Protection of Flexible DC Distribution Network Based on Single-end Current Transient and Its Setting

Ke JIA; Cong CHEN; Ziyi LIU; Zhiming SHI; Miao CHEN; Tianshu BI

doi:10.7500/AEPS20210319004

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Protection of Flexible DC Distribution Network Based on Single-end Current Transient and Its Setting

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

- Protection of Flexible DC Distribution Network Based on Single-end Current Transient and Its Setting
- Automation of Electric Power Systems Vol. 46, Issue 6, Pages: 144-152(2022)
- 作者机构：
  
  新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学），北京市 102206
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  Abstract:
  Renewable energy sources are directly or indirectly connected to the grid through power electronic devices. Their fault currents have limited amplitudes, controlled angles, rich harmonics and strong(2018YFB0904104)
- DOI：10.7500/AEPS20210319004
  CLC：
- Received：19 March 2021，
  
  Revised：2021-11-05，
  
  Published Online：16 February 2022，
  
  Published：25 March 2022
- 稿件说明：
移动端阅览
贾科,陈聪,刘子奕等.基于单端电流暂态量的柔性直流配电网保护及其整定[J].电力系统自动化,2022,46(6):144-152.

JIA Ke,CHEN Cong,LIU Ziyi,et al.Protection of Flexible DC Distribution Network Based on Single-end Current Transient and Its Setting[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(6):144-152.
贾科,陈聪,刘子奕等.基于单端电流暂态量的柔性直流配电网保护及其整定[J].电力系统自动化,2022,46(6):144-152. DOI： 10.7500/AEPS20210319004.

JIA Ke,CHEN Cong,LIU Ziyi,et al.Protection of Flexible DC Distribution Network Based on Single-end Current Transient and Its Setting[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(6):144-152. DOI： 10.7500/AEPS20210319004.

摘要

柔性直流配电网可以高效连接分布式电源和直流负荷。然而直流配电网双极短路故障时电流上升迅速且峰值高，如何通过保护间相互配合在短时内准确识别并切除故障区域成为亟待解决的关键问题。文中根据直流配电网中DC/DC换流器对暂态电流高频信息的边界效应，使用离散小波变换提取电流高频分量，进而构造一种通过保护定值进行配合的两段式单端量保护，可快速、可靠地识别故障区域。在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建配有直流断路器的辐射状柔性直流配电网模型，仿真分析结果表明所提保护方法能快速、准确识别并切除故障线路。

Abstract

Flexible DC distribution network can efficiently connect distributed generators and DC loads. However

in the case of bipolar short-circuit fault in DC distribution networks

the current rises rapidly and its peak value is high. How to accurately identify and remove the fault area in a short time through the cooperation between protections has become a key problem to be solved. According to the boundary effect of DC/DC converters on the high-frequency information of transient current in DC distribution networks

this paper uses discrete wavelet transform to extract the high-frequency component of the current

and then constructs a two-stage single-end protection coordinated by protection setting value

so as to quickly and reliably identify the fault area. A radial flexible DC distribution network model with DC circuit breaker is built on PSCAD/EMTDC simulation platform. The simulation results show that the proposed protection method can quickly and accurately identify and remove the fault line.

关键词

Keywords

references

LEE J Y ， KIM H S ， JUNG J H . Enhanced dual-active-bridge DC-DC converter for balancing bipolar voltage level of DC distribution system ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2020 ， 67 （ 12 ）： 10399 - 10409 .

薛士敏，陆俊弛，王守相，等 . 含柔性直流接入的架空线-电缆混合线路单端故障测距方法［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 22 ）： 103 - 111 .

XUE Shimin ， LU Junchi ， WANG Shouxiang ， et al . Single-ended fault location method for overhead cable mixed lines connected with MMC-HVDC system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 22 ）： 103 - 111 .

FENG Xianyong ， XIONG Qing ， WARDELL D ， et al . Extra-fast DC distribution system protection for future energy systems ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2019 ， 55 （ 4 ）： 3421 - 3430 .

YANG Yaochao ， HUANG Chun ， XU Qianming . A fault location method suitable for low-voltage DC line ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2020 ， 35 （ 1 ）： 194 - 204 .

陈田田，李银红 . 基于电压折射波幅值正负差异的柔性直流电网两段式行波保护［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 3 ）： 129 - 136 .

CHEN Tiantian ， LI Yinhong . Two-section traveling wave protection for flexible DC grid based on positive and negative difference of voltage refractive wave amplitude ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 3 ）： 129 - 136 .

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 .

林湘宁，刘琦，范理想，等 . 基于相关分析的多端直流电网线路纵联保护新原理［J］. 电力系统保护与控制， 2020 ， 48 （ 13 ）： 45 - 55 .

LIN Xiangning ， LIU Qi ， FAN Lixiang ， et al . A novel pilot protection for VSC-MTDC based on correlation analysis ［J］. Power System Protection and Control ， 2020 ， 48 （ 13 ）： 45 - 55 .

BARAN M E ， MAHAJAN N R . Overcurrent protection on voltage-source-converter-based multiterminal DC distribution systems ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2007 ， 22 （ 1 ）： 406 - 412 .

吴通华，戴魏，李新东，等 . 柔性直流配电网保护方案及设备研制［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 23 ）： 123 - 130 .

WU Tonghua ， DAI Wei ， LI Xindong ， et al . Protection scheme and device development of flexible DC distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 23 ）： 123 - 130 .

孙广，王阳，薛枫，等 . 特高压直流输电线路改进双端行波故障定位方法研究［J］. 电力系统保护与控制， 2020 ， 48 （ 14 ）： 113 - 120 .

SUN Guang ， WANG Yang ， XUE Feng ， et al . Research on an improved double-terminal traveling wave fault location method for UHVDC project ［J］. Power System Protection and Control ， 2020 ， 48 （ 14 ）： 113 - 120 .

SALEH K A ， HOOSHYAR A ， El-SAADANY E F . Ultra-high-speed traveling-wave-based protection scheme for medium-voltage DC microgrids ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 2 ）： 1440 - 1451 .

周家培，赵成勇，李承昱，等 . 基于直流电抗器电压的多端柔性直流电网边界保护方案［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 19 ）： 89 - 94 .

ZHOU Jiapei ， ZHAO Chengyong ， LI Chengyu ， et al . Boundary protection scheme for multi-terminal flexible DC grid based on voltage of DC reactor ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 19 ）： 89 - 94 .

和敬涵，周琳，罗国敏，等 . 基于单端电气量的多端柔性直流配电系统暂态保护［J］. 电力自动化设备， 2017 ， 37 （ 8 ）： 158 - 165 .

HE Jinghan ， ZHOU Lin ， LUO Guomin ， et al . Transient protection based on single-end electrical signals for multi-terminal flexible DC distribution system ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2017 ， 37 （ 8 ）： 158 - 165 .

王聪博，贾科，赵其娟，等 . 基于故障全电流相关性检验的柔性直流配电线路纵联保护［J］. 电工技术学报， 2020 ， 35 （ 8 ）： 1764 - 1775 .

WANG Congbo ， JIA Ke ， ZHAO Qijuan ， et al . Pilot protection for flexible DC distribution line based on correlation test of DC current ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2020 ， 35 （ 8 ）： 1764 - 1775 .

LI Bin ， LI Ye ， HE Jiawei ， et al . A novel single-ended transient-voltage-based protection strategy for flexible DC grid ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2019 ， 34 （ 5 ）： 1925 - 1937 .

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 .

蓝童琨，任师铎，李银红，等 . 基于阻抗角差异性的柔性直流电网耐过渡电阻快速保护方案［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 11 ）： 3537 - 3548 .

LAN Tongkun ， REN Shiduo ， LI Yinhong ， et al . A fast fault-resistance immune protection scheme based on impedance angle for multi-terminal VSC-HVDC ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 11 ）： 3537 - 3548 .

贾科，宣振文，李晨曦，等 . 柔性直流配网中基于暂态高频阻抗比较的方向纵联保护［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 18 ）： 5343 - 5351 .

JIA Ke ， XUAN Zhenwen ， LI Chenxi ， et al . A directional pilot protection based on phase angle of transient high-frequency impedance for flexible DC distribution grid ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 18 ）： 5343 - 5351 .

和敬涵，罗易萍，罗国敏，等 . 基于小波多分辨分析和支持向量机的柔性直流系统单端保护方案［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 12 ）： 4022 - 4030 .

HE Jinghan ， LUO Yiping ， LUO Guomin ， et al . A single-ended protection algorithm based on wavelet multi-resolution analysis and support vector machine for flexible DC systems ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 12 ）： 4022 - 4030 .

杨晓峰，郑琼林，林智钦，等 . 用于直流电网的大容量DC/DC变换器研究综述［J］. 电网技术， 2016 ， 40 （ 3 ）： 670 - 677 .

YANG Xiaofeng ， ZHENG Qionglin ， LIN Zhiqin ， et al . Survey of high-power DC/DC converter for HVDC grid application ［J］. Power System Technology ， 2016 ， 40 （ 3 ）： 670 - 677 .

GOMIS-BELLMUNT O ， SAU-BASSOLS J ， PRIETO-ARAUJO E ， et al . Flexible converters for meshed HVDC grids： from flexible AC transmission systems （FACTS） to flexible DC grids ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2020 ， 35 （ 1 ）： 2 - 15 .

JIA Ke ， ZHAO Qijuan ， ZHU Zhengxuan ， et al . Modeling of DC distribution system based on high frequency transient components ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2021 ， 12 （ 1 ）： 671 - 679 .

LI Chengyu ， ZHAO Chengyong ， XU Jianzhong ， et al . A pole-to-pole short-circuit fault current calculation method for DC grids ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2017 ， 32 （ 6 ）： 4943 - 4953 .

陈淼，贾科，陈聪，等 . 基于高频阻抗曲线匹配的混合直流输电线路纵联保护［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 12 ）： 119 - 125 .

CHEN Miao ， JIA Ke ， CHEN Cong ， et al . Pilot protection for hybrid DC transmission line based on high-frequency impedance curve matching ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 12 ）： 119 - 125 .

张江林，张亚超，洪居华，等 . 基于离散小波变换和模糊 K -modes的负荷聚类算法［J］. 电力自动化设备， 2019 ， 39 （ 2 ）： 100 - 106 .

ZHANG Jianglin ， ZHANG Yachao ， HONG Juhua ， et al . A load clustering algorithm based on discrete wavelet transform and fuzzy K -modes ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2019 ， 39 （ 2 ）： 100 - 106 .

剧高峰，罗安 . 离散小波变换用于电能质量扰动数据实时压缩［J］. 电力系统自动化， 2002 ， 26 （ 19 ）： 61 - 63 .

JU Gaofeng ， LUO An . DWT application to real-time compression of power quality ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2002 ， 26 （ 19 ）： 61 - 63 .

陈仕龙，张杰，毕贵红，等 . 基于小波分析的特高压直流输电线路双端电压暂态保护［J］. 电网技术， 2013 ， 37 （ 10 ）： 2719 - 2725 .

CHEN Shilong ， ZHANG Jie ， BI Guihong ， et al . Wavelet analysis based two-terminal transient voltage protection for UHVDC transmission lines ［J］. Power System Technology ， 2013 ， 37 （ 10 ）： 2719 - 2725 .

CIGRE A3/B4.34 Working Group. Technical requirements and specifications of state-of-the-art HVDC switching equipment ［R］. Melbourne， Australia ： International Council on Large Electric Systems ， 2017 .

曹虹，周泽昕，柳焕章，等 . 基于单端电流积聚量的高压直流输电线路全线速动保护［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 12 ）： 4091 - 4104 .

CAO Hong ， ZHOU Zexin ， LIU Huanzhang ， et al . A novel whole-line fast protection scheme based on single-ended current accumulation for HVDC transmission lines ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 12 ）： 4091 - 4104 .

高淑萍，索南加乐，宋国兵，等 . 利用电流突变特性的高压直流输电线路纵联保护新原理［J］. 电力系统自动化， 2011 ， 35 （ 5 ）： 52 - 56 .

GAO Shuping ， SUONAN Jiale ， SONG Guobing ， et al . A new pilot protection principle for HVDC transmission lines based on current fault component ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2011 ， 35 （ 5 ）： 52 - 56 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Protection for Low-voltage DC Distribution Network Based on Fault Ride-through Strategy of Power Electronic Transformer

Continuation Power Flow Calculation for DC Distribution Network Considering Control and Capacity Constraints of DC Transformer

Related Author

ZHENG Tao

GUO Yongfan

LYU Wenxuan

PIAO Yong

DAI Zhihui

XU Xiaolong

WANG Qianggang

ZHOU Yiyao

Related Institution

State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources (North China Electric Power University)

Panyu Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co., Ltd.

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

State Key Laboratory of Power Transmission Equipment Technology (Chongqing University)

College of Electric Engineering, Sichuan University

⁰