海上风电低频输电系统快速母线保护

宋国兵; 高校平; 张晨浩; 窦竟铭; 王秀丽; 宁联辉

doi:10.7500/AEPS20230706004

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海上风电低频输电系统快速母线保护

海上风电系统关键技术 | 更新时间：2025-06-16

- 海上风电低频输电系统快速母线保护
- Fast Busbar Protection for Low-frequency Transmission System of Offshore Wind Power
- 电力系统自动化 2024年48卷第2期页码：29-36
- 作者机构：
  
  1.西安交通大学电气工程学院，陕西省西安市 710049
  2.中国电力科学研究院有限公司，北京市 100192
- 作者简介：
  
  宋国兵(1972—)，男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：电力系统控制与保护。E-mail：song.gb@mail.xjtu.edu.cn
  高校平(1996—)，男，博士研究生，主要研究方向：新能源并网控制与保护。E-mail：528289724@qq.com
  张晨浩(1995—)，男，通信作者，博士，助理教授，主要研究方向：电力系统控制与保护。E-mail：zhangchenh@xjtu.edu.cn
- 基金信息：
  
  博士后创新人才支持计划资助项目(BX20230287);国家电网公司科技项目(5108-202218280A-2-66-XG)
- DOI：10.7500/AEPS20230706004
  中图分类号：
- 收稿：2023-07-06，
  
  修回：2023-10-24，
  
  网络出版：2024-01-10，
  
  纸质出版：2024-01-25
- 稿件说明：
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宋国兵,高校平,张晨浩等.海上风电低频输电系统快速母线保护[J].电力系统自动化,2024,48(2):29-36.

SONG Guobing,GAO Xiaoping,ZHANG Chenhao,et al.Fast Busbar Protection for Low-frequency Transmission System of Offshore Wind Power[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(2):29-36.
宋国兵,高校平,张晨浩等.海上风电低频输电系统快速母线保护[J].电力系统自动化,2024,48(2):29-36. DOI： 10.7500/AEPS20230706004.

SONG Guobing,GAO Xiaoping,ZHANG Chenhao,et al.Fast Busbar Protection for Low-frequency Transmission System of Offshore Wind Power[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(2):29-36. DOI： 10.7500/AEPS20230706004.

摘要

海上风电低频输电系统母线故障后，换流器型电源等效电势与阻抗因控制的切换与调整过程，不再像传统电网可视为恒定。文中理论分析了母线电流差动保护适应性，明确故障控制策略对差动保护灵敏度的影响方式。利用母线区内外故障所对应的故障等效模型不同，提出基于时域全量模型识别的母线保护。该保护原理反映被保护元件自身拓扑的变化，理论上具有不受电源特性影响的优势，同样适用于其他换流器型电网。同时，所提保护在时域中实现，不存在相量提取问题，动作速度快。最后，在PSCAD/EMTDC中搭建了仿真模型，验证了所提母线保护的可靠性和快速性。

Abstract

After a busbar fault in the low-frequency transmission system of offshore wind power takes place

the equivalent potential and impedance of the converter-type power source are no longer considered constant like traditional power grids due to the switching and adjustment process of control. The paper theoretically analyzes the adaptability of busbar current differential protection and clarifies the impact modes of fault control strategies on the sensitivity of differential protection. A busbar protection is proposed based on time-domain full component model identification

utilizing the different equivalent fault models corresponding to internal and external busbar faults. This protection principle reflects the changes in the topology of the protected components themselves

and theoretically has the advantage of not being affected by power source characteristics. It is also applicable to other converter-type power grids. At the same time

the proposed protection is implemented in the time domain without the problem of phasor extraction

and the operation speed is fast. Finally

a simulation model is built in PSCAD/EMTDC to verify the reliability and speed of the proposed busbar protection.

关键词

Keywords

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黄明煌，王秀丽，刘沈全，等 . 分频输电应用于深远海风电并网的技术经济性分析［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 5 ）： 167 - 174 .

HUANG Minghuang ， WANG Xiuli ， LIU Shenquan ， et al . Technical and economic analysis on fractional frequency transmission system for integration of long-distance offshore wind farm ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 5 ）： 167 - 174 .

贾科，杨彬，刘浅，等 . 基于逆变型电源暂态电流回代的系统级故障暂态解析［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 3 ）： 113 - 120 .

JIA Ke ， YANG Bin ， LIU Qian ， et al . Transient analysis of system-level fault based on transient current back-substitution of inverter interfaced generator ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 3 ）： 113 - 120 .

张保会，尹项根，索南加乐，等 . 电力系统继电保护［M］. 2版 . 北京：中国电力出版社， 2010 ： 233 - 234 .

ZHANG Baohui ， YIN Xianggen ， SONAN Jiale ， et al . Power system protection relay ［M］. 2nd ed . Beijing ： China Electric Power Press ， 2010 ： 233 - 234 .

索南加乐，邓旭阳，阿里木江·卡德尔，等 . 基于综合阻抗的母线保护新原理［J］. 电力系统保护与控制， 2010 ， 38 （ 18 ）： 1 - 7 .

SUONAN Jiale ， DENG Xuyang ， ALIMJAN Kader ， et al . A novel principle of integrated impedance based bus-bar protection ［J］. Power System Protection and Control ， 2010 ， 38 （ 18 ）： 1 - 7 .

索南加乐，邓旭阳，焦在滨，等 . 基于故障分量综合阻抗的母线保护新原理［J］. 电力系统自动化， 2008 ， 32 （ 8 ）： 34 - 38 .

SUONAN Jiale ， DENG Xuyang ， JIAO Zaibin ， et al . Novel busbar protection based on fault component integrated impedance ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2008 ， 32 （ 8 ）： 34 - 38 .

邓旭阳，索南加乐，王志恩，等 . 基于序分量综合阻抗的母线保护原理［J］. 电网技术， 2011 ， 35 （ 7 ）： 208 - 213 .

DENG Xuyang ， SUONAN Jiale ， WANG Zhien ， et al . A novel busbar protection based on sequence component integrated impedance ［J］. Power System Technology ， 2011 ， 35 （ 7 ）： 208 - 213 .

邹贵彬，宋圣兰，许春华，等 . 方向行波波形积分式快速母线保护［J］. 中国电机工程学报， 2014 ， 34 （ 31 ）： 5677 - 5684 .

ZOU Guibin ， SONG Shenglan ， XU Chunhua ， et al . Fast busbar protection based on waveform integral of directional traveling waves ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2014 ， 34 （ 31 ）： 5677 - 5684 .

GIL M ， ABDOOS A A . Intelligent busbar protection scheme based on combination of support vector machine and S-transform ［J］. IET Generation ， Transmission & Distribution， 2017 ， 11 （ 8 ）： 2056 - 2064 .

ZOU G B ， GAO H L . A traveling-wave-based amplitude integral busbar protection technique ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2012 ， 27 （ 2 ）： 602 - 609 .

段建东，张保会，张胜祥 . 利用线路暂态行波功率方向的分布式母线保护［J］. 中国电机工程学报， 2004 ， 24 （ 6 ）： 7 - 12 .

DUAN Jiandong ， ZHANG Baohui ， ZHANG Shengxiang . A distributed bus protection using transient traveling wave power directions of transmission lines ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2004 ， 24 （ 6 ）： 7 - 12 .

索南加乐，张健康，焦在滨，等 . 交直流混联电网交流系统故障特征分析［J］. 高电压技术， 2010 ， 36 （ 6 ）： 1461 - 1467 .

SUONAN Jiale ， ZHANG Jiankang ， JIAO Zaibin ， et al . AC fault characteristic analysis of AC-DC hybrid transmission grid ［J］. High Voltage Engineering ， 2010 ， 36 （ 6 ）： 1461 - 1467 .

韩民晓，范溢文，刘金峻，等 . 换流器型电网的理念与探索［J］. 电网技术， 2023 ， 47 （ 2 ）： 539 - 555 .

HAN Minxiao ， FAN Yiwen ， LIU Jinjun ， et al . Concept and practice of converter-based grid ［J］. Power System Technology ， 2023 ， 47 （ 2 ）： 539 - 555 .

高校平，张晨浩，宋国兵，等 . 海上风电低频输电系统低频侧不对称故障控制策略［J］. 电力自动化设备， 2023 ， 43 （ 10 ）： 160 - 166 .

GAO Xiaoping ， ZHANG Chenhao ， SONG Guobing ， et al . Control strategies of offshore wind power low-frequency transmission system under asymmetric fault of low-frequency side ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2023 ， 43 （ 10 ）： 160 - 166 .

FANG Y ， JIA K ， YANG Z ， et al . Impact of inverter-interfaced renewable energy generators on distance protection and an improved scheme ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2019 ， 66 （ 9 ）： 7078 - 7088 .

顾乔根，张晓宇，吕航，等 . 基于故障负序分量的低频变压器快速差动保护［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 7 ）： 184 - 192 .

GU Qiaogen ， ZHANG Xiaoyu ， LYU Hang ， et al . Fast differential protection of low-frequency transformer based on fault negative sequence component ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 7 ）： 184 - 192 .

郑黎明，贾科，侯来运，等 . 基于奇异值分解的海上风电接入柔直系统的交流线路保护［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （增刊1 ）： 75 - 83 .

ZHENG Liming ， JIA Ke ， HOU Laiyun ， et al . Singular value decomposition based protection for AC transmission lines of VSC-HVDC system with offshore wind farms ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ Supplement 1 ）： 75 - 83 .

王风光，杜兴伟，李力，等 . 母线差动保护电流互感器断线处理逻辑［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 14 ）： 167 - 173 .

WANG Fengguang ， DU Xingwei ， LI Li ， et al . Processing logic against current transformer disconnection of busbar differential protection ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 14 ）： 167 - 173 .

贺家李，李永丽，董新洲 . 电力系统继电保护原理［M］. 5版 . 北京：中国电力出版社， 2018 ： 323 - 324 .

HE Jiali ， LI Yongli ， DONG Xinzhou . Principles of relay protection of electric power system ［M］. 5th ed . Beijing ： China Electric Power Press ， 2018 ： 323 - 324 .

陈海东，潘学萍，黄桦，等 . 分布式光伏与风电机组LVRT及电流限幅环节的等值建模［J］. 电力自动化设备， 2022 ， 42 （ 7 ）： 25 - 32 .

CHEN Haidong ， PAN Xueping ， HUANG Hua ， et al . Equivalent modeling of LVRT and current limiting links for distributed photovoltaic and wind turbine generators ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2022 ， 42 （ 7 ）： 25 - 32 .

周泽昕，于溯，李勇，等 . 新能源经柔直送出场景下功角变化导致比相式距离保护不正确动作机制分析［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 5 ）： 1730 - 1739 .

ZHOU Zexin ， YU Su ， LI Yong ， et al . Analysis of the incorrect operation mechanism of the phase comparison distance protection caused by the change of power angle in the scenario of MMC-HVDC connected renewable power system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 5 ）： 1730 - 1739 .

段建东，张保会，任晋峰，等 . 超高压输电线路单端暂态量保护元件的频率特性分析［J］. 中国电机工程学报， 2007 ， 27 （ 1 ）： 37 - 43 .

DUAN Jiandong ， ZHANG Baohui ， REN Jinfeng ， et al . Single-ended transient-based protection for EHV transmission lines basic theory ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2007 ， 27 （ 1 ）： 37 - 43 .

索南加乐，杨铖，宋国兵，等 . 模型识别用于继电保护的理论初探［J］. 电力系统保护与控制， 2010 ， 38 （ 24 ）： 23 - 29 .

SUONAN Jiale ， YANG Cheng ， SONG Guobing ， et al . Survey on relay protection based on model recognition ［J］. Power System Protection and Control ， 2010 ， 38 （ 24 ）： 23 - 29 .

黄梓欣，林湘宁，马啸，等 . 含风电继电保护应用中的电流互感器饱和电流重构方法［J］. 电工技术学报， 2022 ， 37 （ 19 ）： 4823 - 4834 .

HUANG Zixin ， LIN Xiangning ， MA Xiao ， et al . Reconstruction method of saturation current of current transformer in relay protection application related to wind power ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2022 ， 37 （ 19 ）： 4823 - 4834 .

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