶IPS故障后重构这一多目标非线性离散的优化问题，国内外专家学者主要提出两种方法：基于集中式系统的故障后重构策略和基于分布式系统的故障后重构策略。
基于集中式系统的故障后重构策略主要包括：传统数学优化方法[153]、启发式搜索算法[154-155]、随机优化算法[10,155-159]、预测控制算法[160]等。基于集中式系统的故障后重构策略需要在中央控制中心集中处理全部数据，完成计算并确定重构策略，可以保证策略的全局最优性。如果中央控制中心故障，整个重构系统将无法运行，存在单点失效的风险。船舶MVDC IPS拓扑结构复杂，某一故障后的系统重构方式多种多样，集中式系统计算量大、速度慢。
分布式系统以多代理系统（Multi-Agent System, MAS）为代表。MAS具有分布式、自治和自适应智能代理的特点，多个代理共同工作以实现目标。文献[161]中，美国密西西比州立大学提出一种用于船舶综合电力系统故障后重构的智能MAS，其代理在Matlab中开发，系统在VTB软件中仿真。文献[162]结合船舶区域配电系统拓扑结构，利用复合型多智能体方法实现了船舶区域配电系统短路故障重构。文献[163]设计了一种船舶电力系统重构MAS模型，可实现信息的就地采集和异步处理，相比集中式重构的智能优化算法，无需迭代计算，耗时少，提高了整体效率。文献[164]提出一种环境智能感知、信念产生、目标控制、粒子群最优决策的船舶全智能体重构方法。文献[165]提出将多智能方法和蚁群优化算法相结合，以解决船舶网络重构问题。
表3给出了不同故障后重构策略的对比。分布式系统采用分布式控制结构，各智能体相互独立，数据处理和计算分散在整船，避免了单点失效的风险，速度、灵活性和可拓展性优于集中式系统。由于分布式系统获得的信息具有局限性，不能保证获得全系统的状态数据，与集中式系统相比，分布式系统保证重构策略全局最优的能力有限。此外，基于分布式系统的故障后重构策略的系统复杂度也高于基于集中式系统的故障后重构策略。
表3 不同故障后重构策略的对比
Tab.3 Comparison of different reconfiguration methods
性能基于集中式系统的故障后重构策略基于分布式系统的故障后重构策略 计算速度慢快 单点失效风险有无 灵活性一般高 复杂度低高 全局最优能力强一般 可靠性一般高 适用场景简单电网结构复杂电网结构
船舶MVDC IPS故障后重构领域下一步研究方向有以下两点。
1）结合集中式系统全局最优的能力和分布式系统的优势，近年来，有学者提出基于分层分布式控制结构的故障后重构策略。文献[166]提出了一种两级重构策略，该策略由区域重构和全局（即全船）重构组成。在一个区域的边界内执行区域重构，调整其区域配置以满足当前的任务要求或对干扰作出反应；全局重构涉及两个或多个区域，以实现区域间权衡和冲突，并达到全船最佳配置。未来，兼顾集中式系统和分布式系统优点的分层分布式故障后重构策略值得关注。
2）从原理上看，船舶MVDC IPS和船舶交流电力系统的故障后重构策略并无本质区别，都是多目标非线性离散优化求解问题。但两者拟解决的优化问题的目标函数和约束条件不同。未来仍需进一步分析船舶MVDC IPS的优化目标函数和优化约束条件。
本文是论文的第二部分：故障保护管理技术。首先，本文梳理了船舶MVDC IPS的故障保护管理技术的特殊技术要求：船舶MVDC IPS对保护选择性和速动性要求高，故障保护管理方案需适用于多种工作模态，并充分考虑多类型电力电子变换器暂态响应。
其次，本文详细分析了船舶MVDC IPS的故障保护管理技术的研究现状，并对比了不同技术路线的优劣，展望了今后的研究方向。船舶MVDC IPS的故障保护管理技术包括故障特性分析、继电保护原理、故障隔离方案和故障后重构方法四部分。
1）故障特性分析。首先，基于时频域转换、节点阻抗矩阵分析、拓扑简化、极模变换的多端直流输配电系统的故障暂态特性分析方法为船舶MVDC IPS故障分析提供了参考。未来研究需进一步分析系统的接地方式、复杂海况、特殊脉冲负载对船舶MVDC IPS故障暂态特性的影响。其次，船舶MVDC IPS系统结构复杂，如何建立有效的数学模型以实现船舶MVDC IPS的故障暂态特性分析也是下一步的研究方向。
2）继电保护原理。首先，船舶交流电力系统中的继电保护方案在船舶MVDC IPS中并不适用。智能保护方法需要大量训练样本数据，限制了其工程应用，未来仍需解决训练样本数据问题。船舶MVDC IPS保护方法可以在一定程度上借鉴已有的多端直流输配电系统保护。船舶线路多且短，行波保护在船舶MVDC IPS的适用性仍需进一步分析。其次，船舶MVDC IPS线路物理边界特性不一致、拓扑结构复杂，适用于混合物理边界的船舶MVDC IPS保护方案是未来的研究方向。
3）故障隔离方案。基于ACCB的故障隔离方案降低了船舶MVDC IPS的供电可靠性，基于新型电力电子变换器拓扑的故障隔离方案降低了船舶故障保护管理方案的选择性。基于直流侧开断器件的故障隔离方案更适合船舶MVDC IPS这一特殊应用场景。直流侧开断器件中，熔断器原理简单，维护复杂；机械式DCCB技术成熟，分断能力强，但速动性不足；SSDCCB具备μs级的分断速度，但通态损耗高且分断容量不足；真空DCCB分断能力好，动作迅速，但对真空开关高频分断要求很高；HDCCB兼具机械式DCCB通态损耗低和SSDCCB分断速度快的优点，工程实用性强，是直流断路器的主要发展方向之一。目前，基于电感型DCFCL+DCCB的故障隔离方案更适用于船舶MVDC IPS。基于简单拓扑和低成本的新型直流限流断路器、高可靠性的多端口DCCB是下一步的研究方向。
4）故障后重构方法。集中式系统采用全局信息，适用于简单电网结构，但存在单点失效的风险；分布式系统速度、灵活性和可靠性优于集中式系统，适用于复杂电网结构，但全局最优的能力有限；兼顾集中式系统和分布式系统优点的分层分布式故障后重构策略是下一步的研究方向。此外，船舶MVDC IPS故障后重构的优化目标函数和优化约束条件仍需进一步分析。
本论文为第二代基于中压直流的船舶综合电力系统的未来研究提供了重要参考。
参考文献
[1] 刘计龙, 陈鹏, 肖飞, 等. 面向舰船综合电力系统的10 kV/2 MW模块化多电平双向直流变换器控制策略[J]. 电工技术学报, 2023, 38(4): 983-997.
Liu Jilong, Chen Peng, Xiao Fei, et al. Control strategy of 10 kV/2 MW modular multilevel bidirectional DC-DC converter for vessel integrated power system[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2023, 38(4): 983-997.
[2] 刘计龙, 朱志超, 肖飞, 等. 一种面向舰船综合电力系统的模块化三端口直流变换器[J]. 电工技术学报, 2020, 35(19): 4085-4096.
Liu Jilong, Zhu Zhichao, Xiao Fei, et al. A modular three-port DC-DC converter for vessel integrated power system[J]. Transactions of China Electro-technical Society, 2020, 35(19): 4085-4096.
[3] 李维波, 郝春昊, 高佳俊, 等. 舰船综合电力系统发展综述[J]. 中国舰船研究, 2020, 15(6): 1-11.
Li Weibo, Hao Chunhao, Gao Jiajun, et al. Overview of the development of shipboard integrated power system[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2020, 15(6): 1-11.
[4] 杨亚宇, 邰能灵, 黄文焘, 等. 船舶中压直流综合电力系统（一）：系统结构和电力电子变换器[J]. 电工技术学报, 2024: 39(21): 6647-6665.
Yang Yayu, Tai Nengling, Huang Wentao, et al. Shipboard medium-vlotage DC integrated power system Ⅰ: system architecture and power electronic converter[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2024: 39(21): 6647-6665.
[5] 刘思奇, 胡鹏飞, 江道灼, 等. 中压船舶直流供电系统限流开断技术[J]. 电工技术学报, 2021, 36(增刊1): 330-343.
Liu Siqi, Hu Pengfei, Jiang Daozhuo, et al. Current limiting breaking technology of medium voltage DC ship power supply system[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2021, 36(S1): 330-343.
[6] 庄劲武, 张晓锋, 杨锋, 等. 船舶直流电网短路限流装置的设计与分析[J]. 中国电机工程学报, 2005, 25(20): 26-30.
Zhuang Jinwu, Zhang Xiaofeng, Yang Feng, et al. Analysis and design of fault current limiter for ship dc power system[J]. Proceedings of the CSEE, 2005, 25(20): 26-30.
[7] 庄劲武, 张晓锋, 杨锋, 等. 一种新型直流电网短路限流装置的设计与分析[J]. 海军工程大学学报, 2005, 17(4): 13-17.
Zhuang Jinwu, Zhang Xiaofeng, Yang Feng, et al. Design and analysis of a new type DC fault current limiter[J]. Journal of Naval University of Engineering, 2005, 17(4): 13-17.
[8] Sun K, Soto D, Steurer M, et al. Experimental verification of limiting fault currents in MVDC systems by using modular multilevel converters[C]// 2015 IEEE Electric Ship Technologies Symposium (ESTS), Old Town Alexandria, VA, USA, 2015: 27-33.
[9] Li Zheng, Liang Siyuan, Ren Li, et al. Application of flux-coupling-type superconducting fault current limiter on shipboard MVDC integrated power system[J]. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2020, 30(4): 1-8.
[10] 刘胜, 王天骐, 张兰勇. 船舶中压直流电力系统配电网络重构技术研究[J]. 舰船科学技术, 2020, 42(1): 116-122.
Liu Sheng, Wang Tianqi, Zhang Lanyong. Research on the network reconfiguration of power distribution in the medium voltage DC power system on ships[J]. Ship Science and Technology, 2020, 42(1): 116-122.
[11] 梁正卓, 朱琬璐, 朱志宇, 等. 船舶综合电力系统重构技术现状及展望[J]. 中国舰船研究, 2022, 17(6): 36-47.
Liang Zhengzhuo, Zhu Wanlu, Zhu Zhiyu, et al. Situation and prospects of shipboard integrated power system reconfiguration technology[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2022, 17(6): 36-47.
[12] Baran M E, Mahajan N. System reconfiguration on shipboard DC zonal electrical system[C]//IEEE Electric Ship Technologies Symposium, 2005, Philadelphia, PA, 2005: 86-92.
[13] 桂永胜, 张志远, 杜罗娜. 船舶电力系统的故障诊断及处理研究[J]. 船电技术, 2021, 41(10): 1-5.
Gui Yongsheng, Zhang Zhiyuan, Du Luona. Research on diagnosis and processing of ship power system faults[J]. Marine Electric & Electronic Engineering, 2021, 41(10): 1-5.
[14] 欧阳黎. 船舶交直流混合电力系统网络重构方法研究[D]. 长沙: 湖南大学, 2018.
Ouyang Li. Research on the network reconfiguration of hybrid AC/DC shipboard power system[D]. Changsha: Hunan University, 2018.
[15] 张平. 适用于船舶直流区域配电网的保护方法研究[J]. 船舶, 2021, 32(5): 55-64.
Zhang Ping. Protection methods suitable for ship direct current regional distribution network[J]. Ship & Boat, 2021, 32(5): 55-64.
[16] 年珩, 孔亮. 直流微电网故障保护技术研究综述[J]. 高电压技术, 2020, 46(7): 2241-2254.
Nian Heng, Kong Liang. Review on fault protection technologies of DC microgrid[J]. High Voltage Engineering, 2020, 46(7): 2241-2254.
[17] 束洪春, 代月, 安娜, 等. 基于线性回归的柔性直流电网纵联保护方法[J]. 电工技术学报, 2022, 37(13): 3213-3226, 3288.
Shu Hongchun, Dai Yue, An Na, et al. Pilot protection method of flexible DC grid based on linear regression[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2022, 37(13): 3213-3226, 3288.
[18] 黄文焘, 邰能灵, 刘剑青, 等. 微电网多层级协同反时限保护方案[J]. 电工技术学报, 2021, 36(3): 623-633.
Huang Wentao, Tai Nengling, Liu Jianqing, et al. Multi-layer collaborative inverse-time protection schemes for microgrids[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2021, 36(3): 623-633.
[19] 吴丽丽, 茆美琴, 施永. 含主动限流控制的MMC-HVDC 电网直流短路故障电流解析计算[J]. 电工技术学报, 2024, 39(3): 785-797.
Wu Lili, Mao Meiqin, Shi Yong. Analytical calculation of DC short-circuit fault current of modular multi-level converter-HVDC grid with active current limiting control[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2024, 39(3): 785-797.
[20] 杨亚宇, 邰能灵, 谢卫, 等. 利用单端边界能量的直流输电线路全线速动保护[J]. 电工技术学报, 2023, 38(9): 2403-2417.
Yang Yayu, Tai Nengling, Xie Wei, et al. A whole-line fast protection scheme for HVDC transmission line based on single-ended boundary energy[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2023, 38(9): 2403-2417.
[21] Xu Luona, Guerrero J, Lashab A, et al. A review of DC shipboard microgrids—part II: control architectures, stability analysis, and protection schemes[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2022, 37(4): 4105-4120.
[22] 汤天浩, 韩朝珍. 船舶电力推进系统[M]. 北京: 机械工业出版社, 2015.
[23] Li Zheng, Ren Li, Cai Zhenming, et al. Electromagnetic design and performance analysis of a hybrid-type superconducting fault current limiter in shipboard MVDC IPS[J]. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2022, 32(6): 1-4.
[24] 张毅, 杨秀霞. 舰船电力系统网络重构研究综述[J]. 电工技术学报, 2005, 20(8): 1-6.
Zhang Yi, Yang Xiuxia. Review of shipboard power system network reconfiguration[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2005, 20(8): 1-6.
[25] 刘剑, 何雨微, 徐祥海, 等. 柔性直流电网故障限流技术分析与探讨[J]. 电力自动化设备, 2020, 40(4): 9-16.
Liu Jian, He Yuwei, Xu Xianghai, et al. Analysis and discussion of fault current limiting technology in flexible DC grid[J]. Electric Power Automation Equipment, 2020, 40(4): 9-16.
[26] 周光阳, 李妍, 何大瑞, 等. 含限流器的多端柔直系统故障保护策略[J]. 电工技术学报, 2020, 35(7): 1432-1443.
Zhou Guangyang, Li Yan, He Darui, et al. Protection scheme for VSC-MTDC system with fault current limiter[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(7): 1432-1443.
[27] 卓超然, 张笑天, 张雄, 等. 支撑电容可分离的直流变压器短路故障电流限流控制方法[J]. 电工技术学报, 2022, 37(2): 424-432.
Zhuo Chaoran, Zhang Xiaotian, Zhang Xiong, et al. Short-circuit fault current limiting control method of DC transformer with separable supporting capacitor[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2022, 37(2): 424-432.
[28] 王聪博, 贾科, 毕天姝, 等. 基于控保协同的多端柔性直流配电系统线路保护[J]. 中国电机工程学报, 2020, 40(8): 2559-2568.
Wang Congbo, Jia Ke, Bi Tianshu, et al. Line protection for multi-terminal flexible DC distribution system based on control and protection coordination[J]. Proceedings of the CSEE, 2020, 40(8): 2559-2568.
[29] 杨赛昭, 向往, 文劲宇. 架空柔性直流电网线路故障保护综述[J]. 中国电机工程学报, 2019, 39(22): 6600-6617.
Yang Saizhao, Xiang Wang, Wen Jinyu. Review of DC fault protection methods for the MMC based DC grid[J]. Proceedings of the CSEE, 2019, 39(22): 6600-6617.
[30] Soto D, Sloderbeck M, Ravindra H, et al. Advances to megawatt scale demonstrations of high speed fault clearing and power restoration in breakerless MVDC shipboard power systems[C]//2017 IEEE Electric Ship Technologies Symposium (ESTS), Arlington, VA, USA, 2017: 312-315.
[31] Tamaskar S, Ravindra H, Sloderbeck M, et al. CHIL-based demonstration of centralized fault location strategy for a MVDC shipboard power system[C]// Advanced Machinery Technology Symposium (AMTS), Villanova, Pennsylvania, USA, 2016.
[32] 熊留青. 船舶电力推进系统控制策略仿真研究[D]. 武汉: 武汉理工大学, 2019.
Xiong Liuqing. Simulation research of control strategy on marine electric propulsion system[D]. Wuhan: Wuhan University of Technology, 2019.
[33] 张磊, 周志勇, 张雨新, 等. 基于数值模拟的螺旋桨吸气及水动力性能研究[J]. 中国舰船研究, 2020, 15(5): 96-101, 113.
Zhang Lei, Zhou Zhiyong, Zhang Yuxin, et al. Propeller ventilation and hydrodynamic performance based on numerical simulation[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2020, 15(5): 96-101, 113.
[34] 汪桐萱, 任倩, 梁景凯, 等. 恶劣海况下船舶电力推进系统抗过旋控制研究[J]. 舰船科学技术, 2016, 38(17): 78-82.
Wang Tongxuan, Ren Qian, Liang Jingkai, et al. Research on anti-spin control of marine electric propulsion system in extreme conditions[J]. Ship Science and Technology, 2016, 38(17): 78-82.
[35] Yang Jin, Fletcher J E, O'Reilly J. Short-circuit and ground fault analyses and location in VSC-based DC network cables[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2012, 59(10): 3827-3837.
[36] 戴志辉, 葛红波, 严思齐, 等. 柔性直流配电网故障分析[J]. 电工技术学报, 2018, 33(8): 1863-1874.
Dai Zhihui, Ge Hongbo, Yan Siqi, et al. Fault analysis of flxible DC distribution system[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2018, 33(8): 1863-1874.
[37] 贾科, 赵其娟, 王聪博, 等. 柔性直流配电系统线路保护与定值整定[J]. 电力系统自动化, 2019, 43(19): 171-178.
Jia Ke, Zhao Qijuan, Wang Congbo, et al. Line protection and setting calculation for flexible DC distribution system[J]. Automation of Electric Power Systems, 2019, 43(19): 171-178.
[38] 杨海倩, 王玮, 荆龙, 等. MMC-HVDC系统直流侧故障暂态特性分析[J]. 电网技术, 2016, 40(1): 40-46.
Yang Haiqian, Wang Wei, Jing Long, et al. Analysis on transient characteristic of DC transmission line fault in MMC based HVDC transmission system[J]. Power System Technology, 2016, 40(1): 40-46.
[39] 郭晓茜, 崔翔, 齐磊. 架空线双极MMC-HVDC系统直流短路故障分析和保护[J]. 中国电机工程学报, 2017, 37(8): 2177-2185.
Guo Xiaoqian, Cui Xiang, Qi Lei. DC short-circuit fault analysis and protection for the overhead line bipolar MMC-HVDC system[J]. Proceedings of the CSEE, 2017, 37(8): 2177-2185.
[40] Li Chengyu, Zhao Chengyong, Xu Jianzhong, et al. A pole-to-pole short-circuit fault current calculation method for DC grids[J]. IEEE Transactions on Power Systems, 2017, 32(6): 4943-4953.
[41] Xu Jianzhong, Zhu Sicheng, Li Chengyu, et al. The enhanced DC fault current calculation method of MMC-HVDC grid with FCLs[J]. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 2019, 7(3): 1758-1767.
[42] Lewis P T, Grainger B M, Al Hassan H A, et al. Fault section identification protection algorithm for modular multilevel converter-based high voltage DC with a hybrid transmission corridor[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2016, 63(9): 5652-5662.
[43] Qin Jiangchao, Saeedifard M, Rockhill A, et al. Hybrid design of modular multilevel converters for HVDC systems based on various submodule circuits[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2015, 30(1): 385-394.
[44] 王钢, 李志铿, 李海锋, 等. HVDC换流器等值谐波阻抗的计算方法[J]. 中国电机工程学报, 2010, 30(19): 64-68.
Wang Gang, Li Zhikeng, Li Haifeng, et al. Calculation method of harmonic equivalent impedances of HVDC converter[J]. Proceedings of the CSEE, 2010, 30(19): 64-68.
[45] Yang Yayu, Tai Ningling, Liu Yu, et al. Calculated DC resistance-based pilot protection scheme for bipolar high-voltage direct current transmission lines[J]. IET Generation, Transmission & Distribution, 2022, 16(20): 4027-4039.
[46] Qi Yi, Zhao Huanfeng, Fan Shengtao, et al. Small signal frequency-domain model of a LCC-HVDC converter based on an infinite series-converter approach[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2019, 34(1): 95-106.
[47] Chen Xiang, Ma Junpeng, Wang Shunliang, et al. An accurate impedance model of line commutated converter with variable commutation overlap[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2022, 37(1): 562-572.
[48] 王蕾, 孙孝峰, 王宝诚, 等. LCC-MMC混合高压直流输电系统直流线路故障保护方案研究[J]. 中国电机工程学报, 2021, 41(21): 7339-7352.
Wang Lei, Sun Xiaofeng, Wang Baocheng, et al. Research on protection scheme of DC line fault in LCC-MMC hybrid HVDC system[J]. Proceedings of the CSEE, 2021, 41(21): 7339-7352.
[49] Pozzobon P. Transient and steady-state short-circuit currents in rectifiers for DC traction supply[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 1998, 47(4): 1390-1404.
[50] 李春, 马凡, 付立军, 等. 十二脉波不控整流器直流单极接地短路的动态数学模型[J]. 电工技术学报, 2020, 35(7): 1529-1537.
Li Chun, Ma Fan, Fu Lijun, et al. Dynamic mathematical model of twelve-pulse diode rectifier with pole-to-ground DC fault[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(7): 1529-1537.
[51] 马凡, 付立军, 郭云珺, 等. 十二相同步发电机整流系统直流极间短路电流的解析计算方法[J]. 中国电机工程学报, 2021, 41(20): 7117-7126.
Ma Fan, Fu Lijun, Guo Yunjun, et al. Analytic calculation of pole-to-pole faults in twelve-phase synchronous generator-rectifier systems[J]. Proceedings of the CSEE, 2021, 41(20): 7117-7126.
[52] Jia Ke, Feng Tao, Wang Congbo, et al. Current ratio based breakage protection for flexible DC distribution systems[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2020, 35(5): 2300-2309.
[53] 戴志辉, 陈思琦, 李毅然, 等. 复杂环状柔直配电网单极断线故障特性分析[J]. 电工技术学报, 2022, 37(5): 1229-1241.
Dai Zhihui, Chen Siqi, Li Yiran, et al. Characteristic analysis of single-pole breakage fault in complex ring flexible DC distribution systems[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2022, 37(5): 1229-1241.
[54] 李海锋, 许灿雄, 梁远升, 等. 计及换流站控制特性的多端混合直流输电系统故障暂态计算方法[J]. 中国电机工程学报, 2023, 43(4): 1426-1438.
Li Haifeng, Xu Canxiong, Liang Yuansheng, et al. Fault transient calculation method for multi-terminal hybrid HVDC systems considering control characteristics of converter station[J]. Proceedings of the CSEE, 2023, 43(4): 1426-1438.
[55] 汤兰西, 董新洲. MMC直流输电网线路短路故障电流的近似计算方法[J]. 中国电机工程学报, 2019, 39(2): 490-498, 646.
Tang Lanxi, Dong Xinzhou. An approximate method for the calculation of transmission line fault current in MMC-HVDC grid[J]. Proceedings of the CSEE, 2019, 39(2): 490-498, 646.
[56] 陈少宇, 黄文焘, 邰能灵, 等. 基于单端暂态电压的含限流电抗器直流配电网保护方法[J]. 电力系统自动化, 2021, 45(8): 185-193.
Chen Shaoyu, Huang Wentao, Tai Nengling, et al. Protection method based on single-terminal transient voltage for DC distribution network with current limiting reactor[J]. Automation of Electric Power Systems, 2021, 45(8): 185-193.
[57] Li Jiapeng, Li Yujun, Xiong Liansong, et al. DC fault analysis and transient average current based fault detection for radial MTDC system[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2020, 35(3): 1310-1320.
[58] Li Yujun, Li Jiapeng, Xiong Liansong, et al. DC fault detection in meshed MTDC systems based on transient average value of current[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2020, 67(3): 1932-1943.
[59] Luo Yiping, He Jinghan, Li Meng, et al. Analytical calculation of transient short-circuit currents for MMC-based MTDC grids[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2022, 69(7): 7500-7511.
[60] 辛业春, 罗鑫, 王拓, 等. 计及过渡电阻影响的直流电网不同拓扑结构故障电流简化计算方法[J]. 电网技术, 2023, 47(2): 804-817.
Xin Yechun, Luo Xin, Wang Tuo, et al. Simplified calculation method of fault current in different topological structures of DC grid considering the influence of transition resistance[J]. Power System Technology, 2023, 47(2): 804-817.
[61] 俞永杰, 吕煜, 邓伟成, 等. 采用架空线等效模型的直流电网故障电流计算方法及实验验证[J]. 中国电机工程学报, 2020, 40(23): 7530-7539.
Yu Yongjie, Lyu Yu, Deng Weicheng, et al. Fault Current calculation method in complex frequency domain of MMC-HVDC grid using equivalent model of transmission line[J]. Proceedings of the CSEE, 2020, 40(23): 7530-7539.
[62] 周念成, 董宇, 廖建权, 等. 金属回流双极直流系统中的极模变换及其在故障分析中的应用[J]. 中国电机工程学报, 2021, 41(增刊1): 130-142.
Zhou Niancheng, Dong Yu, Liao Jianquan, et al. Pole-mode transformation of bipolar DC systems with metallic return and its application in fault analysis[J]. Proceedings of the CSEE, 2021, 41(S1): 130-142.
[63] Liao Jianquan, Zhou Niancheng, Wang Qianggang. DC grid protection method based on phase planes of single-end common-and differential-mode components[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2021, 36(1): 299-310.
[64] Chanda N K, Fu Yong. ANN-based fault classification and location in MVDC shipboard power systems[C]//2011 North American Power Symposium, Boston, MA, USA, 2011: 1-7.
[65] Li Weilin, Monti A, Ponci F. Fault detection and classification in medium voltage DC shipboard power systems with wavelets and artificial neural networks[J]. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 2014, 63(11): 2651-2665.
[66] Wu Guoqiang. Fault detection method for ship equipment based on BP neural network[C]//2018 International Conference on Robots & Intelligent System (ICRIS), Changsha, China, 2018: 556-559.
[67] Liu Sheng, Sun Yue, Zhang Lanyong, et al. Fault diagnosis of shipboard medium-voltage DC power system based on machine learning[J]. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2021, 124: 106399.
[68] 汪光远, 马啸, 林湘宁, 等. 基于集成学习的柔性直流配电线路单端量高灵敏保护方案[J]. 中国电机工程学报, 2021, 41(24): 8447-8463.
Wang Guangyuan, Ma Xiao, Lin Xiangning, et al. Single-ended high-sensitivity protection scheme for flexible DC distribution line based on ensemble learning[J]. Proceedings of the CSEE, 2021, 41(24): 8447-8463.
[69] Maqsood A, Oslebo D, Corzine K, et al. STFT cluster analysis for DC pulsed load monitoring and fault detection on naval shipboard power systems[J]. IEEE Transactions on Transportation Electrification, 2020, 6(2): 821-831.
[70] 王琦, 马伟明, 付立军, 等. 舰船综合电力系统继电保护策略[J]. 高电压技术, 2007, 33(10): 157-161.
Wang Qi, Ma Weiming, Fu Lijun, et al. Relay protection schemes on shipboard integrated power system[J]. High Voltage Engineering, 2007, 33(10): 157-161.
[71] 邰能灵, 王鹏, 倪明杰. 大型船舶电力系统关键技术与应用[M]. 北京: 科学出版社, 2012.
[72] 王征, 沈兵, 庄劲武, 等. 舰船复杂树型电网新型保护方法的研究[J]. 继电器, 2005, 33(9): 62-65.
Wang Zheng, Shen Bing, Zhuang Jinwu, et al. Study of a new complex tree-structure network protection in shipboard[J]. Relay, 2005, 33(9): 62-65.
[73] 张芳, 毕大强, 曾祥君, 等. 船舶环形配电网无通道保护方法研究[J]. 电力系统保护与控制, 2015, 43(2): 84-89.
Zhang Fang, Bi Daqiang, Zeng Xiangjun, et al. Research on methods of non-communication protection for shipboard loop power distribution systems[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(2): 84-89.
[74] 曹爽, 王卿宇, 张纪元. 船舶电力系统中的纵差动保护[J]. 船电技术, 2007, 27(2): 92-93, 122.
Cao Shuang, Wang Qingyu, Zhang Jiyuan. Longitudinal differential protection in marine power system[J]. Marine Electric & Electronic Engineering, 2007, 27(2): 92-93, 122.
[75] Tang J, McLaren P G. A wide area differential backup protection scheme for shipboard application[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2006, 21(3): 1183-1190.
[76] 陈淼, 贾科, 姚昆鹏, 等. 基于故障前行波极值时间的柔性直流线路单端量保护方法[J]. 中国电机工程学报, 2023, 43(10): 3742-3758.
Chen Miao, Jia Ke, Yao Kunpeng, et al. Single-ended protection method of flexible DC line based on extremum time of fault forward traveling wave[J]. Proceedings of the CSEE, 2023, 43(10): 3742-3758.
[77] Lan Tongkun, Li Yinhong, Duan Xianzhong. High fault-resistance tolerable traveling wave protection for multi-terminal VSC-HVDC[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2021, 36(2): 943-956.
[78] Ikhide M, Tennakoon S, Griffiths A, et al. Transient-based protection technique for future DC grids utilising travelling wave power[J]. The Journal of Engineering, 2018, 2018(15): 1267-1273.
[79] 余修勇, 肖立业. 基于新型方向判据的多端MMC-HVDC故障快速检测方案[J]. 中国电机工程学报, 2021, 41(24): 8437-8447.
Yu Xiuyong, Xiao Liye. Fast fault detection scheme for multi-terminal MMC-HVDC based on novel fault directional criterion[J]. Proceedings of the CSEE, 2021, 41(24): 8437-8447.
[80] Yang Yayu, Tai Nengling, Fan Chunju, et al. Novel transient current-based protection scheme for DC line faults in UHVDC system[C]//2017 IEEE Power & Energy Society General Meeting, Chicago, IL, USA, 2017: 1-6.
[81] 李斌, 何佳伟, 李晔, 等. 基于边界特性的多端柔性直流配电系统单端量保护方案[J]. 中国电机工程学报, 2016, 36(21): 5741-5749, 6016.
Li Bin, He Jiawei, Li Ye, et al. Single-ended protection scheme based on boundary characteristic for the multi-terminal VSC-based DC distribution system[J]. Proceedings of the CSEE, 2016, 36(21): 5741-5749, 6016.
[82] Li Bin, Li Ye, He Jiawei, et al. A novel single-ended transient-voltage-based protection strategy for flexible DC grid[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2019, 34(5): 1925-1937.
[83] He Yangyang, Zheng Xiaodong, Tai Nengling, et al. A DC line protection scheme for MMC-based DC grids based on AC/DC transient information[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2020, 35(6): 2800-2811.
[84] 戴志辉, 黄敏, 苏怀波, 等. 环状柔直配网线路的单端量保护原理[J]. 中国电机工程学报, 2018, 38(23): 6825-6836, 7117.
Dai Zhihui, Huang Min, Su Huaibo, et al. Single-terminal quantity based line protection for ring flexible DC distribution system[J]. Proceedings of the CSEE, 2018, 38(23): 6825-6836, 7117.
[85] 王国钰, 范春菊, 李潇. 伪双极接线不同接地方式下直流配电线路故障选极方案[J]. 电网技术, 2022, 46(9): 3570-3579.
Wang Guoyu, Fan Chunju, Li Xiao. Fault pole selection of DC distribution lines under pseudo-bipolar wiring with different grounding modes[J]. Power System Technology, 2022, 46(9): 3570-3579.
[86] 张林, 邰能灵, 刘剑, 等. 直流微电网方向纵联保护方法研究[J]. 电测与仪表, 2018, 55(20): 1-7.
Zhang Lin, Tai Nengling, Liu Jian, et al. Analysis of directional pilot protection method for DC microgrid[J]. Electrical Measurement & Instrumentation, 2018, 55(20): 1-7.
[87] Satpathi K, Thukral N, Ukil A, et al. Directional protection scheme for MVDC shipboard power system[C]//IECON 2016 - 42nd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, Florence, Italy, 2016: 3840-3847.
[88] 王聪博, 贾科, 毕天姝, 等. 基于暂态电流波形相似度识别的柔性直流配电线路保护[J]. 电网技术, 2019, 43(10): 3823-3832.
Wang Congbo, Jia Ke, Bi Tianshu, et al. Protection for flexible DC distribution system based on transient current waveform similarity identification[J]. Power System Technology, 2019, 43(10): 3823-3832.
[89] 戴志辉, 刘雪燕, 刘自强, 等. 基于电流故障分量的柔直配电线路纵联保护原理[J]. 高电压技术, 2021, 47(5): 1684-1695.
Dai Zhihui, Liu Xueyan, Liu Ziqiang, et al. Pilot protection scheme for flexible DC distribution grids based on superimposed current[J]. High Voltage Engineering, 2021, 47(5): 1684-1695.
[90] 戴志辉, 刘雪燕, 黄敏, 等. 基于相似度比较的环状柔直配电网线路单极接地故障保护[J]. 电力系统自动化, 2019, 43(23): 107-115.
Dai Zhihui, Liu Xueyan, Huang Min, et al. Similarity comparison based single-pole grounding fault protection for lines in ring-shaped flexible DC distribution network[J]. Automation of Electric Power Systems, 2019, 43(23): 107-115.
[91] 杨亚宇, 邰能灵, 刘剑, 等. 利用边界能量的高压直流线路纵联保护方案[J]. 中国电机工程学报, 2015, 35(22): 5757-5767.
Yang Yayu, Tai Nengling, Liu Jian, et al. A pilot protection scheme for HVDC transmission lines based on boundary energy[J]. Proceedings of the CSEE, 2015, 35(22): 5757-5767.
[92] 戴志辉, 刘宁宁, 何永兴, 等. 基于直流滤波环节暂态能量比的高压直流线路纵联保护[J]. 电工技术学报, 2020, 35(9): 1985-1998.
Dai Zhihui, Liu Ningning, He Yongxing, et al. A pilot protection for HVDC transmission lines based on the ratio of DC filter link transient energy[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(9): 1985-1998.
[93] Dai Zhihui, Liu Ningning, Zhang Cheng, et al. A pilot protection for HVDC transmission lines based on transient energy ratio of DC filter link[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2020, 35(4): 1695-1706.
[94] 高飘, 郑晓冬, 晁晨栩, 等. 基于边界暂态能量的多端柔性直流输电线路保护[J]. 电力系统自动化, 2021, 45(17): 171-179.
Gao Piao, Zheng Xiaodong, Chao Chenxu, et al. Protection for multi-terminal flexible DC transmission lines based on boundary transient energy[J]. Automation of Electric Power Systems, 2021, 45(17): 171-179.
[95] 贾科, 宣振文, 李晨曦, 等. 柔性直流配网中基于暂态高频阻抗比较的方向纵联保护[J]. 中国电机工程学报, 2018, 38(18): 5343-5351.
Jia Ke, Xuan Zhenwen, Li Chenxi, et al. A directional pilot protection based on phase angle of transient high-frequency impedance for flexible DC distribution grid[J]. Proceedings of the CSEE, 2018, 38(18): 5343-5351.
[96] Jia Ke, Xuan Zhenwen, Feng Tao, et al. Transient high-frequency impedance comparison-based protection for flexible DC distribution systems[J]. IEEE Transactions on Smart Grid, 2020, 11(1): 323-333.
[97] Yang Yayu, Tai Ningling, Fan Chunju, et al. Resonance frequency-based protection scheme for ultra-high-voltage direct-current transmission lines[J]. IET Generation, Transmission & Distribution, 2018, 12(2): 318-327.
[98] 张大海, 武传健, 和敬涵, 等. 基于未失真因子的LCC-MMC混合直流输电线路保护方案[J]. 高电压技术, 2022, 48(1): 166-181.
Zhang Dahai, Wu Chuanjian, He Jinghan, et al. Protection scheme for transmission lines of LCC-MMC hybrid HVDC system based on undistorted factor[J]. High Voltage Engineering, 2022, 48(1): 166-181.
[99] 陈淼, 贾科, 陈聪, 等. 基于高频阻抗曲线匹配的混合直流输电线路纵联保护[J]. 电力系统自动化, 2021, 45(12): 119-125.
Chen Miao, Jia Ke, Chen Cong, et al. Pilot protection for hybrid DC transmission line based on high-frequency impedance curve matching[J]. Automation of Electric Power Systems, 2021, 45(12): 119-125.
[100] 梁远升, 黄泽杰, 李海锋, 等. 基于行波相位特性的三端混合直流线路行波保护原理[J]. 中国电机工程学报, 2021, 41(13): 4525-4543.
Liang Yuansheng, Huang Zejie, Li Haifeng, et al. Phase characteristics based travelling wave protection for transmission line of three-terminal hybrid HVDC system[J]. Proceedings of the CSEE, 2021, 41(13): 4525-4543.
[101] 贾科, 冯涛, 陈淼, 等. LCC-MMC型混合直流配电系统线路保护方案[J]. 电工技术学报, 2021, 36(3): 656-665.
Jia Ke, Feng Tao, Chen Miao, et al. Line protection scheme for hybrid LCC-MMC type DC distribution system[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2021, 36(3): 656-665.
[102] Li Tao, Li Yongli, Zhu Yuchen. Research on the voltage supporting capability of multi-VSC-HVDC subsystems operation strategy to receiving-end LCC-HVDC network in weak AC grid[J]. CES Transactions on Electrical Machines and Systems, 2023, 7(1): 11-20.
[103] Alshareef M, Lin Zhengyu, Li Fulong, et al. A grid interface current control strategy for DC microgrids[J]. CES Transactions on Electrical Machines and Systems, 2021, 5(3): 249-256.
[104] Benzaquen J, He Jiangbiao, Mirafzal B. Toward more electric powertrains in aircraft: technical challenges and advancements[J]. CES Transactions on Electrical Machines and Systems, 2021, 5(3): 177-193.
[105] 刘剑, 邰能灵, 范春菊, 等. 柔性直流输电线路故障处理与保护技术评述[J]. 电力系统自动化, 2015, 39(20): 158-167.
Liu Jian, Tai Nengling, Fan Chunju, et al. Comments on fault handling and protection technology for VSC-HVDC transmission lines[J]. Automation of Electric Power Systems, 2015, 39(20): 158-167.
[106] 王振浩, 刘婕, 肖壮, 等. 具备直流故障清除能力的电流转移型模块化多电平换流器[J]. 中国电机工程学报, 2018, 38(19): 5795-5803, 5936.
Wang Zhenhao, Liu Jie, Xiao Zhuang, et al. A current-transferring MMC topology with DC fault clearance capability[J]. Proceedings of the CSEE, 2018, 38(19): 5795-5803, 5936.
[107] 束洪春, 王文韬, 江耀曦, 等. 一种具备直流故障清除能力的新型MMC子模块拓扑[J]. 电力自动化设备, 2022, 42(5): 75-81.
Shu Hongchun, Wang Wentao, Jiang Yaoxi, et al. Novel MMC sub-module topology with DC fault clearing capability[J]. Electric Power Automation Equipment, 2022, 42(5): 75-81.
[108] 赵思远, 徐康泰, 郎博宇, 等. 基于故障清除专用自阻模块的改进型MMC运行控制策略[J]. 电力自动化设备, 2021, 41(5): 189-195.
Zhao Siyuan, Xu Kangtai, Lang Boyu, et al. Operating control strategy of advanced MMC based on fault-clearing special self-resistance module[J]. Electric Power Automation Equipment, 2021, 41(5): 189-195.
[109] 樊强, 赵西贝, 赵成勇. 适用于直流电网故障清除的并联型混合MMC[J]. 中国电机工程学报, 2021, 41(14): 4965-4974.
Fan Qiang, Zhao Xibei, Zhao Chengyong. A parallel hybrid MMC for clearing fault in DC grid[J]. Proceedings of the CSEE, 2021, 41(14): 4965-4974.
[110] 薛士敏, 陈萧, 刘白冰, 等. 一种新型限流式混合直流断路器拓扑[J]. 中国电机工程学报, 2022, 42(7): 2508-2520.
Xue Shimin, Chen Xiao, Liu Baibing, et al. A novel current-limiting hybrid DC circuit breaker topology[J]. Proceedings of the CSEE, 2022, 42(7): 2508-2520.
[111] 程显, 闫冬冬, 葛国伟, 等. 基于耦合电抗器的阻容型混合直流断路器拓扑结构研究[J]. 电工技术学报, 2023, 38(3): 818-827.
Cheng Xian, Yan Dongdong, Ge Guowei, et al. Research on the topology of the resistance-capacitance hybrid DC circuit breaker with coupling reactors[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2023, 38(3): 818-827.
[112] 陈龙龙, 魏晓光, 焦重庆, 等. 混合式高压直流断路器分断过程电磁瞬态建模和测试[J]. 电工技术学报, 2021, 36(24): 5261-5271.
Chen Longlong, Wei Xiaoguang, Jiao Chongqing, et al. Electromagnetic transient modeling and test of hybrid DC circuit breaker[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2021, 36(24): 5261-5271.
[113] 余占清, 曾嵘, 屈鲁, 等. 混合式直流断路器的发展现状及展望[J]. 高电压技术, 2020, 46(8): 2617-2626.
Yu Zhanqing, Zeng Rong, Qu Lu, et al. Development status and prospect of hybrid DC circuit breaker[J]. High Voltage Engineering, 2020, 46(8): 2617-2626.
[114] 薛士敏, 陈超超, 金毅, 等. 直流配电系统保护技术研究综述[J]. 中国电机工程学报, 2014, 34(19): 3114-3122.
Xue Shimin, Chen Chaochao, Jin Yi, et al. A research review of protection technology for DC distribution system[J]. Proceedings of the CSEE, 2014, 34(19): 3114-3122.
[115] 李斌, 李鹏宇, 温伟杰, 等. 机械式直流断路器性能分析及谐振换流方法[J]. 电工技术学报, 2022, 37(9): 2139-2149.
Li Bin, Li Pengyu, Wen Weijie, et al. Performance analysis and resonant commutation method of mechanical DC circuit breaker[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2022, 37(9): 2139-2149.
[116] 程显, 徐鹏飞, 葛国伟, 等. 机械式真空直流断路器弧后电流测量研究[J]. 电工技术学报, 2021, 36(16): 3516-3524.
Cheng Xian, Xu Pengfei, Ge Guowei, et al. Research on measurement of post-arc current of mechanical vacuum DC circuit breaker[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2021, 36(16): 3516-3524.
[117] 张梓莹, 梁德世, 蔡淼中, 等. 机械式高压直流真空断路器换流参数研究[J]. 电工技术学报, 2020, 35(12): 2554-2561.
Zhang Ziying, Liang Deshi, Cai Miaozhong, et al. Research on commutation parameters of mechanical HVDC vacuum circuit breaker[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(12): 2554-2561.
[118] 赵书涛, 王波, 华回春, 等. 基于马尔科夫模型的直流断路器可靠性评估方法[J]. 电工技术学报, 2019, 34(增刊1): 126-132.
Zhao Shutao, Wang Bo, Hua Huichun, et al. Reliability evaluation method of DC circuit breaker based on Markov model[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2019, 34(S1): 126-132.
[119] 李辉, 廖兴林, 肖洪伟, 等. 基于SiC MOSFET直流固态断路器关断初期电压尖峰抑制方法[J]. 电工技术学报, 2018, 33(5): 1058-1067.
Li Hui, Liao Xinglin, Xiao Hongwei, et al. Voltage overshoot suppression method of SiC MOSFET-based DC solid-state circuit breaker at turn-off initial stage[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2018, 33(5): 1058-1067.
[120] 彭振东, 任志刚, 姜楠, 等. 新型直流固态限流断路器设计与分析[J]. 中国电机工程学报, 2017, 37(4): 1028-1037.
Peng Zhendong, Ren Zhigang, Jiang Nan, et al. Design and analysis for a novel DC solid state current limiting circuit breaker[J]. Proceedings of the CSEE, 2017, 37(4): 1028-1037.
[121] Cairoli P, Qi Lisa, Tschida C, et al. High Current solid state circuit breaker for DC shipboard power systems[C]//2019 IEEE Electric Ship Technologies Symposium (ESTS), Washington, DC, USA, 2019: 468-476.
[122] Qi L L, Antoniazzi A, Raciti L, et al. Design of solid-state circuit breaker-based protection for DC shipboard power systems[J]. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 2017, 5(1): 260-268.
[123] Corzine K A, Ashton R W. A new Z-source DC circuit breaker[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2012, 27(6): 2796-2804.
[124] Maqsood A, Corzine K. The Z-source breaker for fault protection in ship power systems[C]//2014 International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion, Ischia, Italy, 2014: 307-312.
[125] Maqsood A, Corzine K A. Integration of Z-source breakers into zonal DC ship power system microgrids[J]. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 2017, 5(1): 269-277.
[126] 刘路辉, 薛杰, 纪锋, 等. 一种双向强迫换流型直流真空断路器拓扑结构分析与设计[J]. 中国电机工程学报, 2022, 42(21): 8034-8041.
Liu Luhui, Xue Jie, Ji Feng, et al. Analysis and design of topological structure for Bi-direction forced commutation DC vacuum circuit breaker[J]. Proceedings of the CSEE, 2022, 42(21): 8034-8041.
[127] Qi Li, Cairoli P, Pan Z, et al. SSCB protection for DC shipboard power systems: breaker design, protection scheme, validation testing[C]//2019 IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, Baltimore, MD, USA, 2019: 1-8.
[128] 何俊佳. 高压直流断路器关键技术研究[J]. 高电压技术, 2019, 45(8): 2353-2361.
He Junjia. Research on key technologies of high voltage DC circuit breaker[J]. High Voltage Engineering, 2019, 45(8): 2353-2361.
[129] 周万迪, 贺之渊, 李弸智, 等. 模块级联多端口混合式直流断路器研究[J]. 中国电机工程学报, 2023, 43(11): 4355-4367.
Zhou Wandi, He Zhiyuan, Li Pengzhi, et al. Modular cascaded multi-port DC circuit breaker for DC grid application[J]. Proceedings of the CSEE, 2023, 43(11): 4355-4367.
[130] 甘之正, 余占清, 屈鲁, 等. 复合开关自然换流型混合式直流断路器的研究及测试[J]. 中国电机工程学报, 2023, 43(24): 9763-9771.
Gan Zhizheng, Yu Zhanqing, Qu Lu, et al. Natural commutation hybrid DCCB based on vacuum and gas mechanical switch[J]. Proceedings of the CSEE, 2023, 43(24): 9763-9771.
[131] 江壮贤, 庄劲武, 刘路辉, 等. 基于强迫换流原理的新型真空直流限流断路器[J]. 海军工程大学学报, 2012, 24(3): 20-25.
Jiang Zhuangxian, Zhuang Jinwu, Liu Luhui, et al. On new DC vacuum circuit breaker based on artificial current zero[J]. Journal of Naval University of Engineering, 2012, 24(3): 20-25.
[132] 韩乃峥, 贾秀芳, 赵西贝, 等. 一种新型混合式直流故障限流器拓扑[J]. 中国电机工程学报, 2019, 39(6): 1647-1658, 1861.
Han Naizheng, Jia Xiufang, Zhao Xibei, et al. A novel hybrid DC fault current limiter topology[J]. Proceedings of the CSEE, 2019, 39(6): 1647-1658, 1861.
[133] 王振浩, 王尉, 侯兆静, 等. 耦合电感式双向直流限流器及其与直流断路器的联合运行策略[J]. 中国电机工程学报, 2022, 42(7): 2520-2532.
Wang Zhenhao, Wang Wei, Hou Zhaojing, et al. Coupled inductor bidirectional fault current limiter and its joint operation strategy with DC circuit breaker[J]. Proceedings of the CSEE, 2022, 42(7): 2520-2532.
[134] 汤广福, 王高勇, 贺之渊, 等. 张北500 kV直流电网关键技术与设备研究[J]. 高电压技术, 2018, 44(7): 2097-2106.
Tang Guangfu, Wang Gaoyong, He Zhiyuan, et al. Research on key technology and equipment for Zhangbei 500 kV DC grid[J]. High Voltage Engineering, 2018, 44(7): 2097-2106.
[135] Wei Nengqiao, Zhou Niancheng, Wang Qianggang, et al. Amplitude and energy contribution analysis of multi-type fault current limiting devices in DC grids[J]. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 2022, 10(4): 4797-4808.
[136] Gao Shilin, Ye Hua, Liu Yutian. Accurate and efficient estimation of short-circuit current for MTDC grids considering MMC control[J]. IEEE Transactions on Power Delivery, 2020, 35(3): 1541-1552.
[137] 邓文军, 刘麒麟, 张英敏, 等. 张北柔直电网单极接地故障短路电流计算方法及接地策略[J]. 高电压技术, 2022, 48(10): 4050-4059.
Deng Wenjun, Liu Qilin, Zhang Yingmin, et al. Short circuit current calculation method and grounding strategy of pole-to-ground fault in Zhangbei flexible DC power grid[J]. High Voltage Engineering, 2022, 48(10): 4050-4059.
[138] Cai Zhenming, Ren Li, Li Zheng, et al. Parameter matching and structural optimization design of H-SFCL in MMC ship MVDC system[J]. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2022, 32(6): 1-6.
[139] 王守相, 刘琪, 薛士敏, 等. 直流配电系统控制与保护协同关键技术及展望[J]. 电力系统自动化, 2019, 43(23): 23-30.
Wang Shouxiang, Liu Qi, Xue Shimin, et al. Key technologies and prospect for coordinated control and protection in DC distribution system[J]. Automation of Electric Power Systems, 2019, 43(23): 23-30.
[140] 李斌, 王晨阳, 何佳伟, 等. 自适应限流型固态断路器的直流电源设计[J]. 电力系统自动化, 2020, 44(5): 30-37.
Li Bin, Wang Chenyang, He Jiawei, et al. Design of DC power supply for self-adaptive current-limiting solid-state circuit breaker[J]. Automation of Electric Power Systems, 2020, 44(5): 30-37.
[141] 刘晓明, 田俊, 贾冠龙, 等. 具有耦合电感的限流型混合直流断路器拓扑设计与分析[J]. 中国电机工程学报, 2023, 43(22): 8885-8897.
Liu Xiaoming, Tian Jun, Jia Guanlong, et al. Topology design and analysis of current-limiting hybrid DC circuit breaker with coupling inductor[J]. Proceedings of the CSEE, 2023, 43(22): 8885-8897.
[142] 吴益飞, 肖宇, 杨飞, 等. 基于磁耦合电流转移的阻尼式直流开断技术[J]. 电力系统自动化, 2022, 46(13): 168-176.
Wu Yifei, Xiao Yu, Yang Fei, et al. Damping DC breaking technology based on magnetic induction current commutation[J]. Automation of Electric Power Systems, 2022, 46(13): 168-176.
[143] 常彬, 高路, 闫鹤鸣, 等. 具备潮流控制功能的直流断路器仿真建模研究[J]. 中国电机工程学报, 2018, 38(20): 5983-5991.
Chang Bin, Gao Lu, Yan Heming, et al. Modeling and simulation study of A new type of HVDC circuit breaker[J]. Proceedings of the CSEE, 2018, 38(20): 5983-5991.
[144] 许建中, 李馨雨, 宋冰倩, 等. 具备故障限流及断路功能的复合型直流潮流控制器[J]. 中国电机工程学报, 2020, 40(13): 4244-4256.
Xu Jianzhong, Li Xinyu, Song Bingqian, et al. Composite DC power flow controller with fault current limiting and breaking capacity[J]. Proceedings of the CSEE, 2020, 40(13): 4244-4256.
[145] 张烁, 邹贵彬, 魏秀燕, 等. 多端口直流断路器研究综述[J]. 中国电机工程学报, 2021, 41(13): 4502-4516.
Zhang Shuo, Zou Guibin, Wei Xiuyan, et al. A review of research on multi-port DC circuit breaker[J]. Proceedings of the CSEE, 2021, 41(13): 4502-4516.
[146] Zhang Shuo, Zou Guibin, Wei Xiuyan, et al. Diode-bridge multiport hybrid DC circuit breaker for multiterminal DC grids[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2021, 68(1): 270-281.
[147] 温伟杰, 李鹏宇, 李斌, 等. 多端口机械式直流断路器的动作策略与参数优化[J]. 电力系统自动化, 2021, 45(11): 86-94.
Wen Weijie, Li Pengyu, Li Bin, et al. Operation strategy and parameter optimization of multi-port mechanical DC circuit breaker[J]. Automation of Electric Power Systems, 2021, 45(11): 86-94.
[148] 李浩, 裴翔羽, 李泽文, 等. 具备故障电流限制能力的多端口直流断路器[J]. 电工技术学报, 2023, 38(10): 2818-2831.
Li Hao, Pei Xiangyu, Li Zewen, et al. A multi-port DC circuit breaker with fault-current limiting capability[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2023, 38(10): 2818-2831.
[149] Ahuja A, Das S, Pahwa A. An AIS-ACO hybrid approach for multi-objective distribution system reconfiguration[J]. IEEE Transactions on Power Systems, 2007, 22(3): 1101-1111.
[150] 王守相, 孟子涵. 舰船综合电力系统分析技术研究现状与展望[J]. 中国舰船研究, 2019, 14(2): 107-117.
Wang Shouxiang, Meng Zihan. Current status and prospects of analysis technologies of shipboard integrated power system[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2019, 14(2): 107-117.
[151] Badran O, Mekhilef S, Mokhlis H, et al. Optimal reconfiguration of distribution system connected with distributed generations: a review of different methodologies[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2017, 73: 854-867.
[152] 苏丽, 王锡淮, 肖健梅. 基于多目标优化算法的船舶微电网重构[J]. 中国舰船研究, 2020, 15(3): 169-176.
Su Li, Wang Xihuai, Xiao Jianmei. Ship micro-grid reconfiguration based on multiobjective optimization algorithm[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2020, 15(3): 169-176.
[153] Neuwirt C, Haslwanter J D H, Stanovich M, et al. Tree-based reconfiguration algorithm for zonal shipboard power systems[C]//2019 IEEE Electric Ship Technologies Symposium (ESTS), Washington, DC, USA, 2019: 249-256.
[154] Gomes F V, Carneiro S, Pereira J L R, et al. A new heuristic reconfiguration algorithm for large distribution systems[J]. IEEE Transactions on Power Systems, 2005, 20(3): 1373-1378.
[155] Butler K L, Sarma N D R. General reconfiguration methodology for AC radial shipboard power systems[C]//2000 IEEE Power Engineering Society Winter Meeting. Conference Proceedings (Cat. No.00CH37077), Singapore, 2000, 2: 1226-1230..
[156] Shariatzadeh F, Kumar N, Srivastava A K. Optimal control algorithms for reconfiguration of shipboard microgrid distribution system using intelligent techniques[J]. IEEE Transactions on Industry Applications, 2017, 53(1): 474-482.
[157] 张兰勇, 孟坤, 刘胜, 等. 基于改进双粒子群算法的舰船电力系统网络故障重构[J]. 电力系统保护与控制, 2019, 47(9): 90-96.
Zhang Lanyong, Meng Kun, Liu Sheng, et al. Reconstruction of ship power system network fault based on improved two particle swarm algorithm[J]. Power System Protection and Control, 2019, 47(9): 90-96.
[158] Shen Yini. Research on fault reconfiguration of shipboard zonal distribution system based on improved moth-flame algorithm[J]. World Scientific Research Journal, 2020, 6(3): 118-125.
[159] Mitra P, Venayagamoorthy G K. Implementation of an intelligent reconfiguration algorithm for an electric ship’s power system[J]. IEEE Transactions on Industry Applications, 2011, 47(5): 2292-2300.
[160] Zohrabi N, Abdelwahed S, Shi Jian. Reconfiguration of MVDC shipboard power systems: a model predictive control approach[C]//2017 IEEE Electric Ship Technologies Symposium (ESTS), Arlington, VA, USA, 2017: 253-258.
[161] Solanki J M, Schulz N N. Using intelligent multi-agent systems for shipboard power system reconfiguration [C]//Proceedings of the 13th International Conference on, Intelligent Systems Application to Power Systems, Arlington, Virginia, USA, 2005: 202-214.
[162] 张威, 施伟锋, 温彤. 基于多智能体的船舶区域配电网短路故障重构[J]. 船电技术, 2013, 33(9): 57-60.
Zhang Wei, Shi Weifeng, Wen Tong. Multi-agent-based short-circuit fault reconfiguration for shipboard zonal electrical distribution system[J]. Marine Electric & Electronic Engineering, 2013, 33(9): 57-60.
[163] 黎恒烜, 孙海顺, 文劲宇, 等. 用于舰船电力系统重构的多代理系统设计[J]. 中国电机工程学报, 2011, 31(10): 81-87.
Li Hengxuan, Sun Haishun, Wen Jinyu, et al. Design of a multi-agent system for shipboard power system reconfiguration[J]. Proceedings of the CSEE, 2011, 31(10): 81-87.
[164] 张威, 施伟锋, 胡红钱. 船舶区域配电系统全智能体重构及其优化研究[J]. 电力系统保护与控制, 2016, 44(4): 9-15.
Zhang Wei, Shi Weifeng, Hu Hongqian. Research on agent based reconfiguration and its optimization for shipboard zonal power systems[J]. Power System Protection and Control, 2016, 44(4): 9-15.
[165] Wang Zheng, Hu Zhiyuan, Yang Xuanfang. Multi-agent and ant colony optimization for ship integrated power system network reconfiguration[J]. Journal of Systems Engineering and Electronics, 2022, 33(2): 489-496.
[166] Zhu Wanlu, Shi Jian, Zhi Pengfei, et al. Distributed reconfiguration of a hybrid shipboard power system[J]. IEEE Transactions on Power Systems, 2021, 36(1): 4-16.
Abstract The shipboard medium-voltage DC (MVDC) integrated power system (IPS) is the technological development direction of the shipboard IPS. As the second part, this paper focuses on the protection and fault management technology of the shipboard MVDC IPS, which includes four parts: fault characteristics analysis, protection principle, fault isolation scheme and reconfiguration method.
First of all, the special technical requirements for the protection and fault management technology are analyzed. The shipboard MVDC IPS has high requirements for selectivity and speed. The protection and fault management scheme needs to fully consider the shipboard multiple operating modes and the transient response of multi-type power electronic converters.
Then, the fault characteristics analysis method and the protection principle are summarized, and the limitations are outlined. Subsequently, the fault isolation scheme and reconfiguration method are comprehensive reviewed, and the detailed comparisons are made respectively. Finally, the future research trends of the protection and fault management technology of the shipboard MVDC IPS are pointed out.
1) Fault characteristics analysis. The fault transient characteristics analysis methods based on time-frequency domain transformation, nodal impedance matrix analysis, topology simplification, and pole-mode transformation analysis in multi-terminal DC (MTDC) transmission and distribution system provide important references for the shipboard MVDC IPS. However, the fault characteristic analysis model of the complex topology shipboard MVDC IPS containing multi-type power electronic converters, multiple system nodes and multiple operating modes still needs to be studied.
2) Protection principle. Intelligent protection methods require a large amount of training data, which limits the engineering applications. The shipboard MVDC IPS protection can draw on the existing MTDC transmission and distribution system protection method to a certain extent. However, due to the short ship cables, inconsistent DC line boundaries, multiple system nodes, and complex topology, more detailed and in-depth research is still needed.
3) Fault isolation scheme. The hybrid DC circuit breaker (DCCB) has the advantages of low on-state loss of mechanical DC circuit breaker (MCB) and fast breaking speed of solid-state DCCB, which is one of the main technological development directions of DCCB. Currently, the fault isolation scheme based on inductive DC fault current limiter (DCFCL) and DCCB is more suitable for the shipboard MVDC IPS. The simple topology and low cost-based current-limiting DCCB and the high reliability multi-port DCCB are the future research directions.
4) Reconfiguration method. Combining the advantages of centralized manner-based reconfiguration methods and distributed reconfiguration methods, the muti-level distributed reconfiguration method is a meaningful research direction. What is more, the objective function and constraints of the shipboard MVDC IPS reconfiguration method require further study.
Keywords：Medium-voltage DC, shipboard integrated power system, fault characteristics analysis, power system protection, fault isolation
中图分类号：TM771
DOI:10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.231646
国家自然科学基金（52337006）、上海市2023年科技创新行动计划启明星培育（扬帆计划）（23YF1416000）、上海市优秀学术带头人计划（22XD1401400）、电力传输与功率变换控制教育部重点实验室开放课题（2022AB02）和上海市科技计划（20040501200）资助项目。
收稿日期 2023-10-08
改稿日期 2023-11-01
杨亚宇 男，1991年生，博士，硕士生导师，研究方向为船舶电力系统继电保护与控制、直流电网。E-mail：1098196711@163.com
邰能灵 男，1972年生，教授，博士生导师，研究方向为电力系统继电保护、电力系统综合自动化。E-mail：nltai@sjtu.edu.cn（通信作者）
（编辑 李 冰）