Coordinated Suppression Method for Fault Current of Flexible DC Power Grid Integrated with Large-scale Wind Power

Shouqi JIANG; Guoqing LI; Yechun XIN; Lixin WANG; Yong YANG

doi:10.7500/AEPS20200517005

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Coordinated Suppression Method for Fault Current of Flexible DC Power Grid Integrated with Large-scale Wind Power

Application Research | 更新时间：2025-06-16

- Coordinated Suppression Method for Fault Current of Flexible DC Power Grid Integrated with Large-scale Wind Power
- Automation of Electric Power Systems Vol. 44, Issue 23, Pages: 125-134(2020)
- 作者机构：
  
  现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室（东北电力大学），吉林省吉林市 132012
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  State Grid Corporation of China
- DOI：10.7500/AEPS20200517005
  CLC：
- Received：17 May 2020，
  
  Revised：2020-07-30，
  
  Published Online：22 September 2020，
  
  Published：10 December 2020
- 稿件说明：
移动端阅览
江守其,李国庆,辛业春等.大规模风电接入的柔性直流电网故障电流协同抑制方法[J].电力系统自动化,2020,44(23):125-134.

JIANG Shouqi,LI Guoqing,XIN Yechun,et al.Coordinated Suppression Method for Fault Current of Flexible DC Power Grid Integrated with Large-scale Wind Power[J].Automation of Electric Power Systems,2020,44(23):125-134.
江守其,李国庆,辛业春等.大规模风电接入的柔性直流电网故障电流协同抑制方法[J].电力系统自动化,2020,44(23):125-134. DOI： 10.7500/AEPS20200517005.

JIANG Shouqi,LI Guoqing,XIN Yechun,et al.Coordinated Suppression Method for Fault Current of Flexible DC Power Grid Integrated with Large-scale Wind Power[J].Automation of Electric Power Systems,2020,44(23):125-134. DOI： 10.7500/AEPS20200517005.

摘要

基于模块化多电平换流器(MMC)柔性直流电网是实现大规模可再生能源发电汇集、多能互补和友好型并网的有效手段。针对直流断路器大电流开断成本高和技术难度大的问题，提出了一种适用于大规模风电接入的柔性直流电网故障电流协同抑制方法。通过分析直流故障特性，揭示了故障电流的关键影响因素，在此基础上，提出了MMC主动限流控制方法，并针对网侧和风电场侧换流站分别设计了参数选取原则，其中网侧换流站的限流性能可自适应于直流母线电压，在抑制故障电流的同时兼顾直流电网的快速恢复。针对风电场侧换流站，提出了集成限流功能的耗散电阻配置方法，使其同时具备解决直流电网功率盈余问题和降低桥臂换流阀电流应力的能力，并提出了其与主动限流控制以及直流断路器的协调配合方法，在保证风电场安全运行的同时协同抑制故障电流，从而降低对直流断路器开断速度、容量及其制造成本的需求。最后，基于RTLAB OP5600实时数字仿真平台搭建了四端柔性直流电网仿真模型，验证了所提方法的有效性和可行性。

Abstract

Modular multilevel converter (MMC) based DC power grid is an effective means to achieve large-scale renewable energy integration

multi-energy complementarity and friendly grid-connection. In order to solve the problems such as high cost and technical difficulty of DC circuit breaker (DCCB)

a coordinated method for fault current suppression of the DC power grid connected with large-scale wind power is proposed. Based on the analysis of DC fault characteristics

the key influencing factors of fault current are revealed

and an active current-limiting control (ACLC) method for MMC is proposed. Then the parameter selection principles are designed for the grid-side MMC (GSMMC) and the wind-farm-side MMC (WFMMC). The current-limiting performance of GSMMC can be adaptive to the DC bus voltage

which can limit the fault current while ensuring the rapid recovery of the DC grid. A configuration method of dissipative resistors with integrated current-limiting function is proposed for WFMMC

which can solve the problem of surplus power in the DC power grid and reduce the current stress of converter valves. Based on this

a coordinated method of dissipative resistors

ACLC

and DCCB is proposed to coordinately limit fault current while ensuring the safe operation of the wind farm

thereby reducing the requirement of breaking speed

capacity and manufacturing cost of DCCB. Finally

a four-terminal DC power grid simulation model is built based on the RTLAB OP5600 real-time digital simulation platform

which verifies the effectiveness and feasibility of the proposed method.

关键词

Keywords

references

李国庆，边竞，王鹤，等 . 适用于直流电网的环流式线间直流潮流控制器［J］. 电工技术学报， 2020 ， 35 （ 5 ）： 1118 - 1127 .

LI Guoqing ， BIAN Jing ， WANG He ， et al . A circulating current interline DC power flow controller for DC grid ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2020 ， 35 （ 5 ）： 1118 - 1127 .

刘先正，王兴成，温家良，等 . 含新能源直流电网的状态反馈控制［J］. 电力系统保护与控制， 2016 ， 44 （ 14 ）： 115 - 121 .

LIU Xianzheng ， WANG Xingcheng ， WEN Jialiang ， et al . State feedback control of DC grid with renewable energy ［J］. Power System Protection and Control ， 2016 ， 44 （ 14 ）： 115 - 121 .

郭贤珊，周杨，梅念，等 . 张北柔直电网的构建与特性分析［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 11 ）： 3698 - 3707 .

GUO Xianshan ， ZHOU Yang ， MEI Nian ， et al . Construction and characteristic analysis of Zhangbei flexible DC grid ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 11 ）： 3698 - 3707 .

LI Bin ， HE Jiawei ， LI Ye ， et al . A review of the protection for the multi-terminal VSC-HVDC grid ［J］. Protection and Control of Modern Power Systems ， 2019 ， 4 （ 4 ）： 239 - 249 .

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 .

ZHANG Jianbo ， ZHAO Chengyong . The research of SM topology with DC fault tolerance in MMC-HVDC ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2015 ， 30 （ 3 ）： 1561 - 1568 .

金恩淑，王越超，夏国武，等 . 一种具备直流故障隔离能力的经济型MMC拓扑［J］. 东北电力大学学报， 2019 ， 39 （ 4 ）： 11 - 18 .

JIN Enshu ， WANG Yuechao ， XIA Guowu ， et al . An economic MMC topology with DC fault isolation capability ［J］. Journal of Northeast Electric Power University ， 2019 ， 39 （ 4 ）： 11 - 18 .

向往，林卫星，文劲宇，等 . 一种能够阻断直流故障电流的新型子模块拓扑及混合型模块化多电平换流器［J］. 中国电机工程学报， 2014 ， 34 （ 29 ）： 5171 - 5179 .

XIANG Wang ， LIN Weixing ， WEN Jinyu ， et al . A new topology of sub-modules with DC fault current blocking capability and a new type of hybrid MMC converter ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2014 ， 34 （ 29 ）： 5171 - 5179 .

刘天琪，陶艳，李保宏 . 风电场经MMC-MTDC系统并网的几个关键问题［J］. 电网技术， 2017 ， 41 （ 10 ）： 3251 - 3260 .

LIU Tianqi ， TAO Yan ， LI Baohong . Critical problems of wind farm integration via MMC-MTDC system ［J］. Power System Technology ， 2017 ， 41 （ 10 ）： 3251 - 3260 .

裘鹏，黄晓明，王一，等 . 高压直流断路器在舟山柔直工程中的应用［J］. 高电压技术， 2018 ， 44 （ 2 ）： 403 - 408 .

QIU Peng ， HUANG Xiaoming ， WANG Yi ， et al . Application of high voltage DC circuit breaker in Zhoushan VSC-HVDC transmission project ［J］. High Voltage Engineering ， 2018 ， 44 （ 2 ）： 403 - 408 .

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 .

赵坚鹏，赵成勇，许建中，等 . 直流电网中超导限流器与高压直流断路器的协调配合方法［J］. 电力自动化设备， 2018 ， 38 （ 11 ）： 121 - 128 .

ZHAO Jianpeng ， ZHAO Chengyong ， XU Jianzhong ， et al . Coordination between superconducting current limiter and high voltage DC breaker in DC grid ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2018 ， 38 （ 11 ）： 121 - 128 .

赵西贝，许建中，苑津莎，等 . 一种阻感型电容换相混合式限流器［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 1 ）： 236 - 244 .

ZHAO Xibei ， XU Jianzhong ， YUAN Jinsha ， et al . A resistor and reactor type capacitor commutated hybrid fault current limiter ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 1 ）： 236 - 244 .

LI Guoqing ， BIAN Jing ， WANG He ， et al . Interline dc power flow controller with fault current-limiting capability ［J］. IET Generation ， Transmission & Distribution ， 2019 ， 13 （ 16 ）： 3680 - 3689 .

LI Bin ， HE Jiawei ， LI Ye ， et al . A novel solid-state circuit breaker with self-adapt fault current limiting capability for LVDC distribution network ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2019 ， 34 （ 4 ）： 3516 - 3529 .

周猛，向往，林卫星，等 . 柔性直流电网直流线路故障主动限流控制［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 7 ）： 2062 - 2072 .

ZHOU Meng ， XIANG Wang ， LIN Weixing ， et al . Active current-limiting control to handle overhead line fault in DC grid ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 7 ）： 2062 - 2072 .

WANG Sheng ， LI Chuanyue ， ADEUYI O D ， et al . Coordination of MMCs with hybrid DC circuit breakers for HVDC grid protection ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2019 ， 34 （ 1 ）： 11 - 22 .

倪斌业，向往，周猛，等 . 柔性直流电网紧急限流控制策略研究［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 11 ）： 3527 - 3537 .

NI Binye ， XIANG Wang ， ZHOU Meng ， et al . Research on the emergency current-limiting control in VSC-HVDC grid ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 11 ）： 3527 - 3537 .

郭贤珊，周杨，梅念，等 . 张北柔性直流电网故障电流特性及抑制方法研究［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 18 ）： 5438 - 5446 .

GUO Xianshan ， ZHOU Yang ， MEI Nian ， et al . Research on the fault current characteristic and suppression strategy of Zhangbei project ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 18 ）： 5438 - 5446 .

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 - 2184 .

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 - 2184 .

李国庆，杨勇，辛业春，等 . 基于桥臂电压控制的MMC直流短路主动限流方法［J/OL］. 电网技术［ 2020-03-12 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2410.TM.20200312.1040.002.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2410.TM.20200312.1040.002.html .

LI Guoqing ， YANG Yong ， XIN Yechun ， et al . Active current-limiting method of MMC to handle DC short-circuit based on bridge arm voltage control ［J/OL］. Power System Technology ［ 2020-03-12 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2410.TM.20200312.1040.002.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2410.TM.20200312.1040.002.html .

曹帅，向往，林卫星，等 . 含风电的真双极混合型MMC-MTDC系统故障穿越及能量耗散控制［J］. 电力系统保护与控制， 2019 ， 47 （ 7 ）： 39 - 48 .

CAO Shuai ， XIANG Wang ， LIN Weixing ， et al . Fault ride-through and energy dissipation control of bipolar hybrid MMC-MTDC integrating wind farms ［J］. Power System Protection and Control ， 2019 ， 47 （ 7 ）： 39 - 48 .

梅念，周杨，李探，等 . 张北柔性直流电网盈余功率问题的耗能方法［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 5 ）： 1991 - 1999 .

MEI Nian ， ZHOU Yang ， LI Tan ， et al . Energy consumption method for power surplus in Zhangbei VSC-based DC grid ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 5 ）： 1991 - 1999 .

刘泽洪，郭贤珊 . 含新能源接入的双极柔性直流电网运行特性研究与工程实践［J/OL］. 电网技术［ 2020-06-26 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2410.tm.20200605.1125.004.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2410.tm.20200605.1125.004.html .

LIU Zehong ， GUO Xianshan . Operating characteristics research and engineering application of voltage source converter based DC grid with renewable source connected ［J/OL］. Power System Technology ［ 2020-06-26 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2410.tm.20200605.1125004.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2410.tm.20200605.1125004.html .

张福轩，郭贤珊，汪楠楠，等 . 接入新能源孤岛系统的双极柔性直流系统盈余功率耗散策略［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 5 ）： 154 - 160 .

ZHANG Fuxuan ， GUO Xianshan ， WANG Nannan ， et al . Surplus power dissipation strategy for bipolar VSC-HVDC system with integration of islanded renewable energy generation system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 5 ）： 154 - 160 .

郭贤珊，李探，李高望，等 . 张北柔性直流电网换流阀故障穿越策略与保护定值优化［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 24 ）： 196 - 202 .

GUO Xianshan ， LI Tan ， LI Gaowang ， et al . Fault ride-through strategy and protection setting optimization of converter value for Zhangbei VSC-HVDC grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 24 ）： 196 - 202 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Development Trend of DC Power Grid and Its Operation Control Strategies

Interline DC Power Flow Controller Based on Submodule-bridge Energy Balancing

Analysis on Fault Current Suppression Characteristics of Flexible DC Power Grid with Current Flow Controller

Related Author

LI Zhou

WANG Yuhan

GU Wei

ZHANG Xiaoping

JIAO Yingzong

QUAN Yue

LI Binbin

Related Institution

Department of Electronic, Electrical and Systems Engineering, University of Birmingham

School of Electrical Engineering, Southeast University

Department of Electronic, Electrical and Systems Engineering, University of Birmingham

State Grid Economic and Technological Research Institute Co., Ltd.

School of Electrical Engineering and Automation, Harbin Institute of Technology

⁰