环形直流微电网故障分析与保护

张伟亮; 张辉; 支娜; 王韩伟; 石海涛

doi:10.7500/AEPS20200423004

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

环形直流微电网故障分析与保护

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 环形直流微电网故障分析与保护
- Fault Analysis and Protection of Ring DC Microgrid
- 电力系统自动化-方正平台 2020年44卷第24期页码：105-110
- 作者机构：
  
  1.西安理工大学电气工程学院，陕西省西安市 710048
  2.电力系统及大型发电设备安全控制和仿真国家重点实验室，清华大学，北京市 100084
- 作者简介：
  
  张伟亮(1982—)，男，博士研究生，讲师，主要研究方向：直流微网群落能量协调控制与故障分析及保护。E-mail：zhangweiliang129@163.com
  张辉(1963—)，男，通信作者，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：微型电网运行控制与新型电力储能及电动汽车独立驱动。E-mail：zhangh@xaut.edu.cn
  支娜(1976—)，女，博士，副教授，主要研究方向：微电网协调控制及其稳定性。E-mail：zhina@xaut.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(51877175);陕西省重点研发计划资助项目(2017ZDXM-GY-003);陕西省自然科学基金资助项目(2017JM5100)
- DOI：10.7500/AEPS20200423004
  中图分类号：
- 收稿日期：2020-04-23，
  
  修回日期：2020-08-25，
  
  网络出版日期：2020-11-07，
  
  纸质出版日期：2020-12-25
- 稿件说明：
移动端阅览
张伟亮,张辉,支娜等.环形直流微电网故障分析与保护[J].电力系统自动化,2020,44(24):105-110.

ZHANG Weiliang,ZHANG Hui,ZHI Na,et al.Fault Analysis and Protection of Ring DC Microgrid[J].Automation of Electric Power Systems,2020,44(24):105-110.
张伟亮,张辉,支娜等.环形直流微电网故障分析与保护[J].电力系统自动化,2020,44(24):105-110. DOI： 10.7500/AEPS20200423004.

ZHANG Weiliang,ZHANG Hui,ZHI Na,et al.Fault Analysis and Protection of Ring DC Microgrid[J].Automation of Electric Power Systems,2020,44(24):105-110. DOI： 10.7500/AEPS20200423004.

摘要

直流微电网故障的快速检测与切除是提高其运行可靠性的关键。电流差动保护可快速有选择地切除故障，但受短路阻抗影响较大，在高阻抗短路时可能拒动。针对环形直流微电网，文中提出基于母线功率变化率的差动保护，由母线两侧功率变化率作为差动量，在区内故障时，母线功率变化率差动值大于动作值，保护动作切除故障线路。功率变化率差动值与短路电流平方及短路阻抗成正比，相比电流量保护，具有更快的故障识别速度和更高的保护灵敏度。仿真结果验证了所提保护方案具有更好的速动性、灵敏性，提高了环形直流微电网的可靠性和稳定性。

Abstract

The rapid detection and removal of faults are the key to improving the operation reliability of DC microgrids. The current differential protection can remove the fault quickly and selectively. But it is greatly affected by the short-circuit impedance

and it may refuse to operate in the cases of the high impedance short circuit. For ring DC microgrids

a differential protection based on change rates of bus power is proposed. The power change rates of both sides of the bus are taken to formulate the differential value. The differential value of the change rates of bus power is bigger than the operation setting in the case of internal fault

and the protection will operate and remove the fault line. The differential value of the power change rates is proportional to the square of short-circuit current and short-circuit impedance. Compared with protection schemes based on current

it has faster fault identification speed and higher protection sensitivity. The simulation results show that the proposed protection scheme has better operation speed and sensitivity

and improves the reliability and stability of the ring DC microgrid.

关键词

Keywords

references

电力绿色发展，促进能源革命［EB/OL］.［ 2020-01-10 ］. http：//www.epri.sgcc.com.cn/zt/dejyslt/ http://www.epri.sgcc.com.cn/zt/dejyslt/ .

Green development of electric power promotes energy revolution ［EB/OL］. ［ 2020-01-10 ］. http：//www.epri.sgcc.com.cn/zt/dejyslt/ http://www.epri.sgcc.com.cn/zt/dejyslt/ .

创新驱动发展［EB/OL］.［ 2020-01-10 ］. http：//www.epri.sgcc.com.cn/zt/zxqdfz http://www.epri.sgcc.com.cn/zt/zxqdfz .

Innovation driven development ［EB/OL］. ［ 2020-01-10 ］. http：//www.epri.sgcc.com.cn/zt/zxqdfz http://www.epri.sgcc.com.cn/zt/zxqdfz .

严胜，罗湘，贺之渊 . 直流电网核心装备及关键技术展望［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 3 ）： 205 - 216 .

YAN Sheng ， LUO Xiang ， HE Zhiyuan . Prospect of core equipment and key technology for DC power grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 3 ）： 205 - 216 .

赵成勇，宋冰倩，许建中 . 柔性直流电网故障电流主动控制典型方案综述［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 5 ）： 3 - 13 .

ZHAO Chengyong ， SONG Bingqian ， XU Jianzhong . Overview on typical schemes for active control of fault current in flexible DC grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 5 ）： 3 - 13 .

薛士敏，齐金龙，刘冲 . 直流微网保护综述［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 13 ）： 3404 - 3412 .

XUE Shimin ， QI Jinlong ， LIU Chong . A research review of protection for DC microgrid ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 13 ）： 3404 - 3412 .

BEHESHTAEIN S ， CUZNER R M ， FOROUZESH M ， et al . DC microgrid protection： a comprehensive review ［J/OL］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ［ 2019-03-12 ］. https：//ieeexplore.ieee.org/document/8666122 https://ieeexplore.ieee.org/document/8666122 .

刘路辉，叶志浩，付立军，等 . 快速直流断路器研究现状与展望［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 4 ）： 966 - 978 .

LIU Luhui ， YE Zhihao ， FU Lijun ， et al . Research and development status and prospects of fast DC circuit breakers ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 4 ）： 966 - 978 .

王灿，杜船，徐杰雄 . 中高压直流断路器拓扑综述［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 9 ）： 187 - 199 .

WANG Can ， DU Chuan ， XU Jiexiong . Review of topologies for medium- and high-voltage DC circuit breaker ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 9 ）： 187 - 199 .

年珩，孔亮 . 直流微电网故障保护技术研究综述［J］. 高电压技术， 2020 ， 46 （ 7 ）： 2241 - 2254 .

NIAN Heng ， KONG Liang . Review on fault protection technologies of DC microgrid ［J］. High Voltage Engineering ， 2020 ， 46 （ 7 ）： 2241 - 2254 .

BHARGAV R ， BHALJA B R ， GUPTA C P . Novel fault detection and localization algorithm for low-voltage DC microgrid ［J］. IEEE Transactions on Industrial Informatics ， 2020 ， 16 （ 7 ）： 4498 - 4511 .

刘鑫蕊，谢志远，孙秋野，等 . 低压双极性直流微网故障分析及保护方案［J］. 电网技术， 2016 ， 40 （ 3 ）： 749 - 755 .

LIU Xinrui ， XIE Zhiyuan ， SUN Qiuye ， et al . Fault analysis and protection for LV bipolar DC microgrid ［J］. Power System Technology ， 2016 ， 40 （ 3 ）： 749 - 755 .

KESHAVARZI D ， GHANBARI T ， FARJAH E . A Z -source based bidirectional DC circuit breaker with fault current limitation and interruption capabilities ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2016 ， 32 （ 9 ）： 6813 - 6822 .

张辉，闫海明，支娜，等 . 基于母线电压微分前馈的直流微电网并网变换器控制策略［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 15 ）： 166 - 171 .

ZHANG Hui ， YAN Haiming ， ZHI Na ， et al . Control strategy of grid-connected converter in DC microgrid based on differential feedforward of bus voltage ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 15 ）： 166 - 171 .

MOHANTY R ， PRADHAN A K . Protection of smart DC microgrid with ring configuration using parameter estimation approach ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2018 ， 9 （ 6 ）： 6328 - 6337 .

薛士敏，齐金龙，刘冲，等 . 直流微网接地方式及新型保护原理［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 1 ）： 48 - 55 .

XUE Shimin ， QI Jinlong ， LIU Chong ， et al . A research of grounding mode and new protection principle for DC microgrids ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 1 ）： 48 - 55 .

赵成勇，李帅，张继元，等 . 适用于直流电网故障清除的增强型MMC ［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 5 ）： 60 - 67 .

ZHAO Chengyong ， LI Shuai ， ZHANG Jiyuan ， et al . An augmented modular multilevel converter for clearing fault in DC grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 5 ）： 60 - 67 .

LIU W J ， LIU F ， ZHA X M ， et al . An improved SSCB combining fault interruption and fault location functions for DC line short-circuit fault protection ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2019 ， 34 （ 3 ）： 858 - 868 .

CHEN D ， XU L ， YU J . Adaptive DC stabilizer with reduced DC fault current for active distribution power system application ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2017 ， 32 （ 2 ）： 1430 - 1439 .

FLETHCHER S D A ， NORMAN P J ， FONG K ， et al . High-speed differential protection for smart DC distribution systems ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2014 ， 5 （ 5 ）： 2610 - 2617 .

MEGHWANI A ， SRIVASTAVA S C ， CHAKRABARTI S . A non-unit protection scheme for DC microgrid based on local measurements ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2017 ， 32 （ 1 ）： 172 - 181 .

MOHANTY R ， PRADHAN A K . A superimposed current based unit protection scheme for DC microgrid ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2018 ， 9 （ 4 ）： 3917 - 3919 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

基于能量函数塑形的直流微电网多电力弹簧电压平稳控制方法

含限流电抗器的环形直流微电网暂态对地高频电压保护方法

母线差动保护电流互感器断线处理逻辑

基于故障负序分量的低频变压器快速差动保护

直流微电网DAB变换器和直流固态变压器的非线性控制策略