Practical Engineering Calculation of Short-circuit Current for Renewable Energy Based on Local Iteration of Fault Area

Ke JIA; Laiyun HOU; Tianshu BI; Yinhong LI; Hongxia QIN; Xiaobing DING

doi:10.7500/AEPS20201114003

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Practical Engineering Calculation of Short-circuit Current for Renewable Energy Based on Local Iteration of Fault Area

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

- Practical Engineering Calculation of Short-circuit Current for Renewable Energy Based on Local Iteration of Fault Area
- Automation of Electric Power Systems Vol. 45, Issue 13, Pages: 151-158(2021)
- 作者机构：
  
  1.新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学），北京市 102206
  2.强电磁工程与新技术国家重点实验室（华中科技大学），湖北省武汉市 430074
  3.北京四方继保自动化股份有限公司，北京市 100085
  4.中国南方电网电力调度控制中心，广东省广州市 510530
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  which are significantly different from that of conventional synchronous generators. The performance of conventional percentage restrained differential protection is facing challenges. In order to solve this problem, this paper proposes a pilot protection method based on Spearman rank correlation coefficient for transmission lines. When the system operates normally or an external fault occurs, a traversing current is flowing through the transmission line, so the current waveforms on both sides are completely opposite. When an internal fault occurs, there are huge differences between the transient current waveforms on both ends. Therefore, the Spearman rank correlation coefficient can be used to measure the correlation degree between the current waveforms on two ends, to distinguish the faults inside and outside the zone. The method is suitable for all kinds of renewable energy power plants, and has good performance on tolerating transition resistance and noise. Compared with the existing protection based on fault characteristics of renewable energy sources, the proposed method also shows good operation performance when the output power of renewable energy sources is weak and the breaker recloses into a permanent fault. Both simulation results and field recording data verify the effectiveness of the proposed method.
  Foundation:This work is supported by National Key R&D Program of China
- DOI：10.7500/AEPS20201114003
  CLC：
- Received：14 November 2020，
  
  Revised：2021-03-02，
  
  Published Online：13 May 2021，
  
  Published：10 July 2021
- 稿件说明：
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贾科,侯来运,毕天姝等.基于故障区域局部迭代的工程实用化新能源短路电流计算[J].电力系统自动化,2021,45(13):151-158.

JIA Ke,HOU Laiyun,BI Tianshu,et al.Practical Engineering Calculation of Short-circuit Current for Renewable Energy Based on Local Iteration of Fault Area[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(13):151-158.
贾科,侯来运,毕天姝等.基于故障区域局部迭代的工程实用化新能源短路电流计算[J].电力系统自动化,2021,45(13):151-158. DOI： 10.7500/AEPS20201114003.

JIA Ke,HOU Laiyun,BI Tianshu,et al.Practical Engineering Calculation of Short-circuit Current for Renewable Energy Based on Local Iteration of Fault Area[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(13):151-158. DOI： 10.7500/AEPS20201114003.

摘要

新能源快速发展，正在由辅助电源向主力电源过渡。现有新能源工程短路电流计算存在两大问题。一是用1.2~2倍额定电流表征新能源故障特性，过度简化导致计算精度差，难以满足保护要求；二是现有短路电流整定计算软件不支持迭代，因而无法根据节点电压变化而更新新能源故障电流，体现其压控电流源特性。针对该问题，首先，基于新能源的故障特性精细化解析模型，结合现场故障录波数据，构建满足工程实用计算要求的电压电流映射关系；然后，根据电网故障后节点电压跌落程度和节点之间的连接关系划分故障区域，并在故障区域内依据新能源的工程实用化计算公式进行局部迭代计算来求解网络的节点电压和短路电流，从而避免了全局迭代可能带来的收敛性问题，同时也缩短了计算时间；最后，通过工程计算软件验证了所提方法的计算效果。

Abstract

With the rapid development of renewable energy

it is transforming from auxiliary power supply to main power supply.There are two problems in the calculation of short-circuit current in the existing renewable energy projects. Firstly

the fault characteristics of renewable energy are characterized by 1.2 to 2 times of rated current

which leads to poor calculation accuracy and is difficult to meet the protection requirements. Secondly

the existing short-circuit current setting calculation software does not support iteration

so it is unable to update the fault current of renewable energy according to the change of node voltage

and reflects the characteristics of voltage controlled current source. To solve this problem

based on the refined analytical model of fault characteristics of renewable energy

combined with the field fault recording data

the voltage-current mapping relationship is constructed to meet the requirements of practical engineering calculation. Then

the fault area is divided according to the degree of node voltage drop and the connection relationship between nodes after the power grid fault

and the local iteration calculation is carried out according to the practical calculation formula of renewable energy in the fault area to solve the node voltage and short-circuit current of the network

so as to avoid the convergence problem caused by the global iteration and shorten the calculation time. Finally

the calculation effect of the proposed method is verified by engineering calculation software.

关键词

Keywords

references

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Key Laboratory of Modern Power System Simulation and Control & Renewable Energy Technology, Ministry of Education (Northeast Electric Power University)

School of Electrical Engineering and Automation, Wuhan University

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