基于参考电压二次积分值的柔性直流配电网纵联保护方法

王泽乾; 丛伟; 胡选正; 胡谅平; 古千硕; 王瑞梅

doi:10.7500/AEPS20220515001

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于参考电压二次积分值的柔性直流配电网纵联保护方法

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 基于参考电压二次积分值的柔性直流配电网纵联保护方法
- Pilot Protection Method for Flexible DC Distribution Network Based on Quadratic Integration Value of Reference Voltage
- 电力系统自动化 2023年47卷第4期页码：153-162
- 作者机构：
  
  电网智能化调度与控制教育部重点实验室（山东大学），山东省济南市 250061
- 作者简介：
  
  王泽乾(1997—)，男，硕士研究生，主要研究方向：电力系统继电保护。E-mail：wzq150678@163.com
  丛伟(1978—)，男，通信作者，博士，副教授，博士生导师，主要研究方向：电力系统继电保护、智能配电网故障自愈。E-mail：weicong@sdu.edu.cn
  胡选正(1998—)，男，硕士研究生，主要研究方向：电力系统继电保护。E-mail：hxzjk@sina.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(51877126)
- DOI：10.7500/AEPS20220515001
  中图分类号：
- 收稿：2022-05-15，
  
  修回：2022-09-04，
  
  网络出版：2023-01-12，
  
  纸质出版：2023-02-25
- 稿件说明：
移动端阅览
王泽乾,丛伟,胡选正等.基于参考电压二次积分值的柔性直流配电网纵联保护方法[J].电力系统自动化,2023,47(4):153-162.

WANG Zeqian,CONG Wei,HU Xuanzheng,et al.Pilot Protection Method for Flexible DC Distribution Network Based on Quadratic Integration Value of Reference Voltage[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(4):153-162.
王泽乾,丛伟,胡选正等.基于参考电压二次积分值的柔性直流配电网纵联保护方法[J].电力系统自动化,2023,47(4):153-162. DOI： 10.7500/AEPS20220515001.

WANG Zeqian,CONG Wei,HU Xuanzheng,et al.Pilot Protection Method for Flexible DC Distribution Network Based on Quadratic Integration Value of Reference Voltage[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(4):153-162. DOI： 10.7500/AEPS20220515001.

摘要

柔性直流配电网具有良好的新能源消纳能力，是未来配电网的重要发展方向。电力电子器件的控制响应速度快，使得故障后各阶段切换较快且故障特性都不相同，对保护方法的快速性和适应性提出挑战。在分析柔性直流配电线路故障后各阶段故障特性的基础上，文中提出了一种适用于故障全过程的柔性直流配电网纵联比较保护方法。该方法利用测量点电气量计算相应参考点的电压二次积分值，根据二次积分值的正负极性判断故障点是否位于测量点与参考点之间，以此作为保护单元的故障判断结果。纵联保护通过比较两侧保护单元的故障判断结果对被保护线路发生区内还是区外故障做出判断。利用PSCAD/EMTDC搭建了柔性直流配电网故障仿真模型，通过设置不同位置故障对所提方法的正确性进行验证。仿真结果表明，所提方法可以在故障全过程准确判断出区内还是区外故障，具有较高的可靠性、良好的适用性和较强的抗过渡电阻能力，对分布电容和噪声干扰导致的计算误差也具有良好的应对能力。

Abstract

Flexible DC distribution network is an important development direction of the future distribution network because it has good renewable accommodation capability. The control response speed of power electronic devices is fast

which leads to the fast switching of each stage after the fault and different fault characteristics

and brings the challenges to the rapidity and adaptability of the protection methods. On the basis of analyzing the fault characteristics of each stage after the fault of flexible DC distribution lines

this paper proposes a pilot comparison protection method for flexible DC distribution networks

which is applicable to the whole fault process. In this method

the quadratic integration value of the voltage at the corresponding reference point is calculated by the electrical quantities at the measuring point. According to the positive and negative polarity of the quadratic integration value

it is judged whether the fault point is between the measuring point and the reference point

which is used as the fault judgment result of the protection unit. The pilot protection can judge the internal and external faults of the protected line by comparing the fault judgment results of the protection units on both ends. The fault simulation model of the flexible DC distribution network is built using PSCAD/EMTDC

and the correctness of the proposed method is verified by setting different fault locations. The simulation results show that the proposed method can accurately judge the internal and external faults in the whole fault process

and has high reliability

good applicability and strong resistance to transition resistance. It also has a good ability to deal with the calculation errors caused by distributed capacitance and noise interference.

关键词

Keywords

references

刘永生，陈俊，李娟，等 . 基于电流暂态量的分布式直流配电网保护方案［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 5 ）： 159 - 167 .

LIU Yongsheng ， CHEN Jun ， LI Juan ， et al . Distributed protection scheme for DC distribution network based on current transients ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 5 ）： 159 - 167 .

熊雄，季宇，李蕊，等 . 直流配用电系统关键技术及应用示范综述［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 23 ）： 6802 - 6813 .

XIONG Xiong ， JI Yu ， LI Rui ， et al . An overview of key technology and demonstration application of DC distribution and consumption system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 23 ）： 6802 - 6813 .

马钰，韦钢，李扬，等 . 考虑孤岛源-荷不确定性的直流配电网可靠性评估［J］. 电工技术学报， 2021 ， 36 （ 22 ）： 4726 - 4738 .

MA Yu ， WEI Gang ， LI Yang ， et al . Reliability evaluation of DC distribution network considering islanding source-load uncertainty ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2021 ， 36 （ 22 ）： 4726 - 4738 .

ELSAYED A T ， MOHAMED A A ， MOHAMMED O A . DC microgrids and distribution systems： an overview ［J］. Electric Power Systems Research ， 2015 ， 119 ： 407 - 417 .

马钊，赵志刚，孙媛媛，等 . 新一代低压直流供用电系统关键技术及发展展望［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 23 ）： 12 - 22 .

MA Zhao ， ZHAO Zhigang ， SUN Yuanyuan ， et al . Key technologies and development prospect of new generation low-voltage DC power supply and utilization system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 23 ）： 12 - 22 .

LI R ， XU L ， YAO L Z . DC fault detection and location in meshed multiterminal HVDC systems based on DC reactor voltage change rate ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2017 ， 32 （ 3 ）： 1516 - 1526 .

陈少宇，黄文焘，邰能灵，等 . 基于单端暂态电压的含限流电抗器直流配电网保护方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 8 ）： 185 - 193 .

CHEN Shaoyu ， HUANG Wentao ， TAI Nengling ， et al . Protection method based on single-terminal transient voltage for DC distribution network with current limiting reactor ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 8 ）： 185 - 193 .

罗飞，焦在滨，马钊，等 . 直流配电网故障分析和继电保护综述［J］. 供用电， 2018 ， 35 （ 6 ）： 3 - 11 .

LUO Fei ， JIAO Zaibin ， MA Zhao ， et al . Review of fault analysis and relay protection of DC distribution network ［J］. Distribution & Utilization ， 2018 ， 35 （ 6 ）： 3 - 11 .

上官鑫，秦文萍，夏福良，等 . 基于暂态电压Pearson相关性的MMC多端柔性直流配电网单极接地故障保护方案［J］. 高电压技术， 2020 ， 46 （ 5 ）： 1740 - 1749 .

SHANGGUAN Xin ， QIN Wenping ， XIA Fuliang ， et al . Pole-to-ground fault protection scheme for MMC multi-terminal flexible DC distribution network based on Pearson correlation of transient voltage ［J］. High Voltage Engineering ， 2020 ， 46 （ 5 ）： 1740 - 1749 .

YANG Y C ， HUANG C . DC fault location in multi-terminal DC distribution network based on voltage similar triangle principle ［J］. Electric Power Systems Research ， 2020 ， 184 ： 106306 .

贾科，王聪博，毕天姝，等 . 考虑过渡电阻影响的柔性直流配电系统电流突变量保护［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 10 ）： 3187 - 3196 .

JIA Ke ， WANG Congbo ， BI Tianshu ， et al . A DC current derivative protection with capability of resisting high resistance for flexible DC distribution system ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 10 ）： 3187 - 3196 .

LI B ， LI Y ， HE J W ， et al . A novel single-ended transient-voltage-based protection strategy for flexible DC grid ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2019 ， 34 （ 5 ）： 1925 - 1937 .

王聪博，贾科，毕天姝，等 . 基于暂态电流波形相似度识别的柔性直流配电线路保护［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 10 ）： 3823 - 3832 .

WANG Congbo ， JIA Ke ， BI Tianshu ， et al . Protection for flexible DC distribution system based on transient current waveform similarity identification ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 10 ）： 3823 - 3832 .

贾科，宣振文，李晨曦，等 . 柔性直流配网中基于暂态高频阻抗比较的方向纵联保护［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 18 ）： 5343 - 5351 .

JIA Ke ， XUAN Zhenwen ， LI Chenxi ， et al . A directional pilot protection based on phase angle of transient high-frequency impedance for flexible DC distribution grid ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 18 ）： 5343 - 5351 .

陈少宇，黄文焘，邰能灵，等 . 多端柔性直流配电网高频功率相关性纵联保护方法［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 19 ）： 150 - 159 .

CHEN Shaoyu ， HUANG Wentao ， TAI Nengling ， et al . Pilot protection method for multi-terminal flexible DC distribution network based on correlation of high-frequency power ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 19 ）： 150 - 159 .

李猛，贾科，张秋芳，等 . 基于全电流方向特征的柔性直流配电网纵联保护［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 23 ）： 116 - 122 .

LI Meng ， JIA Ke ， ZHANG Qiufang ， et al . Directional pilot protection for flexible DC distribution network based on directional characteristics of instantaneous current ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 23 ）： 116 - 122 .

LI B T ， YANG X L ， LI B ， et al . Differential current integral based bipolar short-circuit protection method for DC distribution network with blocking converters ［J］. Electric Power Systems Research ， 2021 ， 192 ： 106977 .

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 .

马钊，焦在滨，李蕊 . 直流配电网络架构与关键技术［J］. 电网技术， 2017 ， 41 （ 10 ）： 3348 - 3357 .

MA Zhao ， JIAO Zaibin ， LI Rui . Network structures and key technologies of DC distribution systems ［J］. Power System Technology ， 2017 ， 41 （ 10 ）： 3348 - 3357 .

郑涛，吕文轩 . 基于时序配合的柔直配电网后备保护与控制协同方案［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 2 ）： 137 - 145 .

ZHENG Tao ， LYU Wenxuan . Time-sequential coordination based collaborative backup protection and control scheme for flexible DC distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 2 ）： 137 - 145 .

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 .

郭晓茜，崔翔，齐磊 . 架空线双极MMC-HVDC系统直流短路故障分析和保护［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 8 ）： 2177 - 2185 .

GUO Xiaoqian ， CUI Xiang ， QI Lei . DC short-circuit fault analysis and protection for the overhead line bipolar MMC-HVDC system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 8 ）： 2177 - 2185 .

李斌 . 柔性直流系统故障分析与保护［M］. 北京：科学出版社， 2019 .

LI Bin . Fault analysis and protection of flexible DC system ［M］. Beijing ： Science Press ， 2019 .

吕家乐，杨景刚，陈庆，等 . 基于电流微分状态量的直流配电网分布式区域保护［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 18 ）： 139 - 146 .

LYU Jiale ， YANG Jinggang ， CHEN Qing ， et al . Distributed area protection for DC distribution network based on current differential state variable ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 18 ）： 139 - 146 .

SONG G B ， CHU X ， CAI X L ， et al . A novel pilot protection principle for VSC-HVDC cable lines based on fault component current ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2013 ， 53 ： 426 - 433 .

任翔 . 直流配电网电缆线路继电保护技术研究［D］. 天津：天津大学， 2019 .

REN Xiang . Research on protection technology of cable lines in DC distribution network ［D］. Tianjin ： Tianjin University ， 2019 .

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

适用于含分布式电源配电网的纵联保护方案

含分布式电源的闭环配电网保护方案