Distance Protection Based on Negative-sequence Impedance Reconstruction for Phase-to-phase Short Circuit of Renewable Power Plant Transmission Lines

CHAO Chenxu; ZHENG Xiaodong; TAI Nengling; YE Hai; LIU Hulin; HAN Jun

doi:10.7500/AEPS20221109010

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Distance Protection Based on Negative-sequence Impedance Reconstruction for Phase-to-phase Short Circuit of Renewable Power Plant Transmission Lines

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

- Distance Protection Based on Negative-sequence Impedance Reconstruction for Phase-to-phase Short Circuit of Renewable Power Plant Transmission Lines
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 22, Pages: 101-109(2023)
- 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.国家电网有限公司华东分部，上海市 200120
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52277112);Shanghai Rising-Star Program(18QA1402100)
- DOI：10.7500/AEPS20221109010
  CLC：
- Received：09 November 2022，
  
  Revised：2023-03-05，
  
  Published Online：23 October 2023，
  
  Published：25 November 2023
- 稿件说明：
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晁晨栩,郑晓冬,邰能灵等.针对新能源场站送出线两相短路的负序阻抗重构距离保护[J].电力系统自动化,2023,47(22):101-109.

CHAO Chenxu,ZHENG Xiaodong,TAI Nengling,et al.Distance Protection Based on Negative-sequence Impedance Reconstruction for Phase-to-phase Short Circuit of Renewable Power Plant Transmission Lines[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(22):101-109.
晁晨栩,郑晓冬,邰能灵等.针对新能源场站送出线两相短路的负序阻抗重构距离保护[J].电力系统自动化,2023,47(22):101-109. DOI： 10.7500/AEPS20221109010.

CHAO Chenxu,ZHENG Xiaodong,TAI Nengling,et al.Distance Protection Based on Negative-sequence Impedance Reconstruction for Phase-to-phase Short Circuit of Renewable Power Plant Transmission Lines[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(22):101-109. DOI： 10.7500/AEPS20221109010.

摘要

受逆变器控制策略影响，逆变型新能源场站短路电流呈现幅值受限和相位受控特性。新能源场站送出线路及其下级线路发生两相短路故障时，送出线路逆变侧距离保护存在拒动和误动风险。文中提出适用于逆变电源的负序阻抗重构策略，使新能源场站在两相短路故障期间能够表现出恒定的负序阻抗角。在负序阻抗重构策略的配合下，附加阻抗角能够通过本地测量值准确求取，根据所求附加阻抗角自适应调整距离保护动作区域，提出负序阻抗重构距离保护方案。所提保护方案能够有效避免逆变侧距离保护在区内外非金属性两相短路故障下的拒动和误动，适应不同的新能源场站无功支撑策略。测试结果表明所提保护方案可以准确识别区内外非金属性两相短路故障。

Abstract

Affected by the control strategy

inverter-interfaced renewable power plants (IIRPPs) present the characteristics of limited short-circuit current amplitude and controlled phase. There are risks of malfunction of IIRPP-side distance protection during phase-to-phase faults. In this paper

a negative-sequence impedance reconstruction strategy suitable for inverter-based source is proposed

so that IIRPP can present a constant negative sequence impedance angle during phase-to-phase faults. With the cooperation of the negative sequence impedance reconstruction strategy

the additional impedance angle can be obtained by local measurements. The trip region is adjusted according to the additional impedance angle

and a distance protection scheme based on negative sequence impedance reconstruction is proposed. The proposed protection scheme can effectively avoid the malfunction of IIRPP-side distance protection during non-metallic phase-to-phase faults

and can adapt to different reactive power support strategies. The test results show that the proposed protection scheme can accurately identify external and internal non-metallic phase-to-phase faults.

关键词

Keywords

references

卓振宇，张宁，谢小荣，等 . 高比例可再生能源电力系统关键技术及发展挑战［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 9 ）： 171 - 191 .

ZHUO Zhenyu ， ZHANG Ning ， XIE Xiaorong ， et al . Key technologies and developing challenges of power system with high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 9 ）： 171 - 191 .

辛保安，郭铭群，王绍武，等 . 适应大规模新能源友好送出的直流输电技术与工程实践［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 22 ）： 1 - 8 .

XIN Baoan ， GUO Mingqun ， WANG Shaowu ， et al . Friendly HVDC transmission technologies for large-scale renewable energy and their engineering practice ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 22 ）： 1 - 8 .

崔晓丹，吴家龙，雷鸣，等 . 新能源高占比电力系统的连锁故障诱因及事故链搜索技术探讨［J］. 电力自动化设备， 2021 ， 41 （ 7 ）： 135 - 143 .

CUI Xiaodan ， WU Jialong ， LEI Ming ， et al . Discussion on inducement and fault chain search technology of cascading failure in power system with high penetration of renewable energy ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2021 ， 41 （ 7 ）： 135 - 143 .

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 .

LIANG Y ， LU Z ， LI W ， et al . A novel fault impedance calculation method for distance protection against fault resistance ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2020 ， 35 （ 1 ）： 396 - 407 .

MA J ， MA W ， QIU Y ， et al . An adaptive distance protection scheme based on the voltage drop equation ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2015 ， 30 （ 4 ）： 289 - 298 .

MA J ， YAN X ， FAN B ， et al . A novel line protection scheme for a single phase-to-ground fault based on voltage phase comparison ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2016 ， 31 （ 5 ）： 2018 - 2027 .

郑涛，王可坛，刘校销，等 . 可消除过渡电阻影响的单相接地距离保护研究［J］. 电网技术， 2017 ， 41 （ 12 ）： 4045 - 4055 .

ZHENG Tao ， WANG Ketan ， LIU Xiaoxiao ， et al . Research on single phase grounding distance protection against transition resistance ［J］. Power System Technology ， 2017 ， 41 （ 12 ）： 4045 - 4055 .

HADDADI A ， ZHAO M ， KOCAR I ， et al . Impact of inverter-based resources on negative sequence quantities-based protection elements ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2021 ， 36 （ 1 ）： 289 - 298 .

HOOSHYAR A ， AZZOUZ M A ， EL-SAADANY E F . Distance protection of lines emanating from full-scale converter-interfaced renewable energy power plants—Part Ⅰ： problem statement ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2015 ， 30 （ 4 ）： 1770 - 1780 .

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

FANG Y ， JIA K ， YANG Z ， et al . Impact of inverter-interfaced renewable energy generators on distance protection and an improved scheme ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2019 ， 66 （ 9 ）： 7078 - 7088 .

YANG Z ， JIA K ， FANG Y ， et al . High-frequency fault component-based distance protection for large renewable power plants ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2020 ， 35 （ 10 ）： 10352 - 10362 .

ZHENG X ， CHAO C ， WENG Y ， et al . High-frequency fault analysis based pilot protection scheme for a distribution network with high photovoltaic penetration ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2022 .

MISHRA P ， PRADHAN A K ， BAJPAI P . Adaptive distance relaying for distribution lines connecting inverter-interfaced solar PV plant ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2021 ， 68 （ 3 ）： 2300 - 2309 .

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 .

BANAIEMOQADAM A ， HOOSHYAR A ， AZZOUZ M A . A comprehensive dual current control scheme for inverter-based resources to enable correct operation of protective relays ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2021 ， 36 （ 5 ）： 2715 - 2729 .

晁晨栩，郑晓冬，高飘，等 . 针对光伏场站送出线路不对称短路故障的自适应距离保护原理［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 18 ）： 6681 - 6693 .

CHAO Chenxu ， ZHENG Xiaodong ， GAO Piao ， et al . Adaptive distance protection for transmission line of photovoltaic station during asymmetric short circuit ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 18 ）： 6681 - 6693 .

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］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2022 ， 37 （ 5 ）： 3823 - 3834 .

包正楷，季亮，常潇，等 . 不平衡电压跌落下新能源场站的主动电压支撑控制［J］. 电力系统保护与控制， 2021 ， 49 （ 16 ）： 161 - 169 .

BAO Zhengkai ， JI Liang ， CHANG Xiao ， et al . Active voltage support control strategy for a renewable generation farm during unbalanced voltage sags ［J］. Power System Protection and Control ， 2021 ， 49 （ 16 ）： 161 - 169 .

葛平娟，肖凡，涂春鸣，等 . 考虑故障限流的下垂控制型逆变器暂态控制策略［J］. 电工技术学报， 2022 ， 37 （ 14 ）： 3676 - 3687 .

GE Pingjuan ， XIAO Fan ， TU Chunming ， et al . Transient control strategy of droop-controlled inverter considering fault current limitation ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2022 ， 37 （ 14 ）： 3676 - 3687 .

柔性直流输电系统性能第2部分：暂态： GB/T 37015.2—2018 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2018 .

Performance of high-voltage direct current power transmission system using voltage sourced converters（V SC-HVDC ）—Part 2： transient-state： GB/T 37015.2—2018 ［S］. Beijing ： China Electric Power Press ， 2018 .

葛耀中 . 新型继电保护和故障测距的原理与技术［M］. 西安：西安交通大学出版社， 2007 .

GE Yaozhong . Principle and technology of new relay protection and fault location ［M］. Xi'an ： Xi'an Jiaotong University Press ， 2007 .

风电场接入电力系统技术规定第1部分：陆上风电： GB/T 19963.1—2021 ［S］. 北京：中国标准出版社， 2021 .

Technical specification for connecting wind farm to power system—Part 1： on shore wind power ： GB/T 19963.1—2021 ［S］. Beijing ： China Electric Power Press ， 2021 .

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