Adaptive Reclosing Scheme for Flexible DC Power Grid Based on Improved DC Circuit Breaker Injecting Signal

Dahai ZHANG; Yuchen YANG; Chenguang LIANG; Meng LI; Yanmei LIU; Jinghan HE

doi:10.7500/AEPS20210519006

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Adaptive Reclosing Scheme for Flexible DC Power Grid Based on Improved DC Circuit Breaker Injecting Signal

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

- Adaptive Reclosing Scheme for Flexible DC Power Grid Based on Improved DC Circuit Breaker Injecting Signal
- Automation of Electric Power Systems Vol. 46, Issue 8, Pages: 123-132(2022)
- 作者机构：
  
  北京交通大学电气工程学院，北京市 100044
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China-State Grid Joint Fund for Smart Grid(U2066210)
- DOI：10.7500/AEPS20210519006
  CLC：
- Received：19 May 2021，
  
  Revised：2021-11-05，
  
  Published Online：15 March 2022，
  
  Published：25 April 2022
- 稿件说明：
移动端阅览
张大海,杨宇辰,梁晨光等.基于改进直流断路器注入信号的柔直电网自适应重合闸方案[J].电力系统自动化,2022,46(8):123-132.

ZHANG Dahai,YANG Yuchen,LIANG Chenguang,et al.Adaptive Reclosing Scheme for Flexible DC Power Grid Based on Improved DC Circuit Breaker Injecting Signal[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(8):123-132.
张大海,杨宇辰,梁晨光等.基于改进直流断路器注入信号的柔直电网自适应重合闸方案[J].电力系统自动化,2022,46(8):123-132. DOI： 10.7500/AEPS20210519006.

ZHANG Dahai,YANG Yuchen,LIANG Chenguang,et al.Adaptive Reclosing Scheme for Flexible DC Power Grid Based on Improved DC Circuit Breaker Injecting Signal[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(8):123-132. DOI： 10.7500/AEPS20210519006.

摘要

采用架空线路的柔性直流电网容易发生瞬时性故障，需要配置快速、可靠的重合闸方案。常规的自动重合闸方案缺乏对故障性质的预判，而基于换流器注入信号的故障性质判别方法不利于多端直流电网的功率传输。针对上述问题，提出一种适用于混合式直流断路器的RCT型缓冲电路（由电阻、电容、晶闸管构成），增加主动信号注入模式来实现自适应重合闸，避免信号产生过程对多端直流电网功率传输的稳定性造成影响。在此基础上，详细推导限流电抗器的衰减作用，合理选取注入电压脉冲的宽度；进一步提出基于行波保护信息的注入信号幅值自适应调整策略，提高故障性质判别方法的耐受过渡电阻能力。大量仿真算例验证了所提重合闸方案的可行性和优越性。

Abstract

The flexible DC power grid with overhead lines is prone to transient faults

so it is necessary to configure a fast and reliable reclosing scheme. The conventional automatic reclosing scheme lacks the prediction of fault nature

and the fault nature discrimination method based on the converter injection signal is not conducive to the power transmission of the multi-terminal DC power grid. To solve the above problems

a resistor-capacitor-thyristor (RCT) snubber circuit suitable for a hybrid DC circuit breaker is proposed. The active signal injecting mode is added to realize adaptive reclosing

so as to avoid the influence of the signal generation process on the stability of power transmission in a multi-terminal DC power grid. On this basis

the attenuation effect of the current limiting reactor is deduced in detail

and the width of injecting voltage pulse is reasonably selected. Furthermore

an adaptive adjustment strategy of injecting signal amplitude based on the traveling wave protection information is proposed to improve the ability of fault nature discrimination method to withstand the transition resistance. A large number of simulation cases verify the feasibility and superiority of the proposed reclosing scheme.

关键词

Keywords

references

张释中，裴玮，杨艳红，等 . 基于柔性直流互联的多微网集成聚合运行优化及分析［J］. 电工技术学报， 2019 ， 34 （ 5 ）： 1025 - 1037 .

ZHANG Shizhong ， PEI Wei ， YANG Yanhong ， et al . Optimization and analysis of multi-microgrids integration and aggregation operation based on flexible DC interconnection ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2019 ， 34 （ 5 ）： 1025 - 1037 .

汤广福，罗湘，魏晓光 . 多端直流输电与直流电网技术［J］. 中国电机工程学报， 2013 ， 33 （ 10 ）： 8 - 17 .

TANG Guangfu ， LUO Xiang ， WEI Xiaoguang . Multi-terminal HVDC and DC grid technology ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2013 ， 33 （ 10 ）： 8 - 17 .

徐政，薛英林，张哲任 . 大容量架空线柔性直流输电关键技术及前景展望［J］. 中国电机工程学报， 2014 ， 34 （ 29 ）： 5051 - 5062 .

XU Zheng ， XUE Yinglin ， ZHANG Zheren . VSC-HVDC technology suitable for bulk power overhead line transmission ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2014 ， 34 （ 29 ）： 5051 - 5062 .

高飘，郑晓冬，晁晨栩，等 . 基于边界暂态能量的多端柔性直流输电线路保护［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 17 ）： 171 - 179 .

GAO Piao ， ZHENG Xiaodong ， CHAO Chenxu ， et al . Protection for multi-terminal flexible DC transmission lines based on boundary transient energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 17 ）： 171 - 179 .

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 .

赵冠琨，贾科，陈金锋，等 . 基于断路器重合闸的柔性直流输电线路单端故障测距方法［J］. 电力系统保护与控制， 2021 ， 49 （ 7 ）： 48 - 56 .

ZHAO Guankun ， JIA Ke ， CHEN Jinfeng ， et al . A single terminal fault location method for a DC transmission line based on circuit breaker reclosing ［J］. Power System Protection and Control ， 2021 ， 49 （ 7 ）： 48 - 56 .

张盛梅，安婷，裴翔羽，等 . 混合式直流断路器重合闸策略［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 6 ）： 129 - 136 .

ZHANG Shengmei ， AN Ting ， PEI Xiangyu ， et al . Reclosing strategy for hybrid DC circuit breakers ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 6 ）： 129 - 136 .

李嘉明，徐龙，邓军波，等 . 基于模域回路理论的配网电缆-架空线混合线路重合闸过电压特性分析［J］. 电工技术学报， 2020 ， 35 （ 8 ）： 1754 - 1763 .

LI Jiaming ， XU Long ， DENG Junbo ， et al . Analysis of reclosing overvoltage in cable-overhead line hybrid line based on return circuit theory in modal domain ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2020 ， 35 （ 8 ）： 1754 - 1763 .

杨赛昭，向往，杨睿璋，等 . 基于半桥型MMC和混合式DCCB的柔直系统直流故障自适应重合闸技术［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 14 ）： 4440 - 4451 .

YANG Saizhao ， XIANG Wang ， YANG Ruizhang ， et al . Research on adaptive reclosing technology for the half-bridge MMC and hybrid DC circuit breaker based HVDC systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 14 ）： 4440 - 4451 .

蔡普成，向往，周猛，等 . 含混合型MMC的四端柔性直流电网改进自适应重合闸策略［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 22 ）： 87 - 93 .

CAI Pucheng ， XIANG Wang ， ZHOU Meng ， et al . An improved adaptive reclosing strategy of four-terminal flexible DC grid with hybrid modular multilevel converter ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 22 ）： 87 - 93 .

宋国兵，王婷，张晨浩，等 . 利用健全极MMC注入特征信号的直流线路故障性质判别方法［J］. 电工技术学报， 2019 ， 34 （ 5 ）： 994 - 1003 .

SONG Guobing ， WANG Ting ， ZHANG Chenhao ， et al . DC line fault identification based on characteristic signal injection using the MMC of sound pole ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2019 ， 34 （ 5 ）： 994 - 1003 .

郑涛，吕文轩 . 基于级联全桥型直流断路器的直流配电网自适应重合闸方案［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 22 ）： 78 - 86 .

ZHENG Tao ， LYU Wenxuan . Adaptive reclosing scheme for DC distribution network based on cascaded full-bridge DC circuit breaker ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 22 ）： 78 - 86 .

SONG Guobing ， WANG Ting ， HUSSAIN K S T . DC line fault identification based on pulse injection from hybrid HVDC breaker ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2019 ， 34 （ 1 ）： 271 - 280 .

ZHANG Shuo ， ZOU Guibin ， LI Bowei ， et al . Fault property identification method and application for MTDC grids with hybrid DC circuit breaker ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2019 ， 110 ： 136 - 143 .

MEI Jun ， GE Rui ， ZHU Pengfei ， et al . An adaptive reclosing scheme for MMC-HVDC systems based on pulse injection from parallel energy absorption module ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2021 ， 36 （ 3 ）： 1809 - 1818 .

李弸智，周万迪，王新颖，等 . 直流电网用混合式直流断路器开断参数影响因素研究［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 4 ）： 1377 - 1387 .

LI Pengzhi ， ZHOU Wandi ， WANG Xinying ， et al . Research on influencing factors of breaking parameters of hybrid DC circuit breaker applied to DC power grids ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 4 ）： 1377 - 1387 .

杨田，刘晓明，吴其，等 . 单向直流断路器拓扑与保护策略分析［J］. 电工技术学报， 2020 ， 35 （增刊1 ）： 259 - 266 .

YANG Tian ， LIU Xiaoming ， WU Qi ， et al . Analysis on the unidirectional DC circuit breaker and protection strategy ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2020 ， 35 （ Supplement 1 ）： 259 - 266 .

苟锐锋，俞天毅，孙广星，等 . 基于RCD与MOV的直流固态断路器缓冲电路优化分析与设计［J］. 高电压技术， 2019 ， 45 （ 8 ）： 2418 - 2424 .

GOU Ruifeng ， YU Tianyi ， SUN Guangxing ， et al . Optimization analysis and design of DC solid state circuit breaker buffer circuit based on RCD and MOV ［J］. High Voltage Engineering ， 2019 ， 45 （ 8 ）： 2418 - 2424 .

丁骁，汤广福，韩民晓，等 . 混合式高压直流断路器型式试验及其等效性评价［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 1 ）： 72 - 78 .

DING Xiao ， TANG Guangfu ， HAN Minxiao ， et al . Design and equivalence evaluation of type test for hybrid DC circuit breaker ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 1 ）： 72 - 78 .

苏见燊，郭敬东，金涛 . 柔性直流电网中直流故障特性分析及线路故障重启策略［J］. 电工技术学报， 2019 ， 34 （增刊1 ）： 352 - 359 .

SU Jianshen ， GUO Jingdong ， JIN Tao . DC fault characteristics and line fault recovery strategy in flexible DC power network ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2019 ， 34 （ Supplement 1 ）： 352 - 359 .

陈可，江道灼，谢峰，等 . 一种含有均压均流电路的限流式高压直流断路器［J］. 电力建设， 2015 ， 36 （ 11 ）： 108 - 114 .

CHEN Ke ， JIANG Daozhuo ， XIE Feng ， et al . A current-limiting HVDC circuit breaker with equalizing circuit ［J］. Electric Power Construction ， 2015 ， 36 （ 11 ）： 108 - 114 .

刘晨阳，王青龙，柴卫强，等 . 应用于张北四端柔直工程 <math id="M245"><mo>±</mo><mn mathvariant="normal">535</mn></math> http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=26160122&type= http://html.publish.founderss.cn/rc-pub/api/common/picture?pictureId=26160119&type= 6.85799980 2.20133328 kV混合式直流断路器样机研制及试验研究［J］. 高电压技术， 2020 ， 46 （ 10 ）： 3638 - 3646 .

LIU Chenyang ， WANG Qinglong ， CHAI Weiqiang ， et al . Development and experimental research of ±535 kV hybrid DC circuit breaker prototype applied in Zhangbei four-terminal VSC-HVDC project ［J］. High Voltage Engineering ， 2020 ， 46 （ 10 ）： 3638 - 3646 .

邬乾晋，周全，黄义隆，等 . 高压直流典型线路雷击故障的控制保护响应研究［J］. 电力系统保护与控制， 2014 ， 42 （ 20 ）： 140 - 145 .

WU Qianjin ， ZHOU Quan ， HUANG Yilong ， et al . Research of HVDC control and protection response for lightning stroke failures occurred in transmission lines ［J］. Power System Protection and Control ， 2014 ， 42 （ 20 ）： 140 - 145 .

郑伟，张楠，杨光源 . 西门子及ABB直流线路行波保护对比和改进研究［J］. 电力系统保护与控制， 2015 ， 43 （ 24 ）： 149 - 154 .

ZHENG Wei ， ZHANG Nan ， YANG Guangyuan . Comparative and improvement investigation on the DC transmission line traveling wave protections of Siemens and ABB ［J］. Power System Protection and Control ， 2015 ， 43 （ 24 ）： 149 - 154 .

张韵琦，丛伟，张玉玺 . 基于初始电压行波频域衰减速率的MMC-HVDC线路保护方案［J］. 电力自动化设备， 2020 ， 40 （ 12 ）： 143 - 155 .

ZHANG Yunqi ， CONG Wei ， ZHANG Yuxi . MMC-HVDC line protection scheme based on frequency-domain attenuation rate of initial voltage traveling wave ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2020 ， 40 （ 12 ）： 143 - 155 .

张烁，邹贵彬，魏秀燕，等 . 多端口直流断路器研究综述［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 13 ）： 4502 - 4516 .

ZHANG Shuo ， ZOU Guibin ， WEI Xiuyan ， et al . A review of research on multi-port DC circuit breaker ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 13 ）： 4502 - 4516 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

An Improved Adaptive Reclosing Strategy of Four-terminal Flexible DC Grid with Hybrid Modular Multilevel Converter

Multi-terminal Flexible DC Transmission System for Offshore Wind Power and Its DC Fault Clearance Scheme

Adaptive Reclosing of Distribution Network with Renewable Energy Based on Voltage Rise Time Limit Detection

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

Related Author

Pucheng CAI

Wang XIANG

Meng ZHOU

Binye NI

Jinyu WEN

Weixing LIN

MA Xiuda

LU Yu

Related Institution

TBEA China Xinjiang Sunoasis Co., Ltd., Urumchi

Department of Electronic and Electrical Engineering, University of Strathclyde

State Key Laboratory of Advanced Electromagnetic Engineering and Technology (Huazhong University of Science and Technology)

NR Electric Co., Ltd.

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

⁰