基于拟功率定理的海上风电柔直并网线路纵联保护

徐彬; 高厚磊; 袁通; 彭放

doi:10.7500/AEPS20220723004

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于拟功率定理的海上风电柔直并网线路纵联保护

新型电力系统继电保护关键技术 | 更新时间：2025-06-16

- 基于拟功率定理的海上风电柔直并网线路纵联保护
- Pilot Protection for VSC-HVDC Transmission Line of Grid-connected Offshore Wind Farm Based on Quasi-power Theorem
- 电力系统自动化 2023年47卷第22期页码：44-54
- 作者机构：
  
  山东大学电气工程学院，山东省济南市 250061
- 作者简介：
  
  徐彬(1993—)，男，博士研究生，主要研究方向：柔性直流并网海上风电场保护与控制。E-mail：xubinsdu@163.com
  高厚磊(1963—)，男，通信作者，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：电力系统保护与控制。E-mail：houleig@sdu.edu.cn
  袁通(1996—)，男，博士研究生，主要研究方向：配电网保护。E-mail：2681454528@qq.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(51877127)
- DOI：10.7500/AEPS20220723004
  中图分类号：
- 收稿：2022-07-23，
  
  修回：2023-01-12，
  
  网络出版：2023-05-12，
  
  纸质出版：2023-11-25
- 稿件说明：
移动端阅览
徐彬,高厚磊,袁通等.基于拟功率定理的海上风电柔直并网线路纵联保护[J].电力系统自动化,2023,47(22):44-54.

XU Bin,GAO Houlei,YUAN Tong,et al.Pilot Protection for VSC-HVDC Transmission Line of Grid-connected Offshore Wind Farm Based on Quasi-power Theorem[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(22):44-54.
徐彬,高厚磊,袁通等.基于拟功率定理的海上风电柔直并网线路纵联保护[J].电力系统自动化,2023,47(22):44-54. DOI： 10.7500/AEPS20220723004.

XU Bin,GAO Houlei,YUAN Tong,et al.Pilot Protection for VSC-HVDC Transmission Line of Grid-connected Offshore Wind Farm Based on Quasi-power Theorem[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(22):44-54. DOI： 10.7500/AEPS20220723004.

摘要

面向海上风电场柔性直流并网线路，针对不同的故障位置，分析了其对称故障和不对称故障的故障特征。根据故障特征以及拟功率定理，通过对线路两侧拟功率进行重新构造和特征分析，提出了一种基于二倍频分量的分相拟功率纵联保护。搭建了含有4个风电集群的800 MW柔性直流并网海上风电场模型，仿真和评估了不同故障类型、过渡电阻、故障位置、负序控制策略等因素对保护方案的影响。理论分析和仿真结果表明，其不受故障类型和故障位置以及电源控制策略等因素的影响，耐过渡电阻能力较强。相比常规纵联保护，动作速度更快，灵敏度更高，适用于两侧均为电力电子型电源的线路。

Abstract

For voltage source converter based high voltage direct current (VSC-HVDC) transmission lines of grid-connected offshore wind farms

the fault characteristics of the symmetrical faults and asymmetric faults at different fault locations are analyzed. According to the fault characteristics and quasi-power theorem

through the reconstruction and analysis of quasi-power in both ends of the line

a split-phase quasi-power pilot protection based on the double line frequency component is proposed. Then

an 800 MW VSC-HVDC grid-connected offshore wind farm model with four wind power clusters is built

and the effects of different fault types

transition resistance

fault location

and negative sequence control strategy on the protection scheme are comprehensively simulated and evaluated. The theoretical analysis and simulation results show that the scheme is not affected by fault type

fault location

control strategy of power sources

and has a great capability against fault resistance. Compared with the conventional pilot protection

this scheme has faster operation speed and higher sensitivity

which is suitable for lines with electronic power sources on both sides.

关键词

Keywords

references

LEE J ， ZHAO F . Global Offshore Wind Report 2020 ［R］. Brussels ： Global Wind Energy Council ， 2020 .

国家发展改革委 . 可再生能源发展“十三五”规划［R/OL］.（ 2016-12-19 ）［ 2022-07-20 ］. http：//www.nea.gov.cn/2016-12/19/c_135916140.htm http://www.nea.gov.cn/2016-12/19/c_135916140.htm .

National Development and Reform Commission . The 13th Five-Year Plan for the development of renewable energy ［R/OL］. （ 2016-12-19 ）［ 2022-07-20 ］. http：//www.nea.gov.cn/2016-12/19/c_135916140.htm http://www.nea.gov.cn/2016-12/19/c_135916140.htm .

姚钢，杨浩猛，周荔丹，等 . 大容量海上风电机组发展现状及关键技术［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 21 ）： 33 - 47 .

YAO Gang ， YANG Haomeng ， ZHOU Lidan ， et al . Development status and key technologies of large-capacity offshore wind turbines ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 21 ）： 33 - 47 .

迟永宁，梁伟，张占奎，等 . 大规模海上风电输电与并网关键技术研究综述［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 14 ）： 3758 - 3771 .

CHI Yongning ， LIANG Wei ， ZHANG Zhankui ， et al . An overview on key technologies regarding power transmission and grid integration of large scale offshore wind power ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 14 ）： 3758 - 3771 .

MOAWWAD A ， EL MOURSI M S ， XIAO W D . Advanced fault ride-through management scheme for VSC-HVDC connecting offshore wind farms ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2016 ， 31 （ 6 ）： 4923 - 4934 .

BADR M A ， ATALLAH A M ， BAYOUMI M A . Comparison between aggregation techniques for PMSG wind farm ［J］. Energy Procedia ， 2015 ， 74 ： 1162 - 1173 .

宋国兵，陶然，李斌，等 . 含大规模电力电子装备的电力系统故障分析与保护综述［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 12 ）： 2 - 12 .

SONG Guobing ， TAO Ran ， LI Bin ， et al . Survey of fault analysis and protection for power system with large scale power electronic equipments ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 12 ）： 2 - 12 .

JIA K ， CHEN R ， XUAN Z W ， et al . Fault characteristics and protection adaptability analysis in VSC-HVDC-connected offshore wind farm integration system ［J］. IET Renewable Power Generation ， 2018 ， 12 （ 13 ）： 1547 - 1554 .

闫寒，黄萌，唐英杰，等 . 电网频率扰动下并网变换器系统暂态稳定性分析［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 18 ）： 78 - 84 .

YAN Han ， HUANG Meng ， TANG Yingjie ， et al . Transient stability analysis of grid-connected converter system considering frequency disturbance of power grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 18 ）： 78 - 84 .

郑涛，庄心怡，吕文轩 . 海上风电柔直换流站负序电流参考值选取及保护适应性分析［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 3 ）： 133 - 141 .

ZHENG Tao ， ZHUANG Xinyi ， LYU Wenxuan . Negative sequence current reference selection and protection adaptability analysis of flexible DC converter station for offshore wind power ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 3 ）： 133 - 141 .

徐海亮，高铭琨，吴瀚，等 . 海上风电场-MMC互联系统频率耦合建模及稳定性分析［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 21 ）： 92 - 102 .

XU Hailiang ， GAO Mingkun ， WU Han ， et al . Frequency-coupling modeling and stability analysis of offshore wind farm-modular multilevel converter interconnection system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 21 ）： 92 - 102 .

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 .

黄家凯，高厚磊，彭放，等 . 输电线路虚拟有功功率差动保护［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 14 ）： 190 - 196 .

HUANG Jiakai ， GAO Houlei ， PENG Fang ， et al . Virtual active power differential protection for transmission lines ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 14 ）： 190 - 196 .

GAO H L ， LI J ， XU B Y . Principle and implementation of current differential protection in distribution networks with high penetration of DGs ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2017 ， 32 （ 1 ）： 565 - 574 .

贾科，郑黎明，毕天姝，等 . 基于余弦相似度的风电场站送出线路纵联保护［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 21 ）： 6263 - 6275 .

JIA Ke ， ZHENG Liming ， BI Tianshu ， et al . Pilot protection based on cosine similarity for transmission line connected to wind farms ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 21 ）： 6263 - 6275 .

宋国兵，王晨清，唐吉斯，等 . 适用于风电接入系统的时域模型识别纵联保护新原理［J］. 电网技术， 2016 ， 40 （ 11 ）： 3580 - 3585 .

SONG Guobing ， WANG Chenqing ， Tengis ， et al . Novel pilot protection based on time-domain model identification for wind power integration ［J］. Power System Technology ， 2016 ， 40 （ 11 ）： 3580 - 3585 .

LIU S M ， WANG B ， ZHAO Y S ， et al . Novel differential protection approach of UHV AC transmission lines based on Tellegen’s quasi-power theorem ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2022 ， 37 （ 2 ）： 1264 - 1274 .

SHI L ， ADAM G P ， LI R ， et al . Control of offshore MMC during asymmetric offshore AC faults for wind power transmission ［J］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ， 2020 ， 8 （ 2 ）： 1074 - 1083 .

NASIRI M ， MILIMONFARED J ， FATHI S H . A review of low-voltage ride-through enhancement methods for permanent magnet synchronous generator based wind turbines ［J］. Renewable and Sustainable Energy Reviews ， 2015 ， 47 ： 399 - 415 .

宋国兵，常仲学，王晨清，等 . 直驱风机三相短路电流特性分析［J］. 西安交通大学学报， 2015 ， 49 （ 10 ）： 1 - 7 .

SONG Guobing ， CHANG Zhongxue ， WANG Chenqing ， et al . Three-phase fault current characteristics of permanent magnet synchronous generator ［J］. Journal of Xi’an Jiaotong University ， 2015 ， 49 （ 10 ）： 1 - 7 .

国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会 . 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 .

State Administration for Market Regulation ， Standardization Administration of the People's Republic of China . Technical specification for connecting wind farm to power system—Part 1： on shore wind power ： GB/T 19963.1—2021 ［S］. Beijing ： Standards Press of China ， 2021 .

SCHÖNLEBER K ， PRIETO-ARAUJO E ， RATÉS-PALAU S ， et al . Extended current limitation for unbalanced faults in MMC-HVDC-connected wind power plants ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2018 ， 33 （ 4 ）： 1875 - 1884 .

HAN B W ， LI H F ， WANG G ， et al . A virtual multi-terminal current differential protection scheme for distribution networks with inverter-interfaced distributed generators ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2018 ， 9 （ 5 ）： 5418 - 5431 .

肖亮，徐政，刘昇，等 . 向无源网络供电的MMC-HVDC送端交流故障穿越策略［J］. 电工技术学报， 2016 ， 31 （ 15 ）： 89 - 98 .

XIAO Liang ， XU Zheng ， LIU Sheng ， et al . AC fault ride-through strategy of MMC-HVDC connected to passive networks ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2016 ， 31 （ 15 ）： 89 - 98 .

张保会，尹项根 . 电力系统继电保护［M］. 2版 . 北京：中国电力出版社， 2010 ： 10-11，105-106，136-147 .

ZHANG Baohui ， YIN Xianggen . Power systerm protective relaying ［M］. 2nd ed . Beijing ： China Electric Power Press ， 2010 ： 10-11， 105-106， 136-147 .

LIU S M ， ZHANG L L ， FU C S ， et al . A new two-port network model-based pilot protection for AC transmission lines ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2020 ， 35 （ 2 ）： 473 - 482 .

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

风电经柔直送出系统送端交流故障低电压穿越策略

基于源网直储一体化的沙戈荒大规模新能源基地外送方案

基于DCGCN模型的海上风电场超短期功率预测