基于故障电流主动控制的柔性直流配电网故障定位方法

梅军; 张丙天; 朱鹏飞; 葛锐; 严凌霄; 陈萧宇

doi:10.7500/AEPS20210330005

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基于故障电流主动控制的柔性直流配电网故障定位方法

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 基于故障电流主动控制的柔性直流配电网故障定位方法
- Fault Location Method of Flexible DC Distribution Network Based on Active Control of Fault Current
- 电力系统自动化 2021年45卷第24期页码：133-141
- 作者机构：
  
  东南大学电气工程学院，江苏省南京市 210096
- 作者简介：
  
  梅军(1971—)，男，博士，副教授，主要研究方向：电力电子在电力系统中的应用、配电网自动化。E-mail：Mei_jun@seu.edu.cn
  张丙天(1995—)，男，通信作者，硕士研究生，主要研究方向：柔性直流配电技术、直流故障定位技术。E-mail：172634493@qq.com
  朱鹏飞(1997—)，男，硕士研究生，主要研究方向：柔性直流电网故障处理技术。E-mail：2102128904@qq.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(52077037)
- DOI：10.7500/AEPS20210330005
  中图分类号：
- 收稿日期：2021-03-30，
  
  修回日期：2021-06-26，
  
  网络出版日期：2021-11-15，
  
  纸质出版日期：2021-12-25
- 稿件说明：
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梅军,张丙天,朱鹏飞等.基于故障电流主动控制的柔性直流配电网故障定位方法[J].电力系统自动化,2021,45(24):133-141.

MEI Jun,ZHANG Bingtian,ZHU Pengfei,et al.Fault Location Method of Flexible DC Distribution Network Based on Active Control of Fault Current[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(24):133-141.
梅军,张丙天,朱鹏飞等.基于故障电流主动控制的柔性直流配电网故障定位方法[J].电力系统自动化,2021,45(24):133-141. DOI： 10.7500/AEPS20210330005.

MEI Jun,ZHANG Bingtian,ZHU Pengfei,et al.Fault Location Method of Flexible DC Distribution Network Based on Active Control of Fault Current[J].Automation of Electric Power Systems,2021,45(24):133-141. DOI： 10.7500/AEPS20210330005.

摘要

为了提高现有柔性直流配电网故障定位方法的性能，保证直流配电网供电可靠性以及故障后快速恢复供电，提出基于故障电流主动控制的柔性直流配电网故障定位方法。利用混合模块化多电平换流器（MMC）的高可控性，将故障电流分为阶段Ⅰ与阶段Ⅱ。阶段Ⅰ主要实现故障电流快速抑制并为阶段Ⅱ平滑过渡提供条件。阶段Ⅱ通过注入特定频率的高频反向电流，实现故障的精确定位。介绍了故障参考电流的设计方法。以非对称“手拉手”式双端直流配电网为典型场景分析其故障定位原理。最后，在PSCAD/EMTDC搭建双端直流配电网仿真模型，验证了所提故障定位方法的可行性。

Abstract

In order to improve the performance of the existing fault location methods of flexible DC distribution networks

ensure the power supply reliability of DC distribution networks and quickly restore power supply after fault

a fault location method based on active fault current control is proposed. Using the high controllability of hybrid modular multilevel converters (MMCs)

the fault current is divided into stageⅠand stageⅡ. In stageⅠ

the rapid suppression of fault current is realized and conditions are provided for smooth transition to stage Ⅱ. In stage Ⅱ

the precise fault location is realized by injecting high-frequency reverse current with the specific frequency. The design method of fault reference current is introduced. Taking the asymmetric “hand-in-hand” double-terminal DC distribution network as a typical scenario

the fault location principle is analyzed. Finally

a simulation model of double-terminal DC distribution network is built in PSCAD/EMTDC to verify the feasibility of the proposed fault location method.

关键词

Keywords

references

胡子珩，马骏超，曾嘉思，等 . 柔性直流配电网在深圳电网的应用研究［J］. 南方电网技术， 2014 ， 8 （ 6 ）： 44 - 47 .

HU Ziheng ， MA Junchao ， ZENG Jiasi ， et al . Research on application of flexible DC power distribution system in Shenzhen power grid ［J］. Southern Power System Technology ， 2014 ， 8 （ 6 ）： 44 - 47 .

郑欢，江道灼，杜翼 . 交流配电网与直流配电网的经济性比较［J］. 电网技术， 2013 ， 37 （ 12 ）： 3368 - 3374 .

ZHENG Huan ， JIANG Daozhuo ， DU Yi . Economic comparison of AC and DC distribution system ［J］. Power System Technology ， 2013 ， 37 （ 12 ）： 3368 - 3374 .

王守相，刘琪，薛士敏，等 . 直流配电系统控制与保护协同关键技术及展望［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 23 ）： 23 - 30 .

WANG Shouxiang ， LIU Qi ， XUE Shimin ， et al . Key technologies and prospect for coordinated control and protection in DC distribution system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 23 ）： 23 - 30 .

赵坚鹏，赵成勇，吕煜，等 . 适用于直流电网保护的高压直流断路器时序配合方法［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 11 ）： 121 - 127 .

ZHAO Jianpeng ， ZHAO Chengyong ， LYU Yu ， et al . Time-sequence coordination method of high voltage DC circuit breaker ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 11 ）： 121 - 127 .

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 .

唐晓骏，张正卫，韩民晓，等 . 适应多直流馈入受端电网的柔性直流配置方法［J］. 电力系统保护与控制， 2019 ， 47 （ 10 ）： 57 - 64 .

TANG Xiaojun ， ZHANG Zhengwei ， HAN Minxiao ， et al . VSC-HVDC configuration method suitable for multi-DC feeding receiving power grid ［J］. Power System Protection and Control ， 2019 ， 47 （ 10 ）： 57 - 64 .

刘有为 . 基于智能高压设备的主动保护与控制技术［J］. 电网技术， 2012 ， 36 （ 12 ）： 71 - 75 .

LIU Youwei . Active protection and control technique based on smart high voltage equipment ［J］. Power System Technology ， 2012 ， 36 （ 12 ）： 71 - 75 .

熊小伏 . 电气设备主动保护与控制概念及功能架构［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 2 ）： 1 - 10 .

XIONG Xiaofu . Conception and architecture of pro-active protection and control for power equipments ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 2 ）： 1 - 10 .

李冬梅，胡扬宇，王利利，等 . 基于改进注入法的直流配电网双端测距故障定位方法［J］. 智慧电力， 2019 ， 47 （ 12 ）： 110 - 116 .

LI Dongmei ， HU Yangyu ， WANG Lili ， et al . Double-end distance measurement fault location method for DC distribution network based on improved injection method ［J］. Smart Power ， 2019 ， 47 （ 12 ）： 110 - 116 .

和敬涵，张明，罗国敏，等 . 一种利用故障暂态过程的柔性直流配电网故障测距方法［J］. 电网技术， 2017 ， 41 （ 3 ）： 985 - 992 .

HE Jinghan ， ZHANG Ming ， LUO Guomin ， et al . A fault location method for flexible DC distribution network based on fault transient process ［J］. Power System Technology ， 2017 ， 41 （ 3 ）： 985 - 992 .

李猛，贾科，毕天姝，等 . 适用于直流配电网的测距式保护［J］. 电网技术， 2016 ， 40 （ 3 ）： 719 - 724 .

LI Meng ， JIA Ke ， Bi Tianshu ， et al . Fault distance estimation- based protection for DC distribution networks ［J］. Power System Technology ， 2016 ， 40 （ 3 ）： 719 - 724 .

宋国兵，王婷，张晨浩，等 . 利用全桥MMC注入特征信号的直流自适应重合闸方法［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 1 ）： 149 - 156 .

SONG Guobing ， WANG Ting ， ZHANG Chenhao ， et al . Adaptive auto-reclosing of DC line based on characteristic signal injection with FB-MMC ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 1 ）： 149 - 156 .

宋国兵，王婷，张晨浩，等 . 利用健全极MMC注入特征信号的直流线路故障性质判别方法［J］. 电工技术学报， 2019 ， 34 （ 5 ）： 994 - 1003 .

SONG Guobing ， WANG Ting ， ZHANG Chenhao ， et al . DC line fault identification based on characteristic signal injection using the MMC of sound pole ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2019 ， 34 （ 5 ）： 994 - 1003 .

杨立红，杨明玉 . 与波速无关的柔性直流输电线路单端行波故障测距算法［J］. 电力科学与工程， 2013 ， 29 （ 6 ）： 12 - 16 .

YANG lihong ， YANG Mingyu . Fault-location method for VSC-HVDC transmission line one-terminal traveling waves unrelated to wave speed ［J］. Electric Power Science and Engineering ， 2013 ， 29 （ 6 ）： 12 - 16 .

段建东，刘静，陆海龙，等 . 基于行波瞬时频率的高压直流输电线路故障测距方法［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 7 ）： 1842 - 1848 .

DUAN Jiandong ， LIU Jing ， LU Hailong ， et al . Fault location method based on traveling-wave instantaneous frequency for HVDC transmission lines ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 7 ）： 1842 - 1848 .

刘一凡 . 基于FastICA的高压直流输电线路故障测距方法研究［D］. 西安：西安科技大学， 2015 .

LIU Yifan . Research of fault location method for HVDC transmission line based on FastICA ［D］. Xi'an ： Xi'an University of Science and Technology ， 2015 .

吴杰，刘梦丹，韩啸，等 . 基于数学形态学的VSC-HVDC电缆故障测距［J］. 电力系统及其自动化学报， 2017 ， 29 （ 1 ）： 111 - 117 .

WU Jie ， LIU Mengdan ， HAN Xiao ， et al . Fault location of VSC-HVDC transmission cable based on mathematical morphology ［J］. Proceedings of the CSU-EPSA ， 2017 ， 29 （ 1 ）： 111 - 117 .

杨立红，杨明玉 . 基于固有频率的高压直流输电线路故障测距［J］. 中国电力， 2013 ， 46 （ 7 ）： 82 - 86 .

YANG Lihong ， YANG Mingyu . Fault-location method for HVDC transmission lines based on natural frequency ［J］. Electric Power ， 2013 ， 46 （ 7 ）： 82 - 86 .

杨赛昭，向往，杨睿璋，等 . 基于半桥型MMC和混合式DCCB的柔直系统直流故障自适应重合闸技术［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 14 ）： 4440 - 4451 .

YANG Saizhao ， XIANG Wang ， YANG Ruizhang ， et al . Research on adaptive reclosing technology for the half-bridge MMC and hybrid DC circuit breaker based on HVDC system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 14 ）： 4440 - 4451 .

宋国兵，侯俊杰，郭冰 . 基于主动探测式的混合MMC直流输电系统单端量故障定位［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 2 ）： 730 - 740 .

SONG Guobing ， HOU Junjie ， GUO Bing ， et al . Single-ended fault location of hybrid MMC-HVDC system based on active detection ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 2 ）： 730 - 740 .

国内首个五端柔性直流配电示范工程在贵州投入试运行［EB/OL］.［ 2018-09-07 ］. http：//nyj.guizhou.gov.cn/zwgk/xxgkml/zdlyxx/zdjsxm_33323/201809/t20180907_28521990.html http://nyj.guizhou.gov.cn/zwgk/xxgkml/zdlyxx/zdjsxm_33323/201809/t20180907_28521990.html .

The first five-terminal flexible DC power distribution demonstration project was put into trial operation in Guizhou of China ［EB/OL］. ［ 2018-09-07 ］. http：//nyj.guizhou.gov.cn/zwgk/xxgkml/zdlyxx/zdjsxm_33323/201809/t20180907_2852 1990.html http://nyj.guizhou.gov.cn/zwgk/xxgkml/zdlyxx/zdjsxm_33323/201809/t20180907_28521990.html .

苏麟，朱鹏飞，闫安心，等 . 苏州中压直流配电工程设计方案及仿真验证［J］. 中国电力， 2021 ， 54 （ 1 ）： 78 - 88 .

SU Lin ， ZHU Pengfei ， YAN Anxin ， et al . Design scheme and simulation verification of Suzhou medium voltage DC distribution project ［J］. Electrical Power ， 2021 ， 54 （ 1 ）： 78 - 88 .

林卫星，文劲宇，刘伟增 . 架空柔性直流输电系统全桥模块比例设计与无闭锁控制［J］. 南方电网技术， 2018 ， 12 （ 2 ）： 3 - 11 .

LIN Weixing ， WEN Jinyu ， LIU Weizeng . Full bridge sub-module proportion design and non-blocking control of overhead MMC-HVDC transmission system ［J］. Southern Power System Technology ， 2018 ， 12 （ 2 ）： 3 - 11 .

余占清，曾嵘，屈鲁，等 . 混合式直流断路器的发展现状及展望［J］. 高电压技术， 2020 ， 46 （ 8 ）： 2617 - 2626 .

YU Zhanqing ， ZENG Rong ， QU Lu ， et al . Development status and prospect of hybrid DC circuit breaker ［J］. High Voltage Engineering ， 2020 ， 46 （ 8 ）： 2617 - 2626 .

丁璨，聂太平，陈天凡，等 . 基于IGBT的新型固态直流断路器设计与分析［J/OL］. 高压电器［ 2021-04-14 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/61.1127.TM.20210414.1325.002.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1127.TM.20210414.1325.002.html .

DING Can ， NIE Taiping ， CHEN Tianfan ， et.al . Design and analysis of a new type of solid-state DC circuit breaker based on IGBT ［J/OL］. High Voltage Apparatus ［ 2021-04-14 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/61.1127.TM.20210414.1325.002.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1127.TM.20210414.1325.002.html .

徐政 . 柔性直流输电系统［M］. 2版 . 北京：机械工业出版社， 2017 .

XU Zheng . Flexible direct current transmission system ［M］. 2nd ed . Beijing ： China Machine Press ， 2017 .

张峻榤，向往，饶宏，等 . 含直流断路器的架空柔性直流电网直流故障保护方案研究［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 16 ）： 4631 - 4645 .

ZHANG Junjie ， XIANG Wang ， RAO Hong ， et al . Research on DC fault protection scheme of overhead MMC based DC grid with DC circuit breaker ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 16 ）： 4631 - 4645 .

王建民，倪福泽，赵建军 . 一种加权整体最小二乘估计的高效算法［J］. 同济大学学报（自然科学版）， 2021 ， 49 （ 5 ）： 737 - 744 .

WANG Jianmin ， NI Fuze ， ZHAO Jianjun . An efficient algorithm for weighted total least square method ［J］. Journal of Tongji University （Natural Science）， 2021 ， 49 （ 5 ）： 737 - 744 .

宋国兵，刘林林，索南加乐，等 . 基于参数识别的时域长线距离保护［J］. 电力系统自动化， 2009 ， 33 （ 18 ）： 67 - 70 .

SONG Guobing ， LIU Linlin ， SUONAN Jiale ， et al . Long transmission line distance protection based on parameter identification in time domain ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2009 ， 33 （ 18 ）： 67 - 70 .

周嘉阳，李凤婷，刘渊，等 . 基于直流电抗电压的柔性直流配电网故障测距方法［J］. 电力系统保护与控制， 2018 ， 46 （ 19 ）： 95 - 101 .

ZHOU Jiayang ， LI Fengting ， LIU Yuan ， et al . A fault location method for flexible DC distribution network based on DC reactor voltage ［J］. Power System Protection and Control ， 2018 ， 46 （ 19 ）： 95 - 101 .

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