Identification Strategy for Arc Extinction Time of Single-pole Grounding Fault in True Bipolar Flexible DC System

Jiaxing NING; Jinghan HE; Meng LI; Chenguang LIANG; Yiping LUO; Keao CHEN

doi:10.7500/AEPS20210809006

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Identification Strategy for Arc Extinction Time of Single-pole Grounding Fault in True Bipolar Flexible DC System

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

- Identification Strategy for Arc Extinction Time of Single-pole Grounding Fault in True Bipolar Flexible DC System
- Automation of Electric Power Systems Vol. 46, Issue 13, Pages: 121-129(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(52007003);National Natural Science Foundation of China-State Grid Joint Fund for Smart Grid(U2066210)
- DOI：10.7500/AEPS20210809006
  CLC：
- Received：09 August 2021，
  
  Revised：2021-11-28，
  
  Published Online：26 May 2022，
  
  Published：10 July 2022
- 稿件说明：
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宁家兴,和敬涵,李猛等.真双极柔性直流系统单极接地故障熄弧时刻识别策略[J].电力系统自动化,2022,46(13):121-129.

NING Jiaxing,HE Jinghan,LI Meng,et al.Identification Strategy for Arc Extinction Time of Single-pole Grounding Fault in True Bipolar Flexible DC System[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(13):121-129.
宁家兴,和敬涵,李猛等.真双极柔性直流系统单极接地故障熄弧时刻识别策略[J].电力系统自动化,2022,46(13):121-129. DOI： 10.7500/AEPS20210809006.

NING Jiaxing,HE Jinghan,LI Meng,et al.Identification Strategy for Arc Extinction Time of Single-pole Grounding Fault in True Bipolar Flexible DC System[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(13):121-129. DOI： 10.7500/AEPS20210809006.

摘要

自适应重合闸不仅应具备区分故障类型的能力，还应进一步对瞬时性故障重合闸时间进行优化，这就需要对故障熄弧时刻进行识别。首先，通过分析接地故障电弧的动态特性，实现故障电弧非线性特征及熄弧时刻的自适应模拟。其次，分析真双极柔直线路故障极端电压熄弧前后的暂态和稳态特性，揭示出熄弧前故障极端电压变化趋势主要取决于零输入响应分量，呈现衰减趋势，而熄弧后故障极端电压主要取决于零状态响应分量，呈现上升趋势。最后，提出一种积分比算法，有效提取故障极端电压在熄弧前后的特征差异，若在循环判断时间内积分比始终不低于阈值，则判断故障已熄弧，并将首次超过阈值的时刻输出为检测熄弧时刻。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所提策略的有效性和可靠性。

Abstract

Adaptive reclosing should not only have the ability to distinguish fault types but also further optimize the reclosing time after the transient fault

which requires the identification of fault arc extinction time. Firstly

by analyzing the dynamic characteristics of grounding fault arc

the nonlinear characteristics of fault arc and adaptive simulation of arc extinction time are realized. Secondly

the transient and steady state characteristics of fault pole voltage of true bipolar flexible DC line before and after arc extinction are analyzed. It is revealed that the changing trend of fault pole voltage before arc extinction mainly depends on the zero input response component

showing an attenuation trend

while the fault pole voltage after arc extinction mainly depends on the zero state response component

showing an upward trend. Finally

an integral ratio algorithm is proposed to effectively extract the characteristic difference of fault extreme voltage before and after arc extinction. If the integral ratio is not lower than the threshold in the cycle judgment time

the fault arc extinction is judged

and the time when the threshold is exceeded for the first time is output as the detected arc extinction time. PSCAD/EMTDC simulation results verify the effectiveness and reliability of the proposed strategy.

关键词

Keywords

references

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 .

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 .

董俊，李一凡，束洪春，等 . 配电网馈出线路单相永久性接地故障性质辨识方法［J］. 电工技术学报， 2020 ， 35 （ 21 ）： 4576 - 4585 .

DONG Jun ， LI Yifan ， SHU Hongchun ， et al . Study on identification method of single phase permanent ground fault in distribution network feedout line ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2020 ， 35 （ 21 ）： 4576 - 4585 .

崔玉，陆金凤，谢华，等 . 消除模糊区的同杆双回线自适应重合闸［J］. 电力工程技术， 2020 ， 39 （ 2 ）： 186 - 192 .

CUI Yu ， LU Jinfeng ， XIE Hua ， et al . Adaptive reclosure of double-circuit line without fuzzy zone ［J］. Electric Power Engineering Technology ， 2020 ， 39 （ 2 ）： 186 - 192 .

KHAN W A ， BI T S ， JIA K . A review of single phase adaptive auto-reclosing schemes for EHV transmission lines ［J］. Protection and Control of Modern Power Systems ， 2019 ， 4 （ 4 ）： 205 - 214 .

NING J ， HE B ， WANG Z ， et al . Algorithm for adaptive single-phase reclosure on shunt-reactor compensated extra high voltage transmission lines considering beat frequency oscillation ［J］. IET Generation ， Transmission & Distribution， 2018 ， 12 （ 13 ）： 3193 - 3200 .

吕思卓，舒展，宋新甫，等 . 柔性直流接入对弱受端电网恢复特性的影响及优化措施［J］. 电力工程技术， 2020 ， 39 （ 1 ）： 31 - 37 .

LYU Sizhuo ， SHU Zhan ， SONG Xinfu ， et al . Influence of VSC-HVDC interconnection on recovery characteristics of weak receiving-end grid fault and optimization measure ［J］. Electric Power Engineering Technology ， 2020 ， 39 （ 1 ）： 31 - 37 .

何莉萍，高仕林，叶华 . 不对称双极多端柔性直流电网短路电流特性分析［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 12 ）： 101 - 107 .

HE Liping ， GAO Shilin ， YE Hua . Characteristic analysis on short-circuit current for asymmetric bipolar modular multilevel converter based multi-terminal direct current grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 12 ）： 101 - 107 .

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 .

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 on HVDC systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 14 ）： 4440 - 4451 .

蔡普成，向往，周猛，等 . 基于混合型MMC主动信号注入的直流故障自适应重合闸方法研究［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 12 ）： 3867 - 3878 .

CAI Pucheng ， XIANG Wang ， ZHOU Meng ， et al . Research on adaptive reclosing of DC fault based on active signal injected by hybrid MMC ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 12 ）： 3867 - 3878 .

WANG T ， SONG G B ， WU L ， et al . Novel reclosure scheme of MMC-HVDC system based on characteristic signal injection ［J］. The Journal of Engineering ， 2019 ， 2019 （ 16 ）： 1153 - 1157 .

李斌，戴冬康，何佳伟，等 . 真双极直流输电系统的故障性质识别方法［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 13 ）： 3727 - 3734 .

LI Bin ， DAI Dongkang ， HE Jiawei ， et al . Fault nature identification method for true bipolar HVDC system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 13 ）： 3727 - 3734 .

王帅，毕天姝，李伟，等 . MMC-MTDC线路双极永久性故障快速识别方法研究［J］. 可再生能源， 2017 ， 35 （ 1 ）： 43 - 49 .

WANG Shuai ， BI Tianshu ， LI Wei ， et al . A fast bipolar permanent fault identification approach for MMC-MTDC lines ［J］. Renewable Energy Resources ， 2017 ， 35 （ 1 ）： 43 - 49 .

索南加乐，梁振锋，宋国兵 . 自适应熄弧时刻的单相重合闸的研究［J］. 电力系统保护与控制， 2012 ， 40 （ 5 ）： 37 - 41 .

SUONAN Jiale ， LIANG Zhenfeng ， SONG Guobing . Study of single-phase reclosure with adaptive secondary arc extinction ［J］. Power System Protection and Control ， 2012 ， 40 （ 5 ）： 37 - 41 .

ZHANG D ， LIANG C ， LI M ， et al . Voltage frequency-based adaptive reclosing strategy for flexible DC power grids ［J］. International Journal of Electrical Power and Energy Systems ， 2021 ， 131 ： 107164 .

KARACASU O ， HOCAOGLU M H . An adaline based arcing fault detection algorithm for single-pole autoreclosers ［J］. Electric Power Systems Research ， 2011 ， 81 （ 2 ）： 367 - 376 .

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 .

JOHNS A T ， AGGARWAL R K ， SONG Y H . Improved techniques for modelling fault arcs an faulted EHV transmission systems ［J］. IEE Proceedings： Generation， Transmission and Distribution ， 1994 ， 141 （ 2 ）： 148 - 154 .

SGOLDBERG S ， HORTON W F ， TZIOUVARAS D . A computer model of the secondary arc in single phase operation of transmission lines ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 1989 ， 4 （ 1 ）： 286 - 295 .

李斌，李永丽，曾治安，等 . 基于电压谐波信号分析的单相自适应重合闸［J］. 电网技术， 2002 ， 26 （ 10 ）： 53 - 57 .

LI Bin ， LI Yongli ， ZENG Zhian ， et al . Study on single-pole adaptive reclosure based on analysis of voltage harmonic signal ［J］. Power System Technology ， 2002 ， 26 （ 10 ）： 53 - 57 .

LI B ， HE J ， LI Y ， et al . A novel DCCB reclosing strategy for the flexible HVDC grid ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2020 ， 35 （ 1 ）： 244 - 257 .

林秀丽，徐新华，汪大翚 . 双极HVDC线路离子流电场计算及影响因素［J］. 高电压技术， 2007 ， 33 （ 10 ）： 54 - 58 .

LIN Xiuli ， XU Xinhua ， WANG Dahui . Calculation and influential factors analysis of ionized electric field generated by bipolar HVDC transmission line ［J］. High Voltage Engineering ， 2007 ， 33 （ 10 ）： 54 - 58 .

李猛，聂铭，和敬涵，等 . 基于数字孪生的柔性直流电网纵联保护原理［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 5 ）： 1773 - 1783 .

LI Meng ， NIE Ming ， HE Jinghan ， et al . Pilot protection of flexible DC grid based on digital twin ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 5 ）： 1773 - 1783 .

陈淼，贾科，王康达，等 . 基于前行波波形特征的柔性直流输电线路单端行波保护［J/OL］. 电网技术： 1 - 9 ［ 2021-10-14 ］. https：//doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2021.1024 https://doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2021.1024 .

CHEN Miao ， JIA Ke ， WANG Dakang ， et al . Single terminal traveling wave protection for flexible HVDC transmission lines based on forward wave shape information ［J/OL］. Power System Technology ： 1 - 9 ［ 2021-10-14 ］. https：//doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2021.1024 https://doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2021.1024 .

林湘宁，刘琦，范理想，等 . 基于突变能量比值的多端柔性直流电网闭锁式纵联保护方案［J］. 电力自动化设备， 2020 ， 40 （ 4 ）： 2 - 8 .

LIN Xiangning ， LIU Qi ， FAN Lixiang ， et al . Blocking pilot protection based on ratio of superimposed energy for VSC-MTDC grid ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2020 ， 40 （ 4 ）： 2 - 8 .

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