Protection Method for Flexible DC Distribution System Based on Cable Incipient Fault Section Location

JIA Ke; SHI Zhiming; ZHANG Yang; ZHANG Tianxin; BI Tianshu

doi:10.7500/AEPS20210801003

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Protection Method for Flexible DC Distribution System Based on Cable Incipient Fault Section Location

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

- Protection Method for Flexible DC Distribution System Based on Cable Incipient Fault Section Location
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 4, Pages: 163-171(2023)
- 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.新能源与储能运行控制国家重点实验室（中国电力科学研究院），北京市 100192
- 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(51777071)
- DOI：10.7500/AEPS20210801003
  CLC：
- Received：01 August 2021，
  
  Revised：2022-06-08，
  
  Published Online：16 January 2023，
  
  Published：25 February 2023
- 稿件说明：
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贾科,施志明,张旸等.基于电缆早期故障区段定位的柔性直流配电系统保护方法[J].电力系统自动化,2023,47(4):163-171.

JIA Ke,SHI Zhiming,ZHANG Yang,et al.Protection Method for Flexible DC Distribution System Based on Cable Incipient Fault Section Location[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(4):163-171.
贾科,施志明,张旸等.基于电缆早期故障区段定位的柔性直流配电系统保护方法[J].电力系统自动化,2023,47(4):163-171. DOI： 10.7500/AEPS20210801003.

JIA Ke,SHI Zhiming,ZHANG Yang,et al.Protection Method for Flexible DC Distribution System Based on Cable Incipient Fault Section Location[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(4):163-171. DOI： 10.7500/AEPS20210801003.

摘要

在柔性直流配电系统中，直流极间短路故障使得全网换流器迅速闭锁，快于直流断路器动作时间，导致系统停运，极大降低了系统的可靠性。为此，文中针对直流电缆早期短路故障，提出一种基于早期故障区段定位的线路保护方法。通过本地换流器的主动注入，从而削弱线路阻抗对注入信号的衰减，显化早期故障特征，实现对早期短路故障的准确识别与区段定位，解决短路故障引发系统失电的问题。为避免频繁注入，提出基于差动电流量测的注入启动判据。PSCAD/EMTDC仿真结果表明该方法能够准确识别与定位早期故障区段，并及时隔离故障支路，且对系统运行影响小，具有一定的抗噪能力，可为柔性直流配电系统持续安全运行提供保障。

Abstract

In the flexible DC distribution system

the DC pole-to-pole short-circuit fault makes the converters of the whole network quickly locked

which is faster than the action time of the DC circuit breaker

leading to the system outage and greatly reducing the reliability of the system. Therefore

this paper proposes a line protection method based on incipient fault section location for DC cable incipient short-circuit faults. Through the active injection of the local converter

the attenuation of the line impedance to the injected signal is weakened; the characteristics of incipient faults are displayed; the accurate identification and section location of incipient short-circuit faults are realized; and the problem of system power loss caused by short-circuit faults is solved. To avoid frequent injection

an injection starting criterion based on differential current measurement is proposed. The simulation results with PSCAD/EMTDC show that this method can accurately identify and locate the incipient fault section and promptly isolate the fault branch

and has a small impact on the system operation. It has a certain anti-noise ability

and guarantees the continuous and safe operation of the flexible DC distribution system.

关键词

Keywords

references

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