Calculation Method of Faulty Line Impedance for Inverter-interfaced System Based on Control and Protection Coordination

CHANG Peng; SONG Guobing; LIU Wei; TU Qingrui; GUI Xiaozhi; XIONG Fuzhi

doi:10.7500/AEPS20220407002

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Calculation Method of Faulty Line Impedance for Inverter-interfaced System Based on Control and Protection Coordination

Special Topic on Key Technologies of Relay Protection in New Power System | 更新时间：2025-06-16

- Calculation Method of Faulty Line Impedance for Inverter-interfaced System Based on Control and Protection Coordination
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 22, Pages: 87-100(2023)
- 作者机构：
  
  1.电力设备电气绝缘国家重点实验室（西安交通大学），陕西省西安市 710049
  2.中国南方电网广东电网有限责任公司，广东省广州市 510000
  3.国网江西省电力有限公司电力科学研究院，江西省南昌市 330006
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52061635105)
- DOI：10.7500/AEPS20220407002
  CLC：
- Received：07 April 2022，
  
  Revised：2022-09-05，
  
  Published Online：18 October 2023，
  
  Published：25 November 2023
- 稿件说明：
移动端阅览
常鹏,宋国兵,刘玮等.基于控保协同的逆变器并网系统故障线路阻抗计算方法[J].电力系统自动化,2023,47(22):87-100.

CHANG Peng,SONG Guobing,LIU Wei,et al.Calculation Method of Faulty Line Impedance for Inverter-interfaced System Based on Control and Protection Coordination[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(22):87-100.
常鹏,宋国兵,刘玮等.基于控保协同的逆变器并网系统故障线路阻抗计算方法[J].电力系统自动化,2023,47(22):87-100. DOI： 10.7500/AEPS20220407002.

CHANG Peng,SONG Guobing,LIU Wei,et al.Calculation Method of Faulty Line Impedance for Inverter-interfaced System Based on Control and Protection Coordination[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(22):87-100. DOI： 10.7500/AEPS20220407002.

摘要

传统单端量故障线路阻抗计算方法易受过渡电阻和系统参数影响，性能仍存在提升空间。为了提高故障线路阻抗的计算准确性，提出了一种基于控保协同的逆变器并网系统故障线路阻抗计算方法。其利用换流器系统的高可控性，在故障穿越阶段构造2种运行状态，为系统发生不对称故障时故障线路阻抗的准确计算创造了条件。当线路末端含有纯容性串补装置时，所提方法能够准确计算故障线路阻抗，且能根据串补带来的电抗偏差区分对端区内外故障，以保护线路全长。PSCAD仿真结果证明了该方法不受过渡电阻阻值及性质、系统参数影响。该方法在单回线系统和双回线系统中均可应用，其结果可以应用于距离保护和故障测距。

Abstract

The traditional single-ended faulty line impedance calculation method is susceptible to the influence of transition resistance and system parameters

and there is still room for improvement in performance. In order to improve the accuracy of calculating the faulty line impedance

a method based on control and protection coordination for calculating the impedance of faulty lines in inverter-interfaced systems is proposed. The method utilizes the high controllability of the inverter system to construct two operating states in the fault ride-through stage

creating conditions for accurate calculation of faulty line impedance in the event of asymmetric faults in the system. When there is a pure capacitive series compensation device at the end of the line

the proposed method can accurately calculate the impedance of the faulty line and distinguish between internal and external faults in the terminal area based on the reactance deviation caused by series compensation

to protect the entire length of the line. The PSCAD simulation results demonstrate that this method is not affected by the transition resistance value and properties

as well as system parameters. This method can be applied in both single-circuit and double-circuit systems

and its results can be applied to distance protection and fault location.

关键词

Keywords

references

XU Z Y ， XU G ， RAN L ， et al . A new fault-impedance algorithm for distance relaying on a transmission line ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2010 ， 25 （ 2 ）： 1384 - 1392 .

ZHONG Y ， KANG X ， JIAO Z ， et al . A novel distance protection algorithm for the phase-ground fault ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2014 ， 29 （ 4 ）： 1718 - 1725 .

邹晓峰，曾平，倪腊琴 . 同杆双回线下接地距离保护Ⅰ段动作边界计算与仿真测试［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 15 ）： 154 - 159 .

ZOU Xiaofeng ， ZENG Ping ， NI Laqin . Calculation and simulation test of trip boundary of zone Ⅰ of earth-fault distance protection for double-circuit transmission lines on the same tower ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 15 ）： 154 - 159 .

CHAO C ， ZHENG X ， WENG Y ， et al . Adaptive distance protection based on the analytical model of additional impedance for inverter-interfaced renewable power plants during asymmetrical faults ［J/OL］. IEEE Transactions on Power Delivery ［ 2021-12-01 ］. https：//ieeexplore.ieee.org/document/9662961/ https://ieeexplore.ieee.org/document/9662961/ .

侯俊杰，樊艳芳，钟显，等 . 适应于风电接入系统的抗高阻接地时域方程距离保护研究［J］. 电力系统保护与控制， 2018 ， 46 （ 1 ）： 122 - 128 .

HOU Junjie ， FAN Yanfang ， ZHONG Xian ， et al . Research on high resistance grounding time domain equation based distance protection for wind power accessed power system ［J］. Power System Protection and Control ， 2018 ， 46 （ 1 ）： 122 - 128 .

HOOSHYAR A ， AZZOUZ M A ， EL-SAADANY E F ． Distance protection of lines emanating from full-scale converter-interfaced renewable energy power plants—PartⅡ： solution description and evaluation ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2015 ， 30 （ 4 ）： 1781 - 1791 ．

马静，马伟，闫新，等 . 基于阻抗复数平面的自适应距离保护方法［J］. 电网技术， 2016 ， 40 （ 1 ）： 290 - 296 .

MA Jing ， MA Wei ， YAN Xin ， et al . Impedance complex plane based adaptive distance protection scheme ［J］. Power System Technology ， 2016 ， 40 （ 1 ）： 290 - 296 .

PALADHI S ， PRADHAN A K . Adaptive distance protection for lines connecting converter-interfaced renewable plants ［J］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ， 2021 ， 9 （ 6 ）： 7088 - 709 .

BANAIEMOQADAM A ， HOOSHYAR A ， AZZOUZ M A . A control-based solution for distance protection of lines connected to converter-interfaced sources during asymmetrical faults ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2020 ， 35 （ 3 ）： 1455 - 1466 .

姜宪国，刘宇，周泽昕，等 . 同塔双回线接地距离保护零序电流补偿系数分析及整定方法改进［J］. 电力自动化设备， 2015 ， 35 （ 8 ）： 9 - 14 .

JIANG Xianguo ， LIU Yu ， ZHOU Zexin ， et al . Analysis of zero-sequence current compensation coefficient and improvement of setting method for grounding distance protection of dual-loop lines on same tower ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2015 ， 35 （ 8 ）： 9 - 14 .

毕天姝，李伟，徐振宇，等 . 基于单端单回线电气量的同杆双回线单相接地距离保护［J］. 电力系统自动化， 2013 ， 37 （ 7 ）： 88 - 93 .

BI Tianshu ， LI Wei ， XU Zhenyu ， et al . Single-phase grounding distance protection of parallel transmission lines on same poles based on electric quantities data from single terminal and single line ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2013 ， 37 （ 7 ）： 88 - 93 .

宋国兵，刘志良，康小宁，等 . 一种同杆并架双回线接地距离保护方案［J］. 电力系统保护与控制， 2010 ， 38 （ 12 ）： 102 - 106 .

SONG Guobing ， LIU Zhiliang ， KANG Xiaoning ， et al . A scheme for ground distance protection of parallel transmission lines ［J］. Power System Protection and Control ， 2010 ， 38 （ 12 ）： 102 - 106 .

索南加乐，齐军，陈福锋，等 . 基于 R - L 模型参数辨识的输电线路准确故障测距算法［J］. 中国电机工程学报， 2004 ， 24 （ 12 ）： 123 - 129 .

SUONAN Jiale ， QI Jun ， CHEN Fufeng ， et al . An accurate fault location algorithm for transmission lines based on R - L model parameter identification ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2004 ， 24 （ 12 ）： 123 - 129 .

康小宁，索南加乐 . 基于参数识别的单端电气量频域法故障测距原理［J］. 中国电机工程学报， 2005 ， 25 （ 2 ）： 25 - 30 .

KANG Xiaoning ， SUONAN Jiale . Frequency domain method of fault location based on parameter identification—using one terminal data ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2005 ， 25 （ 2 ）： 25 - 30 .

索南加乐，吴亚萍，宋国兵，等 . 基于分布参数的同杆双回线单线故障准确测距原理［J］. 中国电机工程学报， 2003 ， 23 （ 5 ）： 40 - 44 .

SUONAN Jiale ， WU Yaping ， SONG Guobing ， et al . New accurate fault location algorithm for parallel lines on the same tower based on distributed parameter ［J］ Proceedings of the CSEE ， 2003 ， 23 （ 5 ）： 40 - 44 .

索南加乐，王树刚，张超，等 . 利用单端电流的同杆双回线准确故障定位研究［J］. 中国电机工程学报， 2005 ， 25 （ 23 ）： 25 - 30 .

SUONAN Jiale ， WANG Shugang ， ZHANG Chao ， et al . An accurate fault location algorithm for parallel transmission lines using one-terminal current ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2005 ， 25 （ 23 ）： 25 - 30 .

宋国兵，索南加乐，许庆强，等 . 基于双回线环流的时域法故障定位［J］. 中国电机工程学报， 2004 ， 24 （ 3 ）： 29 - 34 .

SONG Guobing ， SUONAN Jiale ， XU Qingqiang ， et al . A novel time-domain algorithm for locating faults on parallel transmissions by circulating circuit ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2004 ， 24 （ 3 ）： 29 - 34 .

侯俊杰，宋国兵，常鹏，等 . 计及对端系统参数和送出线路分布参数影响的风电系统时域距离保护［J］. 电力系统保护与控制， 2022 ， 50 （ 5 ）： 106 - 116 .

HOU Junjie ， SONG Guobing ， CHANG Peng ， et al . Time-domain distance protection for a wind power system considering parameters of the remote end system and influence of outgoing line distribution parameters ［J］. Power System Protection and Control ， 2022 ， 50 （ 5 ）： 106 - 116 .

马静，王卓，李文可，等 . 一种抗过渡电阻的新型自适应距离保护方案［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 18 ）： 114 - 121 .

MA Jing ， WANG Zhuo ， LI Wenke ， et al . A new adaptive distance protection scheme against transition resistance ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 18 ）： 114 - 121 .

申洪明，黄少锋，费彬 . 交直流互联系统对距离保护动作特性的影响分析及对策［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 11 ）： 58 - 63 .

SHEN Hongming ， HUANG Shaofeng ， FEI bin . Effect analysis of AC/DC interconnected network on distance protection performance and countermeasures ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 11 ）： 58 - 63 .

李大凤，张广斌，杨毅，等 . 基于阻抗复数平面的自适应距离保护方案应用中的正则性问题研究［J］. 电力系统保护与控制， 2021 ， 49 （ 20 ）： 33 - 42 .

LI Dafeng ， ZHANG Guangbin ， YANG Yi ， et al . Research on regularity of adaptive distance protection scheme based on impedance complex plane ［J］. Power System Protection and Control ， 2021 ， 49 （ 20 ）： 33 - 42 .

李伟，毕天姝，徐振宇，等 . 同杆双回线跨线接地故障的距离保护算法研究［J］. 中国电机工程学报， 2013 ， 33 （ 7 ）： 131 - 138 .

LI Wei ， BI Tianshu ， XU Zhenyu ， et al . First-zone distance relaying algorithm of parallel transmission lines for cross-country ground faults ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2013 ， 33 （ 7 ）： 131 - 138 .

房志学，苏建徽，王华锋，等 . 微网逆变器低电压穿越控制策略［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 2 ）： 143 - 149 .

FANG Zhixue ， SU Jianhui ， WANG Huafeng ， et al . Low voltage ride-through control strategy of microgrid inverter ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 2 ）： 143 - 149 .

JIA K ， YANG Z ， FANG Y ， et al . Influence of inverter-interfaced renewable energy generators on directional relay and an improved scheme ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2019 ， 34 （ 12 ）： 11843 - 11855 .

尹梦雪，刘辉，李蕴红，等 . 风电-串补输电系统次同步谐振特性与风电机组数量及线路参数关系研究［J］. 太阳能学报， 2021 ， 42 （ 1 ）： 174 - 179 .

YIN Mengxue ， LIU Hui ， LI Yunhong ， et al . Research on impact on sub-synchronous resonance risk from DFIG number and grid structure in guyuan area ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2021 ， 42 （ 1 ）： 174 - 179 .

边晓燕，施磊，宗秀红，等 . 多运行方式下风电机组变频器参与次同步相互作用的分析与抑制［J］. 电工技术学报， 2017 ， 32 （ 11 ）： 38 - 47 .

BIAN Xiaoyan ， SHI Lei ， ZONG Xiuhong ， et al . Analysis and mitigation of wind turbine converters in sub-synchronous interaction under multi-operating conditions ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2017 ， 32 （ 11 ）： 38 - 47 .

杨仁炘，王霄鹤，陈晴，等 . 机组协同-分布卸荷的风电场-柔直并网系统故障穿越方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 21 ）： 103 - 111 .

YANG Renxin ， WANG Xiaohe ， CHEN Qing ， et al . Fault ride-through method of flexible HVDC transmission system for wind farm integration based on coordination of wind turbines and distributed braking resistors ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 21 ）： 103 - 111 .

徐海亮，吴瀚，李志，等 . 低短路比电网下含负序控制双馈风机稳定性研究的几个关键问题［J］. 电工技术学报， 2021 ， 36 （ 22 ）： 4688 - 4702 .

XU Hailiang ， WU Han ， LI Zhi ， et al . Several key issues on stability study of DFIG-based wind turbines with negative sequence control during low short-circuit ratio power grids ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2021 ， 36 （ 22 ）： 4688 - 4702 .

风电场接入电力系统技术规定： GB/T 19963—2011 ［S］. 2011 .

Technical specification for connecting wind farm to power system ： GB/T 19963—2011 ［S］. 2011 .

刘玮，赖清华，刘慧媛，等 . 适用于逆变型电源接入的故障方向判别新方法［J］. 电力自动化设备， 2020 ， 40 （ 1 ）： 205 - 211 .

LIU Wei ， LAI Qinghua ， LIU Huiyuan ， et al . Novel method of fault direction identification for inverter-interfaced power supply access ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2020 ， 40 （ 1 ）： 205 - 211 .

张俊峰，高亮，沈奕菲，等 . 适用于双馈机组风电场的故障电压序分量选相元件［J］. 电力系统保护与控制， 2018 ， 46 （ 10 ）： 136 - 143 .

ZHANG Junfeng ， GAO Liang ， SHEN Yifei ， et al . Fault-sequence element of voltage phase selection applied to DFIG-based wind farm ［J］. Power System Protection and Control ， 2018 ， 46 （ 10 ）： 136 - 143 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Active Single-ended Location Method for Grounding Electrode Lines Based on Short-time Matrix Pencil

Related Author

ZHANG Guangbin

SHU Banggui

SHU Hongchun

SI Dajun

TIAN Xincui

CHEN Kaiwen

SHAN Jieshan

ZHANG Yining

Related Institution

Faculty of Electric Power Engineering, Kunming University of Science and Technology

Yunnan Grid Research Construction and Planning Center of Yunnan Power Grid Co., Ltd.

Maintenance & Test Center of CSG EHV Transmission Company

Dali Bureau of CSG EHV Transmission Company, Dali

XJ Electric Co., Ltd.

⁰