基于边界暂态能量的多端柔性直流输电线路保护

高飘; 郑晓冬; 晁晨栩; 邰能灵; 杨增力; 王晶

doi:10.7500/AEPS20210122004

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于边界暂态能量的多端柔性直流输电线路保护

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 基于边界暂态能量的多端柔性直流输电线路保护
- Protection for Multi-terminal Flexible DC Transmission Lines Based on Boundary Transient Energy
- 电力系统自动化 2021年45卷第17期页码：171-179
- 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：
  
  高飘(1998—)，男，硕士研究生，主要研究方向：柔性直流输电控制和保护。E-mail：1913757840@sjtu.edu.cn
  郑晓冬(1985—)，男，通信作者，博士，副教授，主要研究方向：高压直流输电控制保护、新能源与智能电网技术。Email：xiaodongzheng@sjtu.edu.cn
  晁晨栩(1998—)，男，硕士研究生，主要研究方向：新能源配电网保护与控制。E-mail：ccx405@sjtu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(51877135);国家重点研发计划资助项目(2016YFB0900601);上海市启明星计划项目(18QA1402100)
- DOI：10.7500/AEPS20210122004
  中图分类号：
- 收稿日期：2021-01-22，
  
  修回日期：2021-04-26，
  
  网络出版日期：2021-07-19，
  
  纸质出版日期：2021-09-10
- 稿件说明：
移动端阅览
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.
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. DOI： 10.7500/AEPS20210122004.

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. DOI： 10.7500/AEPS20210122004.

摘要

直流线路保护是多端柔性直流输电技术发展的关键，直流限流电抗器提供的边界条件为故障保护算法的设计提供便利。文中将限流电抗器的压降特性和相邻线路的分流特性相结合，提出一种基于边界暂态能量的多端柔性直流线路的保护方案。保护方案利用线路两端边界的暂态能量比的差异性识别区内外故障，并利用正负极的暂态能量比来进行故障选极。保护方案实现简单，双端数据无须同步且动作时间短。仿真结果表明，该方案在不同的故障场景下均能可靠进行故障识别和故障选极，耐受过渡电阻能力强，具有较强的抗噪声能力。

Abstract

DC line protection is the key to the development of multi-terminal flexible DC transmission technology. The boundary conditions provided by DC current limiting reactors facilitate the design of fault protection algorithms. Combining the voltage drop characteristics of the current limiting reactor with the shunt characteristics of adjacent lines

a protection scheme for multi-terminal flexible DC lines based on boundary transient energy is proposed. The protection scheme uses the difference of the transient energy ratio between the two ends of the line to identify internal and external faults

and uses the transient energy ratio of positive and negative poles to select the fault poles. The implementation of the protection scheme is simple

the data of the two terminals does not need to be synchronized

and the operation time is short. The simulation results show that the scheme can reliably identify faults and select fault poles in different fault scenarios

and has strong endurance to transition resistance and strong anti-noise ability. This work is supported by National Natural Science Foundation of China （No. 51877135），National Key R&D Program of China （No. 2016YFB0900601）， and Shanghai Rising-Star Program （No. 18QA1402100）.

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 .

陆晶晶，贺之渊，赵成勇，等 . 直流输电网规划关键技术与展望［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 2 ）： 182 - 191 .

LU Jingjing ， HE Zhiyuan ， ZHAO Chengyong ， et al . Key technologies and prospects for DC power grid planning ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 2 ）： 182 - 191 .

王洁聪，刘崇茹，徐东旭，等 . 基于实时数字仿真器的模块化多电平换流器内部故障混合仿真模型［J］. 电工技术学报， 2019 ， 34 （ 18 ）： 3831 - 3842 .

WANG Jiecong ， LIU Chongru ， XU Dongxu ， et al . Hybrid simulation model of modular multilevel converter internal fault based on real-time digital simulator ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2019 ， 34 （ 18 ）： 3831 - 3842 .

祁欢欢，陆振纲，陈静，等 . 基于模块化多电平的统一潮流控制器换流器和直流侧故障特征分析及保护配置［J］. 电力系统保护与控制， 2018 ， 46 （ 20 ）： 59 - 68 .

QI Huanhuan ， LU Zhengang ， CHEN Jing ， et al . Converter and DC side fault characteristics and protection scheme of the unified power flow controller based on modular multilevel converter ［J］. Power System Protection and Control ， 2018 ， 46 （ 20 ）： 59 - 68 .

汤广福，罗湘，魏晓光 . 多端直流输电与直流电网技术［J］. 中国电机工程学报， 2013 ， 33 （ 10 ）： 8 - 17 .

TANG Guangfu ， LUO Xiang ， WEI Xiaoguang . Multiterminal HVDC and DC-grid technology ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2013 ， 33 （ 10 ）： 8 - 17 .

薛英林，徐政 . 适用于架空线路输电的新型双极MMC-HVDC拓扑［J］. 高电压技术， 2013 ， 39 （ 2 ）： 481 - 487 .

XUE Yinglin ， XU Zheng . New breed of bipolar MMC-HVDC topology for overhead line transmission ［J］. High Voltage Engineering ， 2013 ， 39 （ 2 ）： 481 - 487 .

周杨，贺之渊，庞辉，等 . 双极柔性直流输电系统站内接地故障保护策略［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 16 ）： 4062 - 4069 .

ZHOU Yang ， HE Zhiyuan ， PANG Hui ， et al . Protection of converter grounding fault on MMC based bipolar HVDC systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 16 ）： 4062 - 4069 .

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 .

张希鹏，邰能灵，郑晓冬，等 . 基于WEMTR的柔性直流输电线路故障测距［J］. 电工技术学报， 2019 ， 34 （ 3 ）： 589 - 598 .

ZHANG Xipeng ， TAI Nengling ， ZHENG Xiaodong ， et al . Fault location in VSC-HVDC transmission lines based on WEMTR ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2019 ， 34 （ 3 ）： 589 - 598 .

SNEATH J ， RAJAPAKSE A D . Fault detection and interruption in an earthed HVDC grid using ROCOV and hybrid DC breakers ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2016 ， 31 （ 3 ）： 973 - 981 .

LETERME W ， BEERTEN J ， HERTEM D V . Nonunit protection of HVDC grids with inductive DC cable termination ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2016 ， 31 （ 2 ）： 820 - 828 .

谢仲润，邹贵彬，杜肖功，等 . 基于真双极的MTDC电网直流线路快速保护［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 6 ）： 1906 - 1914 .

XIE Zhongrun ， ZOU Guibin ， DU Xiaogong ， et al . Fast DC lines protection for symmetrical bipolar based MTDC grid ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 6 ）： 1906 - 1914 .

薛士敏，孙亚冰，刘白冰，等 . 基于Marti模型的柔性直流输电系统纵联行波差动保护［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 21 ）： 6288 - 6300 .

XUE Shimin ， SUN Yabing ， LIU Baibing ， et al . Longitudinal travelling wave differential protection for flexible HVDC system based on Marti model ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 21 ）： 6288 - 6300 .

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 ， 2016 ， 32 （ 3 ）： 1516 - 1526 .

何佳伟，李斌，李晔，等 . 多端柔性直流电网快速方向纵联保护方案［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 23 ）： 6878 - 6887 .

HE Jiawei ， LI Bin ， LI Ye ， et al . A fast directional pilot protection scheme for the MMC-based MTDC grid ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 23 ）： 6878 - 6887 .

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 .

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 .

JOVCIC D ， LIN W ， NGUEFEU S ， et al . Low-energy protection system for DC grids based on full-bridge MMC converters ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2018 ， 33 （ 4 ）： 1934 - 1943 .

YANG S ， XIANG W ， ZHOU M ， et al . A single-end protection scheme for hybrid MMC HVDC grids considering the impacts of the active fault current-limiting control ［J/OL］. IEEE Transactions on Power Delivery ［ 2020-07-10 ］. http：//dx.doi.org/10.1109/TPWRD.2020.3017895 http://dx.doi.org/10.1109/TPWRD.2020.3017895 .

李斌，何佳伟，李晔，等 . 基于边界特性的多端柔性直流配电系统单端量保护方案［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 21 ）： 5741 - 5749 .

LI Bin ， HE Jiawei ， LI Ye ， et al . Single-ended protection scheme based on boundary characteristic for the multiterminal VSC-based DC distribution system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 21 ）： 5741 - 5749 .

谢志远，胡斌俞，张卫民，等 . 基于边界消耗暂态谐波能量的柔性直流输电线路保护新方案［J］. 电力系统保护与控制， 2018 ， 46 （ 19 ）： 34 - 42 .

XIE Zhiyuan ， HU Binyu ， ZHANG Weimin ， et al . A novel protection scheme for VSC-HVDC transmission lines based on boundary transient harmonic energy ［J］. Power System Protection and Control ， 2018 ， 46 （ 19 ）： 34 - 42 .

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 .

ZHANG Y ， TAI N ， XU B . Fault analysis and traveling-wave protection scheme for bipolar HVDC lines ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2012 ， 27 （ 3 ）： 1583 - 1591 .

王珺，董新洲，施慎行 . 考虑参数依频变化特性的辐射状架空配电线路行波传播研究［J］. 中国电机工程学报， 2013 ， 33 （ 22 ）： 96 - 102 .

WANG Jun ， DONG Xinzhou ， SHI Shenxing . Traveling wave transmission research for overhead lines of radial distribution power systems considering frequency characteristics ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2013 ， 33 （ 22 ）： 96 - 102 .

杜程茂，杜雄，邹小明，等 . 考虑频率耦合效应的并网模块化多电平变流器阻抗建模及稳定性分析［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 9 ）： 2866 - 2876 .

DU Chengmao ， DU Xiong ， ZOU Xiaoming ， et al . Impedance modeling and stability analysis of grid-connected modular multilevel converter considering frequency coupling effect ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 9 ）： 2866 - 2876 .

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 .

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

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

基于电力电子变压器故障穿越策略的低压直流配电网保护

基于直流电抗器电压的多端柔性直流电网边界保护方案

特高压直流输电线路暂态能量保护