基于模块化多电平换流器的高压直流输电技术迅速发展，直流侧短路故障电流的限制与开断困难等问题已然成为研究热点。故障限流技术能够快速限制短路电流的峰值与上升率，为直流断路器的快速隔离提供有利条件。在现有混合式直流断路器基础上，提出2种快速限流的技术方案：新型直流故障限制器与直流断路器配合方案、结合限流电路的混合直流断路器方案。通过限流电感实现故障初期对故障电流上升率的抑制、限流电阻和电容在故障过程中快速投入以及电感限流回路与电容放电回路引入，使得故障电流峰值降低，直流断路器中避雷器的耗能压力继而减小，最终实现直流侧故障电流的快速清除。研究结果表明，所提2种方案能够大幅度减小故障电流峰值、降低避雷器耗能以及实现直流断路器安全可靠分断。

ABB公司已经研发出的混合直流断路器拓扑结构如图1虚线部分所示。其中，通流支路由超高速隔离开关（ultrafast disconnector，UFD）和辅助换流开关（load current switch，LCS）串联而成；K为机械开关；电流转移支路由n个子模块（sub-module，SM）串联构成；耗能支路由金属氧化物避雷器（metal oxide varistor，MOV）构成。该部分内容为后面保护方案的提出奠定了基础。

⬆ 图1 ABB混合式DCCB结构图

本文提出一种新型直流FCL拓扑，配置在换流站直流侧出口处，可以起到限制故障电流的作用。图2展示了该新型直流FCL拓扑与ABB混合式DCCB的连接关系。

⬆ 图2 新型直流FCL与ABB混合式DCCB配合结构图

文中分别从新型直流FCL的拓扑结构、限流过程机理及限流效果对比分析三个方面，阐述了所提保护方案能够减小故障电流峰值、降低避雷器耗能以及实现直流断路器安全可靠分断。

⬆ 图3 ABB混合式DCCB开断仿真图

⬆ 图4 新型直流FCL与直流断路器配合开断仿真图

通过上述图3、图4对比分析可知，本文所提新型FCL与DCCB配合的保护方案能在很大程度上减少故障电流水平，提高DCCB的分断可靠性。

通常来说DCCB仅具备故障隔离作用，不具备限流能力，结合限流电路的DCCB恰好弥补了这一问题。本文在ABB公司已经研发出的混合DCCB的基础上，提出一种结合限流电路的混合DCCB拓扑（如图5所示），配置在换流站直流侧出口处。

⬆ 图5 结合限流电路的混合直流断路器拓扑

文中分别从所提混合DCCB的拓扑结构、限流过程理论分析及限流效果对比三个方面，验证所提保护方案可行性。

⬆ 图6 结合限流电路的混合直流断路器开断仿真图

通过上述图3、图6对比分析，验证了本文提出的结合限流电路的混合DCCB保护方案能够有效地限制故障电流并降低避雷器耗能。

针对直流侧故障电流的限制措施，将仅ABB混合式DCCB传统方案（方案1）、本文所提新型FCL与ABB混合式DCCB配合方案（方案2）及所提结合限流电路的混合DCCB方案（方案3）进行对比，分析其限流能力、经济性及适用场合三个方面。

⬇ 表1 3种方案限流能力对比分析

方案1对故障电流可独立完成故障切除，但不具有限制电流作用。方案2提出的新型直流FCL对故障电流仅具有限制作用，无法独立完成故障清除，需要配合DCCB切断故障线路。方案3将限流电路集成到DCCB中，不但具有限制电流作用，而且能够及时切除故障。本文所提2种方案对故障电流均具有良好的限制效果。

单纯从器件使用数量及造价上考虑，方案3具备经济性优势。本文所提2种方案与传统方案1对比分析可知，方案2适用于已经投入使用的柔性直流输电工程，随着柔性直流输电电压等级与故障电流的不断提高，只需在已投运柔性直流输电工程的DCCB端考虑添加方案2中的新型FCL，就能够提高DCCB所承受的开断电流应力，减少该实际输电工程中对DCCB的更换成本。方案3更加适用于还未投入使用的柔性直流输电工程，或因直流电网的实际需要对DCCB进行更新换代，方案3作为一条可行的技术途径，不仅可靠性高，而且还可以节约成本，具有一定经济性优势。