Protection for Multi-terminal Flexible DC Transmission Lines Based on Response of Control Characteristics

Piao GAO; Xiaodong ZHENG; Chenxu CHAO; Nengling TAI; Zengli YANG; Jing WANG

doi:10.7500/AEPS20210815003

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Protection for Multi-terminal Flexible DC Transmission Lines Based on Response of Control Characteristics

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

- Protection for Multi-terminal Flexible DC Transmission Lines Based on Response of Control Characteristics
- Automation of Electric Power Systems Vol. 46, Issue 5, Pages: 122-131(2022)
- 作者机构：
  
  1.电力传输与功率变换控制教育部重点实验室(上海交通大学),上海市 200240
  2.国网湖北省电力有限公司,湖北省武汉市430077
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(51877135);National Key R&D Program of China(2016YFB0900601)
- DOI：10.7500/AEPS20210815003
  CLC：
- Received：15 August 2021，
  
  Revised：2021-11-04，
  
  Published Online：14 January 2022，
  
  Published：10 March 2022
- 稿件说明：
移动端阅览
高飘,郑晓冬,晁晨栩等.基于控制特征量响应的多端柔性直流输电线路保护[J].电力系统自动化,2022,46(5):122-131.

GAO Piao,ZHENG Xiaodong,CHAO Chenxu,et al.Protection for Multi-terminal Flexible DC Transmission Lines Based on Response of Control Characteristics[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(5):122-131.
高飘,郑晓冬,晁晨栩等.基于控制特征量响应的多端柔性直流输电线路保护[J].电力系统自动化,2022,46(5):122-131. DOI： 10.7500/AEPS20210815003.

GAO Piao,ZHENG Xiaodong,CHAO Chenxu,et al.Protection for Multi-terminal Flexible DC Transmission Lines Based on Response of Control Characteristics[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(5):122-131. DOI： 10.7500/AEPS20210815003.

摘要

多端柔性直流输电系统控制灵活，系统故障时控制与保护联系紧密。在考虑柔性直流输电不同控制策略下控制过程量的响应特征基础上，利用控制信号暂态能量的大小关系识别区内外故障，并利用正负极的暂态能量比值进行故障选极，提出一种基于外环功率控制类特征信号检测直流输电线路故障的保护方案。该方案充分利用换流器的快速响应能力，实现简单，故障检测时间快，便于控制和保护的集成设计，能够实现对不同控制策略和控制参数的自适应保护。最后，通过大量仿真验证了所提保护方案在故障识别以及故障选极上的有效性，并考虑多种因素的影响，验证了保护的可靠性。

Abstract

The multi-terminal flexible DC transmission system has high control flexibility

and the control and protection are closely linked when the system fault occurs. With consideration of the response characteristics of the control process variables with different control strategies of flexible DC transmission

the magnitude relationship of the control signal transient energy for control signal is used to identify internal and external faults

and the transient energy ratio of the positive and negative poles is used to select the fault pole. A protection scheme for detecting DC transmission line faults based on characteristic signals of outer loop power control is proposed. The scheme makes full use of the rapid response capability of converters. It is simple to implement

has a fast failure detection time

and facilitates the integrated design of control and protection. It can realize the adaptive protection of different control strategies and control parameters. Finally

the effectiveness of the proposed protection scheme in fault identification and failure pole selection is verified through a large number of simulations

and the reliability of the protection is verified with the influence of various factors.

关键词

Keywords

references

HE Yangyang ， ZHENG Xiaodong ， TAI Nengling ， et al . A DC line protection scheme for MMC-based DC grids based on AC/DC transient information ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2020 ， 35 （ 6 ）： 2800 - 2811 .

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 .

杨赛昭，向往，文劲宇 . 基于限流电抗器电压差异性的架空柔直电网故障检测方法［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 4 ）： 1196 - 1211 .

YANG Saizhao ， XIANG Wang ， WEN Jinyu . A fault protection scheme based on reactor voltage difference for overhead MMC based DC grids ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 4 ）： 1196 - 1211 .

王思华，赵磊，王军军，等 . 基于MMC的直流输电系统双极短路故障保护策略研究［J］. 电力系统保护与控制， 2021 ， 49 （ 11 ）： 9 - 17 .

WANG Sihua ， ZHAO Lei ， WANG Junjun ， et al . Research on protection strategy of a bipolar short circuit fault in an HVDC transmission system based on MMC ［J］. Power System Protection and Control ， 2021 ， 49 （ 11 ）： 9 - 17 .

董新洲，汤兰西，施慎行，等 . 柔性直流输电网线路保护配置方案［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 6 ）： 1752 - 1759 .

DONG Xinzhou ， TANG Lanxi ， SHI Shenxing ， et al . Configuration scheme of transmission line protection for flexible HVDC grid ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 6 ）： 1752 - 1759 .

宋国兵，陶然，李斌，等 . 含大规模电力电子装备的电力系统故障分析与保护综述［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 12 ）： 2 - 12 .

SONG Guobing ， TAO Ran ， LI Bin ， et al . Survey of fault analysis and protection for power system with large scale power electronic equipments ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 12 ）： 2 - 12 .

梁少华，田杰，曹东明，等 . 柔性直流输电系统控制保护方案［J］. 电力系统自动化， 2013 ， 37 （ 15 ）： 59 - 65 .

LIANG Shaohua ， TIAN Jie ， CAO Dongming ， et al . A control and protection scheme for VSC-HVDC system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2013 ， 37 （ 15 ）： 59 - 65 .

薛士敏，刘存甲，李蒸，等 . 基于控保协同的环形直流微网单端测距保护技术［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 5 ）： 122 - 129 .

XUE Shimin ， LIU Cunjia ， LI Zheng ， et al . Single-end ranging protection technology for ring DC microgrid based on coordinated control and protection ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 5 ）： 122 - 129 .

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 .

王聪博，贾科，毕天姝，等 . 基于控保协同的多端柔性直流配电系统线路保护［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 8 ）： 2559 - 2567 .

WANG Congbo ， JIA Ke ， BI Tianshu ， et al . Line protection for multi-terminal flexible DC distribution system based on control and protection coordination ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 8 ）： 2559 - 2567 .

宋国兵，侯俊杰，郭冰 . 基于主动探测式的柔性直流电网纵联保护［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 10 ）： 4001 - 4010 .

SONG Guobing ， HOU Junjie ， GUO Bing . Pilot protection of flexible DC grid based on active detection ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 10 ）： 4001 - 4010 .

宋国兵，王婷，张保会，等 . 利用电力电子装置的探测式故障识别技术分析与展望［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 20 ）： 173 - 188 .

SONG Guobing ， WANG Ting ， ZHANG Baohui ， et al . Analysis and prospect of detective fault identification technologies using power electronic device ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 20 ）： 173 - 188 .

汤兰西，董新洲 . MMC直流输电网线路短路故障电流的近似计算方法［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 2 ）： 490 - 498 .

TANG Lanxi ， DONG Xinzhou . An approximate method for the calculation of transmission line fault current in MMC-HVDC grid ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 2 ）： 490 - 498 .

LI Rui ， XU Lie ， YAO Liangzhong . DC fault detection and location in meshed multi-terminal HVDC systems based on DC reactor voltage change rate ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2017 ， 32 （ 3 ）： 1516 - 1526 .

王姗姗，周孝信，汤广福，等 . 模块化多电平换流器HVDC直流双极短路子模块过电流分析［J］. 中国电机工程学报， 2011 ， 31 （ 1 ）： 1 - 7 .

WANG Shanshan ， ZHOU Xiaoxin ， TANG Guangfu ， et al . Analysis of submodule overcurrent caused by DC pole-to-pole fault in modular multilevel converter HVDC system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2011 ， 31 （ 1 ）： 1 - 7 .

孙吉波，王宇，刘崇茹，等 . 基于MMC的多端直流电网双极短路故障电流计算［J］. 电力自动化设备， 2018 ， 38 （ 11 ）： 72 - 78 .

SUN Jibo ， WANG Yu ， LIU Chongru ， et al . Pole-to-pole short circuit current calculation of multi-terminal DC grid based on MMC ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2018 ， 38 （ 11 ）： 72 - 78 .

刘麒麟，张英敏，陈若尘，等 . 张北柔直电网单极接地故障机理分析［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 8 ）： 3172 - 3179 .

LIU Qilin ， ZHANG Yingmin ， CHEN Ruochen ， et al . Analysis of pole-to-ground fault mechanism in Zhangbei flexible DC power grid ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 8 ）： 3172 - 3179 .

贾科，李猛，毕天姝，等 . 柔性直流配电线路能量分布差动保护［J］，电网技术， 2017 ， 41 （ 9 ）： 3058 - 3065 .

JIA Ke ， LI Meng ， BI Tianshu ， et al . Energy distribution-based differential protection for VSC-DC distribution lines ［J］. Power System Technology ， 2017 ， 41 （ 9 ）： 3058 - 3065 .

曹亚倩，郑晓冬，丛新棚，等 . 基于虚拟能量调节偏差的MMC-HVDC输电线路保护方案［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 23 ）： 109 - 118 .

CAO Yaqian ， ZHENG Xiaodong ， CONG Xinpeng ， et al . Protection scheme for MMC-HVDC transmission line based on virtual energy regulation deviation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 23 ）： 109 - 118 .

吴恒，阮新波，杨东升，等 . 虚拟同步发电机功率环的建模与参数设计［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 24 ）： 6508 - 6518 .

WU Heng ， RUAN Xinbo ， YANG Dongsheng ， et al . Modeling of the power loop and parameter design of virtual synchronous generators ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 24 ）： 6508 - 6518 .

高丙团，夏超鹏，张磊，等 . 基于虚拟同步电机技术的VSC-HVDC整流侧建模及参数设计［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 2 ）： 534 - 543 .

GAO Bingtuan ， XIA Chaopeng ， ZHANG Lei ， et al . Modeling and parameters design for rectifier side of VSC-HVDC based on virtual synchronous machine technology ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 2 ）： 534 - 543 .

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 ， et al . 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 .

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 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Real-time Decision-making Method of Splitting Time Considering Transient Stability of Isolated Power Grid After Splitting

Single-end Flexible DC Protection Scheme Based on Similarity of S-transform Energy Spectrum Matrix of Traveling Wave

Protection for Multi-terminal Flexible DC Transmission Lines Based on Boundary Transient Energy

Related Author

WU Xuelian

FANG Yongjie

LIU Fusuo

Xuelian WU

Yongjie FANG

Fusuo LIU

Xiaoyang TONG

Wenjie QUAN

Related Institution

NARI Technology Co., Ltd.

State Key Laboratory of Smart Grid Protection and Control

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

School of Electrical Engineering, Southwest Jiaotong University

Key Laboratory of Control of Power Transmission and Conversion, Ministry of Education (Shanghai Jiao Tong University)

⁰