Protection Method Based on Single-terminal Transient Voltage for DC Distribution Network with Current Limiting Reactor

Shaoyu CHEN; Wentao HUANG; Nengling TAI; Wei WEI; Ye CHEN

doi:10.7500/AEPS20200621003

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Protection Method Based on Single-terminal Transient Voltage for DC Distribution Network with Current Limiting Reactor

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Protection Method Based on Single-terminal Transient Voltage for DC Distribution Network with Current Limiting Reactor
- Automation of Electric Power Systems Vol. 45, Issue 8, Pages: 185-193(2021)
- 作者机构：
  
  1.电力传输与功率变换控制教育部重点实验室（上海交通大学），上海市 200240
  2.中国船舶工业集团有限公司第七〇八研究所，上海市 200011
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Key Research and Development Program of China;National Natural Science Foundation of China;Major Scientific Research and Innovation Projects of Shanghai Education Commission
- DOI：10.7500/AEPS20200621003
  CLC：
- Received：21 June 2020，
  
  Revised：2020-11-05，
  
  Published Online：08 January 2021，
  
  Published：25 April 2021
- 稿件说明：
移动端阅览
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.
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. DOI： 10.7500/AEPS20200621003.

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. DOI： 10.7500/AEPS20200621003.

摘要

直流配电网故障特性复杂，故障的可靠识别和快速切除是保护面临的主要难点之一。针对含限流电抗器的多端柔性直流配电网，文中利用限流电抗器的故障暂态电压特性，提出一种单端暂态电压的直流线路保护方法。根据限流电抗器故障暂态初始电压的差异识别区内外故障，利用正、负极限流电抗器故障电压构成的电压比值系数区分故障类型，并据此提出故障识别判据和故障选极判据。在Simulink中建立多端柔性直流配电网仿真模型，结果表明所提保护方法可在0.5 ms内快速判别故障位置和故障类型，仅利用单端数据即可实现全线速动，具有良好的区内外故障识别区分能力，且无须考虑通信和双端数据同步问题，具有良好的抗过渡电阻和抗噪声干扰能力。

Abstract

The fault characteristics of DC distribution networks are of great complexity. Reliable identification and fast isolation of faults are the main difficulties faced by protection. Aiming at the multi-terminal flexible DC distribution network with current limiting reactors

based on the fault transient voltage characteristics of current limiting reactors

a single terminal transient voltage protection method for DC lines is proposed. According to the difference of transient initial voltage of current limiting reactors

the internal and external faults can be identified. The fault types can be distinguished by the voltage ratio coefficient composed of fault voltage of positive and negative limiting current reactors. According to these characteristics

the fault identification criterion and fault pole selection criterion are proposed. The simulation model of the multi-terminal flexible DC distribution network is established in Simulink platform. The results show that the proposed protection method can quickly identify the fault location and fault type within 0.5 ms and can realize the full-line fast operation only by using single-terminal data. Also

the protection method has a good distinction ability between internal and external faults

does not need to consider communication and double-ended data synchronization

and has good anti-transition resistance and anti-noise interference capabilities.

关键词

Keywords

references

江道灼，郑欢 . 直流配电网研究现状与展望［J］. 电力系统自动化， 2012 ， 36 （ 8 ）： 98 - 104 .

JIANG Daozhuo ， ZHENG Huan . Research status and developing prospect of DC distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2012 ， 36 （ 8 ）： 98 - 104 .

YANG Jin ， FLETCHER J E ， O’REILLY J ， et al . Multiterminal DC wind farm collection grid internal fault analysis and protection design ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2010 ， 25 （ 4 ）： 2308 - 2316 .

赵学深，彭克，张新慧，等 . 多端柔性直流配电系统下垂控制动态特性分析［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 2 ）： 89 - 96 .

ZHAO Xueshen ， PENG Ke ， ZHANG Xinhui ， et al . Analysis on dynamic performance of droop control for multi-terminal VSC based DC distribution system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 2 ）： 89 - 96 .

薛士敏，刘存甲，李蒸，等 . 基于控保协同的环形直流微网单端测距保护技术［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 5 ）： 122 - 129 .

XUE Shimin ， LIU Cunjia ， LI Zheng ， et al . Single-end ranging protection technology for ring DC microgrid based on coordinated control and protection ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 5 ）： 122 - 129 .

韩民晓，谢文强，曹文远，等 . 中压直流配电网应用场景与系统设计［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 23 ）： 2 - 11 .

HAN Minxiao ， XIE Wenqiang ， CAO Wenyuan ， et al . Application scenarios and system design of medium-voltage DC distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 23 ）： 2 - 11 .

陈国平，王德林，裘愉涛，等 . 继电保护面临的挑战与展望［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 16 ）： 1 - 11 .

CHEN Guoping ， WANG Delin ， QIU Yutao ， et al . Challenges and development prospects of relay protection technology ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 16 ）： 1 - 11 .

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 .

何佳伟，李斌，李晔，等 . 多端柔性直流电网快速方向纵联保护方案［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 23 ）： 6878 - 6887 .

HE Jiawei ， LI Bin ， LI Ye ， et al . A fast directional pilot protection scheme for the MMC-based MTDC grid ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 23 ）： 6878 - 6887 .

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 .

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 .

李盈含，高亮，陈蒙蒙 . 柔性直流配电系统控制策略及保护技术研究综述［J］. 电测与仪表， 2020 ， 57 （ 9 ）： 8 - 16 .

LI Yinghan ， GAO Liang ， CHEN Mengmeng . Review on control strategy and protection technology of flexible DC distribution system ［J］. Electrical Measurement & Instrumentation ， 2020 ， 57 （ 9 ）： 8 - 16 .

MEGHWANI A ， SRIVASTAVA S C ， CHAKRABARTI S . A non-unit protection scheme for DC microgrid based on local measurements ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2017 ， 32 （ 1 ）： 172 - 181 .

李斌，何佳伟 . 柔性直流配电系统故障分析及限流方法［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 12 ）： 3026 - 3036 .

LI Bin ， HE Jiawei . DC Fault analysis and current limiting technique for VSC-based DC distribution system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 12 ）： 3026 - 3036 .

LI Rui ， XU Lie ， HOLLIDAY D ， et al . Continuous operation of radial multiterminal HVDC systems under DC fault ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2016 ， 31 （ 1 ）： 351 - 361 .

侯俊杰，宋国兵，常仲学，等 . 基于暂态功率的高压直流线路单端量保护［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 21 ）： 203 - 212 .

HOU Junjie ， SONG Guobing ， CHANG Zhongxue ， et al . Transient power based single-end protection for HVDC transmission line ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 21 ）： 203 - 212 .

LIU Jian ， TAI Nengling ， FAN Chunju . Transient-voltage-based protection scheme for DC line faults in the multiterminal VSC-HVDC system ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2017 ， 32 （ 3 ）： 1483 - 1494 .

刘琦，童宁，林湘宁，等 . 基于协同型复合判据的多端直流环网边界保护原理［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 22 ）： 94 - 102 .

LIU Qi ， TONG Ning ， LIN Xiangning ， et al . Improved boundary protection principle based on collaborative criterions for VSC-MTDC ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 22 ）： 94 - 102 .

FARHADI M ， MOHAMMED O A . Event-based protection scheme for a multiterminal hybrid DC power system ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2015 ， 6 （ 4 ）： 1658 - 1669 .

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 .

周嘉阳，李凤婷，刘渊，等 . 基于直流电抗电压的柔性直流配电网故障测距方法［J］. 电力系统保护与控制， 2018 ， 46 （ 19 ）： 95 - 101 .

ZHOU Jiayang ， LI Fengting ， LIU Yuan ， et al . A fault location method for flexible DC distribution network based on DC reactor voltage ［J］. Power System Protection and Control ， 2018 ， 46 （ 19 ）： 95 - 101 .

KONG Fei ， HAO Zhiguo ， ZHANG Song ， et al . Development of a novel protection device for bipolar HVDC transmission lines ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2014 ， 29 （ 5 ）： 2270 - 2278 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Protection Method for Transient High-frequency Voltage-to-ground in Ring DC Microgrid with Current Limiting Reactor

Application Scope of Theoretical Overcurrent Calculation Methods for Flexible DC Distribution Systems with Different Topologies

Optimal Scheduling of DC Distribution Network Considering Hydrogen-Power Hybrid Energy Storage

Related Author

Ye CHEN

Wei WEI

Nengling TAI

Wentao HUANG

Shaoyu CHEN

WANG Yun

HUANG Wentao

YU Moduo

Related Institution

Key Laboratory of Control of Power Transmission and Conversion (Shanghai Jiao Tong University)

No. Research Institute of China State Shipbuilding Co708., Ltd.

State Grid Shanghai Municipal Electric Power Company

State Key Laboratory of Smart Grid Protection and Operation Control

NARI Group Corporation(State Grid Electric Power Research Institute)

⁰