High-sensitivity Current Differential Protection for AC-side Tie Line of MMC-HVDC Converter Station

LIANG Yingyu; WANG Yaqin; REN Yi; MEI Hongming

doi:10.7500/AEPS20211003001

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High-sensitivity Current Differential Protection for AC-side Tie Line of MMC-HVDC Converter Station

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

- High-sensitivity Current Differential Protection for AC-side Tie Line of MMC-HVDC Converter Station
- Automation of Electric Power Systems Vol. 46, Issue 22, Pages: 163-172(2022)
- 作者机构：
  
  1.中国矿业大学（北京）机电与信息工程学院，北京市 100083
  2.北京四方继保自动化股份有限公司，北京市 100085
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52277132);the Fundamental Research Funds for the Central Universities(2022JCCXJD01)
- DOI：10.7500/AEPS20211003001
  CLC：
- Received：03 October 2021，
  
  Revised：2022-05-13，
  
  Published Online：13 October 2022，
  
  Published：25 November 2022
- 稿件说明：
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梁营玉,王亚琴,任昳等.MMC-HVDC换流站交流侧联络线高灵敏度电流差动保护[J].电力系统自动化,2022,46(22):163-172.

LIANG Yingyu,WANG Yaqin,REN Yi,et al.High-sensitivity Current Differential Protection for AC-side Tie Line of MMC-HVDC Converter Station[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(22):163-172.
梁营玉,王亚琴,任昳等.MMC-HVDC换流站交流侧联络线高灵敏度电流差动保护[J].电力系统自动化,2022,46(22):163-172. DOI： 10.7500/AEPS20211003001.

LIANG Yingyu,WANG Yaqin,REN Yi,et al.High-sensitivity Current Differential Protection for AC-side Tie Line of MMC-HVDC Converter Station[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(22):163-172. DOI： 10.7500/AEPS20211003001.

摘要

随着MMC-HVDC输电工程数量不断增多及单个换流站功率和电压水平不断攀升，其对交流线路继电保护性能的影响逐渐成为不可忽视的问题。首先，理论分析了传统电流差动保护临界动作的幅值和相角条件。然后，着重分析了过渡电阻较大时，换流站不同运行模式下线路两侧电流及短路点故障电流的相角关系，进而指出整流和逆变模式下换流站分别呈现“汲出”和“馈入”特性。进一步，揭示了不同运行模式下换流站对传统电流差动保护的影响机理，指出整流模式下保护拒动风险较大。基于换流站的故障特征，在显著提高保护对区内故障的灵敏性而不影响区外故障时保护安全性的原则下，提出一种高灵敏度电流差动保护。最后，分别采用PSCAD/EMTDC仿真软件和基于实际控制保护装置及实时数字仿真系统的实验平台对所提保护方案进行了验证。验证结果表明了文中理论分析的正确性和所提保护的优越性。

Abstract

With the increasing number of modular multi-level converter based high voltage direct current (MMC-HVDC) transmission projects and the rising power and voltage levels of a single converter station

its impact on the relay protection performance of AC lines has gradually become a problem that cannot be ignored. First

the amplitude and phase angle conditions of the critical operation of traditional current differential protection are analyzed theoretically. Then

the phase angle relationship of the current on both sides of the line and the fault current at the short-circuit point in different operation modes of the converter station is analyzed emphatically when the transition resistance is high

and it is pointed out that the converter station presents “draw out” and “feed in” characteristics in rectifier and inverter modes

respectively. Furthermore

the influence mechanism of converter station on traditional current differential protection in different operation modes is revealed

and it is pointed out that the risk of protection failure in rectifier mode is high. Based on the fault characteristics of the converter station

a high-sensitivity current differential protection is proposed under the principle of significantly improving the sensitivity of the protection to internal faults without affecting the protection safety in the cases of external faults. Finally

PSCAD/EMTDC simulation software and experimental platform based on actual control protection device and real-time digital simulation system are used to verify the proposed protection scheme. The verification results show that the theoretical analysis is correct and the proposed protection is superior.

关键词

Keywords

references

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