Fault Identification Method for Teed Lines of Flexible DC Power Grid Based on Modulus Phase Plane

Qianggang WANG; Jingyi NI; Jianquan LIAO; Nengqiao WEI; Niancheng ZHOU

doi:10.7500/AEPS20201030011

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Fault Identification Method for Teed Lines of Flexible DC Power Grid Based on Modulus Phase Plane

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

- Fault Identification Method for Teed Lines of Flexible DC Power Grid Based on Modulus Phase Plane
- Automation of Electric Power Systems Vol. 45, Issue 14, Pages: 140-148(2021)
- 作者机构：
  
  输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室（重庆大学），重庆市 400044
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.7500/AEPS20201030011
  CLC：
- Received：30 October 2020，
  
  Revised：2021-03-15，
  
  Published Online：31 May 2021，
  
  Published：25 July 2021
- 稿件说明：
移动端阅览
王强钢,倪静怡,廖建权等.基于模量相平面的柔性直流电网T接线路故障识别方法[J].电力系统自动化,2021,45(14):140-148.

WANG Qianggang,NI Jingyi,LIAO Jianquan,et al.Fault Identification Method for Teed Lines of Flexible DC Power Grid Based on Modulus Phase Plane[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(14):140-148.
王强钢,倪静怡,廖建权等.基于模量相平面的柔性直流电网T接线路故障识别方法[J].电力系统自动化,2021,45(14):140-148. DOI： 10.7500/AEPS20201030011.

WANG Qianggang,NI Jingyi,LIAO Jianquan,et al.Fault Identification Method for Teed Lines of Flexible DC Power Grid Based on Modulus Phase Plane[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(14):140-148. DOI： 10.7500/AEPS20201030011.

摘要

含T接线路的柔性直流电网由于仅在送端和受端安装直流断路器，发生区内故障时各端的直流断路器均需断开，与双端直流相比，其故障电流特征更加复杂，常规的直流电网保护方法无法直接应用。为满足含T接线路的柔性直流电网对保护的高要求，文中提出了一种基于模量相平面的柔性直流线路故障识别方法。首先，研究网络拓扑结构，基于换流器闭锁前区内外故障等效电路，推导故障电流模量特征。然后，结合故障位置及类型，对保护动作原则和阈值整定进行分析；同时通过构造阈值缩比因子，实现保护的自适应整定。最后，在PSCAD/EMTDC平台中建立含T接线路的柔性直流电网仿真模型，验证了所提方法的快速性和可靠性。该方法算法简单、计算量小，仅利用单端信息快速识别故障且抗系统扰动能力强。

Abstract

Since the flexible DC power grid with teed lines is only installed with DC circuit breakers (DCCBs) at the sending and receiving ends

the DCCBs at each end need to be disconnected when an internal fault occurs. Compared with the double-terminal DC power grid

its fault current characteristics are more complicated

and conventional DC power grid protection methods cannot be directly applied. In order to meet the high protection requirements of the flexible DC power grid with teed lines

a fault identification method based on modulus phase plane for flexible DC lines is proposed in the paper. Firstly

the network topology is studied

and based on the equivalent circuit of internal and external faults before the converter is blocked

the characteristics of fault current modulus are derived. Then

combined with fault locations and types

the protection operation principle and threshold setting are analyzed. At the same time

the adaptive setting of protection is realized by constructing a threshold scaling factor. Finally

the simulation model of the flexible DC power grid with teed lines is established in PSCAD/EMTDC platform to verify the rapidity and reliability of the proposed method. The proposed method is simple in algorithm with low computational complexity

only uses single-end information to quickly identify faults

and has a strong ability to withstand system disturbances.

关键词

Keywords

references

贺之渊，陆晶晶，刘天琪，等 . 柔性直流电网故障电流抑制关键技术与展望［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 2 ）： 173 - 183 .

HE Zhiyuan ， LU Jingjing ， LIU Tianqi ， et al . Key technologies for fault current suppression of flexible DC grids ［J］. 2021 ， 45 （ 2 ）： 173 - 183 .

陆晶晶，贺之渊，赵成勇，等 . 直流输电网规划关键技术与展望［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 2 ）： 182 - 191 .

LU Jingjing ， HE Zhiyuan ， ZHAO Chengyong ， et al . Key technologies and prospects for DC power grid planning ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 2 ）： 182 - 191 .

高校平，黄文焘，邰能灵，等 . 基于暂态电流的MMC-LVDC双极短路故障定位方法［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 17 ）： 127 - 135 .

GAO Xiaoping ， HUANG Wentao ， TAI Nengling ， et al . Transient current based fault location method of pole-to-pole short-circuit for modular multilevel converter low-voltage direct current ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 17 ）： 127 - 135 .

廖建权，周念成，王强钢，等 . 基于并联LCC分流及反压抑制的柔性直流输电故障清除策略［J］. 高电压技术， 2019 ， 45 （ 1 ）： 63 - 71 .

LIAO Jianquan ， ZHOU Niancheng ， WANG Qianggang ， et al . VSC-HVDC fault clearing strategy based on parallel LCC shunting and inverse voltage suppression ［J］. High Voltage Engineering ， 2019 ， 45 （ 1 ）： 63 - 71 .

侯宇辰，何青，米立成 . 多端柔性直流输电系统控制方法研究［J］. 电工材料， 2020 （ 4 ）： 62 - 63 .

HOU Yuchen ， HE Qing ， MI Licheng . Research on control method of multi-terminal flexible DC transmission system ［J］. Electrical Engineering Materials ， 2020 （ 4 ）： 62 - 63 .

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 .

LI B ， HE J W ， TIAN J ， et al . DC fault analysis for modular multilevel converter-based system ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2017 ， 5 （ 2 ）： 275 - 282 .

孙刚，时伯年，赵宇明，等 . 基于MMC的柔性直流配电网故障定位及保护配置研究［J］. 电力系统保护与控制， 2015 ， 43 （ 22 ）： 127 - 133 .

SUN Gang ， SHI Bonian ， ZHAO Yuming ， et al . Research on the fault location method and protection configuration strategy of MMC based DC distribution grid ［J］. Power System Protection and Control ， 2015 ， 43 （ 22 ）： 127 - 133 .

LI S ， ZHAO C Y ， XU J Z . A new topology for current-limiting solid-state HVDC circuit breaker ［C］// 2016 IEEE 2nd Annual Southern Power Electronics Conference （SPEC）， December 5-8 ， 2016 ， Auckland， New Zealand .

李猛，贾科，毕天姝，等 . 适用于直流配电网的测距式保护［J］. 电网技术， 2016 ， 40 （ 3 ）： 719 - 724 .

LI Meng ， JIA Ke ， BI Tianshu ， et al . Fault distance estimation-based protection for DC distribution networks ［J］. Power System Technology ， 2016 ， 40 （ 3 ）： 719 - 724 .

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 .

韩昆仑，蔡泽祥，徐敏，等 . 直流线路行波保护特征量动态特性与整定研究［J］. 电网技术， 2013 ， 37 （ 1 ）： 255 - 260 .

HAN Kunlun ， CAI Zexiang ， XU Min ， et al . Dynamic characteristics of characteristic parameters of traveling wave protection for HVDC transmission line and their setting ［J］. Power System Technology ， 2013 ， 37 （ 1 ）： 255 - 260 .

束洪春，刘可真，朱盛强，等 . ±800 kV特高压直流输电线路单端电气量暂态保护［J］. 中国电机工程学报， 2010 ， 30 （ 31 ）： 108 - 117 .

SHU Hongchun ， LIU Kezhen ， ZHU Shengqiang ， et al . ±800 kV UHVDC transmission line protection based on single end electrical transient signal ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2010 ， 30 （ 31 ）： 108 - 117 .

SNEATH J ， RAJAPAKSE A D . Fault detection and interruption in an earthed HVDC grid using ROCOV and hybrid DC breakers ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2016 ， 31 （ 3 ）： 973 - 981 .

SNEATH J ， RAJAPAKSE A D . DC fault protection of a nine-terminal MMC HVDC grid ［C］// 11th IET International Conference on AC and DC Power Transmission ， February 10-12 ， 2015 ， Birmingham， UK .

余修勇，肖立业，林良真，等 . 基于单端量的柔性直流电网故障识别方案［J］. 高电压技术， 2018 ， 44 （ 2 ）： 440 - 447 .

YU Xiuyong ， XIAO Liye ， LIN Liangzhen ， et al . Single-ended fast fault detection scheme for MMC-based HVDC ［J］. High Voltage Engineering ， 2018 ， 44 （ 2 ）： 440 - 447 .

LI B ， LI Y ， HE J W . A DC fault handling method of the MMC-based DC system ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2017 ， 93 ： 39 - 50 .

LI R ， XU L ， YAO L Z . DC fault detection and location in meshed multiterminal HVDC systems based on DC reactor voltage change rate ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2017 ， 32 （ 3 ）： 1516 - 1526 .

张明，和敬涵，罗国敏，等 . 基于本地信息的多端柔性直流电网故障定位方法［J］. 电力自动化设备， 2018 ， 38 （ 3 ）： 155 - 161 .

ZHANG Ming ， HE Jinghan ， LUO Guomin ， et al . Local information-based fault location method for multi-terminal flexible DC grid ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2018 ， 38 （ 3 ）： 155 - 161 .

金能，戎子睿，林湘宁，等 . 基于故障分量瞬时功率相空间轨迹识别的线路纵联保护新原理［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 9 ）： 2702 - 2713 .

JIN Neng ， RONG Zirui ， LIN Xiangning ， et al . A novel principle of line pilot protection based on the recognition of phase space trajectory of fault component instantaneous power ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 9 ）： 2702 - 2713 .

路学刚，郑玉平，吴通华 . 基于幅相平面的三区域差动保护方法［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 18 ）： 122 - 126 .

LU Xuegang ， ZHENG Yuping ， WU Tonghua . Three-region differential protection method based on amplitude-phase flat ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 18 ）： 122 - 126 .

贾清泉，陈丽，袁野 . 应用相平面和分层聚类的配电网单相接地故障特征分类［J］. 电力系统自动化， 2009 ， 33 （ 8 ）： 68 - 71 .

JIA Qingquan ， CHEN Li ， YUAN Ye . Classification of single phase to ground fault based on phase-plane and hierarchical clustering for neutral high impedance earthed distribution networks ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2009 ， 33 （ 8 ）： 68 - 71 .

LIAO J Q ， ZHOU N C ， WANG Q G . 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 .

XU J Z ， ZHU S C ， LI C Y ， 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 .

ABEDRABBO M ， LETERME W ， VAN HERTEM D . Systematic approach to HVDC circuit breaker sizing ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2020 ， 35 （ 1 ）： 288 - 300 .

郝亮亮，李伟杰，王卓雅，等 . MMC-HVDC电网输电线路双极短路故障电流的实用计算［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 5 ）： 68 - 76 .

HAO Liangliang ， LI Weijie ， WANG Zhuoya ， et al . Practical calculation for bipolar short-circuit fault current of transmission line in MMC-HVDC grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 5 ）： 68 - 76 .

RUI L ， LIE X ， HOLLIDAY D ， et al . Continuous operation of radial multi-terminal HVDC systems under DC fault ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2016 ， 31 （ 1 ）： 351 - 361 .

王姗姗，周孝信，汤广福，等 . 模块化多电平换流器HVDC直流双极短路子模块过电流分析［J］. 中国电机工程学报， 2011 ， 31 （ 1 ）： 1 - 7 .

WANG Shanshan ， ZHOU Xiaoxin ， TANG Guangfu ， et al . Analysis of submodule overcurrent caused by DC pole-to-pole fault in modular multilevel converter HVDC system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2011 ， 31 （ 1 ）： 1 - 7 .

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 .

徐政 . 柔性直流输电系统［M］. 北京：机械工业出版社， 2016 .

XU Zheng . Flexible DC transmission system ［M］. Beijing ： China Machine Press ， 2016 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Adaptive Current Limiting Strategy for Flexible DC Power Grid Based on Fault Current Prediction

Single-end Line Protection Based on Reflection Coefficient and Model Matching in Flexible DC Power Grid

Related Author

LU Dongbin

YU Xiang

HUANG Zhiling

LI Haiying

LU Yu

LV Yanbei

GUO Chunsheng

WANG Qianggang

Related Institution

State Grid Electric Power Research Institute (NARI Group Corporation)

NR Electric Co., Ltd

State Key Laboratory of Power Transmission Equipment & System Security and New Technology(Chongqing University)

College of Electrical Engineering, Sichuan University

School of Electric and Electronic Engineering, North China Electric Power University

⁰