多端柔性直流电网的故障定位方法#br#

doi:10.3969/j.issn.1000-7229.2017.08.004

摘要/Abstract

摘要： 摘要：多端柔性直流电网的故障定位技术是保障直流电网安全可靠运行的关键技术，以基于两电平电压源型变流器（two-level voltage source converter，two-level VSC）所组成的多端柔性直流电网为研究对象，采用先定区段再定位的思想研究其故障定位技术。由于受到故障回路和直流侧大电容的影响，故障区间和非故障区间变流器出口处直流电容的电压变化率（du/dt）不同，根据上述特征可以采用对比VSC出口侧直流电容放电电压变化率的方法来确定故障区段；故障区段确定后，利用短路故障所形成的放电回路推导出故障位置的计算公式，并将VSC直流电容的暂态电压录波数据进行分段计算来完成故障测距。在MATLAB/Simulink中搭建基于两电平VSC的多端柔性直流电网，并对所提出的方法进行仿真验证；同时将所提出的方法与已有的方法进行对比分析，验证所提出方法的可行性和有效性。

关键词: 柔性直流, 故障测距, 暂态过程, 电压变化率

Abstract: ABSTRACT： The fault location technique of multi-terminal flexible DC （MTDC） grid is one of the crucial techniques for the safe and reliable operation of DC power grid. This paper takes the MTDC grid based on two-level voltage source converter （VSC） as research object, and adopts the idea of “first predetermined section then position” to study its fault location technique. Under the impact of fault loop and big DC capacitor, the DC capacitor voltage change rate （ du/dt） at converter outlet is different in fault region or non-fault region. Based on this characteristics, we can determine fault region by comparing the du/dt at VSC outlet. After the determination of fault region, we can use the discharge circuit formed by the short-circuit fault to derive the calculation formula of the fault position, and calculate the precise fault position by using recorded data of transient voltage of VSC DC capacitor. We build VSC-HVDC system in MATLAB/Simulink, simulate and verify the proposed method. At the same time, we compare the proposed method with the existing methods to verify the feasibility and effectiveness of the proposed method.

Key words: flexible DC, fault location, transient process, voltage change rate

中图分类号:

TM 72

张明，和敬涵，张义志，罗国敏. 多端柔性直流电网的故障定位方法#br#[J]. 电力建设, 2017, 38(8): 24-.

ZHANG Ming, HE Jinghan, ZHANG Yizhi, LUO Guomin. Fault Location Technique for Multi-Terminal VSC-HVDC System [J]. Electric Power Construction, 2017, 38(8): 24-.

参考文献

［1］宋强,赵彪,刘文华,等. 智能直流配电网研究综述［J］. 中国电机工程学报, 2013，33（25）：9-19.
SONG Qiang，ZHAO Biao，LIU Wenhua，et al．An overview of research on smart DC distribution power network［J］．Proceedings of the CSEE，2013，33（25）：9-19.
［2］薛士敏，陈超超，金毅，等．直流配电系统保护技术研究综述［J］．中国电机工程学报，2014，34（19）：3114-3122．
XUE Shimin，CHEN Chaochao，JIN Yi，et al．A research review of protection technology for DC distribution system［J］．Proceedings of the CSEE，2014，34（19）：3114-3122.
［3］李斌,何佳伟. 柔性直流配电系统故障分析及限流方法［J］. 中国电机工程学报, 2015，35（12）：3026-3036．
LI Bin, HE Jiawei． DC fault analysis and current limiting technique for VSC-based DC distribution system［J］．Proceedings of the CSEE, 2015，35（12）：3026-3036.
［4］陈旭,朱永利,高艳丰,等. 基于故障分支快速辨识的T型高压输电线路故障定位新算法［J］. 电力系统自动化,2016,40（4）:105-110.
CHEN Xu, ZHU Yongli, GAO Yanfeng, et al. A new fault location algorithm for high-voltage three-terminal transmission lines based on fault branch fast identification［J］. Automation of Electric Power Systems, 2016,40（4）:105-110.
［5］陈玥云,覃剑,王欣,等. 配电网故障测距综述［J］.电网技术,2006,30（18）：89-93.
CHEN Yueyun，QIN Jian，WANG Xin，et al．A survey on fault location for distribution network［J］．Power System Technology，2006，30（18）：89-93.
［6］宋国兵,李德坤,靳东晖,等. 利用行波电压分布特征的柔性直流输电线路单端故障定位［J］. 电力系统自动化,2013,37（15）:83-88.
SONG Guobing，LI Dekun，JIN Donghui，et al．One-terminal fault location For HVDC flexible transmissoin lines based on wave voltage distribution features ［J］．Automatic of Electric Power Systems，2013,37（15）:83-88．
［7］蔡新雷. 柔性直流输电线路双端故障定位新方法［J］. 南方电网技术, 2013，7（4）：24-28.
CAI Xinlei．Injecting current based method for fault location in neutral isolated power system［J］．Southern Power System Technology，2013，7（4）：24-28．
［8］SADEGH A, SAEED A, MAJID S P B. Fault location on multi-terminal DC systems using synchronized current measurements［J］. Electrical Power and Energy Systems, 2014,63: 779-786.
［9］徐铭铭,肖立业,王海风,等. 一种基于Prony算法的直流配电网电缆故障定位方法［J］. 电工电能新技术, 2015，34（4）：25-30.
XU Mingming，XIAO Liye，WANG Haifeng，et al．Novel method of locating cable fault in DC distribution based on Prony algorithm［J］．Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy，2015，34（4）：25-30.
［10］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.
［11］TANGL X, OOI B T. Locating and isolating DC faults in multi-terminal DC system［J］. IEEE Transaction on Power Delivery, 2007, 22（3）: 1877-1884.
［12］李斌,何佳伟. 多端柔性直流电网故障隔离技术研究［J］. 中国电机工程学报,2016,36（1）:87-95.
LI Bin, HE Jiawei. Research on the DC fault isolating technique in multi-terminal DC system［J］. Proceedings of the CSEE, 2016,36（1）: 87-95.
［13］时伯年,赵宇明,孙刚. 柔性直流配电网保护方案研究及实现［J］. 南方电网技术,2015,9（9）:11-16.
SHI Bonian, ZHAO Yuming, SUN Gang. Research and implementation of protection scheme for MMC DC distribution network［J］. Southern Power System Technology, 2015,9（9） :11-16.
［14］江道灼,郑欢. 直流配电网研究现状与展望［J］. 电力系统自动化,2012,36（8）:98-104.
JIANG Daozhuo, ZHENG Huan. Research status and developing prospect of DC distribution network ［J］. Automatic of Electric Power Systems，2012,36（8）:98-104.［15］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.
［16］张慧芬，潘贞存，桑在中．基于注入法的小电流接地系统故障定位新方法［J］．电力系统自动化，2004，28（3）：64-66．
ZHANG Huifen，PAN Zhencun，SANG Zaizhong．Injecting current based method for fault location in neutral isolated power system［J］．Automatic of Electric Power Systems，2004，28（3）：64-66．
［17］贾惠彬,赵海锋,方强华,等. 基于多端行波的配电网单相接地故障定位方法［J］. 电力系统自动化,2012,36（2）:96-100.
JIA Huibin，ZHAO Haifeng，FANG Qianghua，et al． Single-phase earth fault location method for distribution network based on mutil-terminal traveling wave［J］.Automatic of Electric Power Systems，2012,36（2）:96-100．
［18］徐浩,苗世洪,姜臻,等. 基于有限相量测量单元测量故障分量信息的故障定位算法［J］. 电力系统自动化,2013,37（2）:43-48.
XU Hao, MIAO Shihong, JIANG Zhen, et al． A new fault location algorithm based on fault component from finite synchronized phasor measurment unit［J］．Automatic of Electric Power Systems，2013,37（2）:43-48.
［19］戴志辉,崇志强,李川,等. 基于电压偏差向量2-范数的主动配电网故障定位新方法［J］. 电力系统自动化,2015,39（15）: 96-102.
DAI Zhihui, CHONG Zhiqiang, LI Chuan, et al. Fault location method of active distribution networks based on 2-norm of voltage deviation vectors［J］. Automatic of Electric Power Systems，2015,39（15）: 96-102.
［20］邬林勇,何正友,钱清泉. 一种提取行波自然频率的单端故障测距方法［J］. 中国电机工程学报,2008, 28（10）:69-75.
WU Linyong，HE Zhengyou， QIAN Qingquan．A single ended fault location method using traveling wave natural frequency［J］．Proceedings of the CSEE，2008,28（10）: 69-75．

[1]	陈蒙蒙，高亮，李盈含. 兼顾柔性直流配电系统经济成本的优化下垂控制策略[J]. 电力建设, 2020, 41(3): 119-126.
[2]	陈宁，齐磊，崔翔，马江江. 柔性直流电网单极接地短路电流计算方法[J]. 电力建设, 2019, 40(4): 119-127.
[3]	傅庆燕，高亮，裴翔羽. 基于等效行波的柔性直流电网差动保护研究[J]. 电力建设, 2019, 40(3): 109-116.
[4]	刘中原，王维庆，王海云，袁成玉，王亮，李永钦，丁文彬. 基于VSG技术的VSC-HVDC输电系统受端换流器控制策略[J]. 电力建设, 2019, 40(2): 100-.
[5]	徐玉韬，谈竹奎，谢百明，黄辉，吕黔苏，班国邦，袁旭峰. 基于直流断路器的多端柔性直流配电网智能化保护配置[J]. 电力建设, 2018, 39(9): 61-69.
[6]	董雷，明捷，孟天骄，陈乃仕，蒲天骄. 基于模型预测控制的含柔性直流装置的主动配电网电压控制[J]. 电力建设, 2018, 39(7): 123-128.
[7]	朱承治1，吴海斌2，赵文强3，俞翔3，王柯3，肖建民3，陆翌4 . 适用于离岸岛屿的多直流协同控制策略 [J]. 电力建设, 2018, 39(2): 76-.
[8]	刘英培，解赛，梁海平，王正平，邢志坤，郑连跃. 适用于新能源并网的VSC-MTDC系统协调控制策略[J]. 电力建设, 2018, 39(11): 69-76.
[9]	丁骁，汤广福，韩民晓，高冲，王高勇. 基于LC电源的混合式高压直流断路器分断试验方法[J]. 电力建设, 2017, 38(8): 2-.
[10]	张峻榤，向往，林卫星，文劲宇. 基于混合型MMC和直流开关的柔性直流电网直流故障保护研究[J]. 电力建设, 2017, 38(8): 52-.
[11]	邵冰冰, 韩民晓，郭抒颖，孟昭君. 多端柔性直流输电系统交流侧故障穿越功率协调控制[J]. 电力建设, 2017, 38(8): 109-.
[12]	林章岁. 大容量柔性直流电系统接入对电网暂态稳定性影响分析[J]. 电力建设, 2017, 38(8): 136-.
[13]	瞿艳霞，马覃峰，时伯年. 柔性直流互联电网的孤岛频率快速控制技术 [J]. 电力建设, 2017, 38(6): 73-.
[14]	苗丹, 刘天琪, 王顺亮. 基于多端直流网络潮流分布的变斜率下垂控制策略[J]. 电力建设, 2017, 38(3): 19-.
[15]	石吉银，唐志军，林国栋，李超，晁武杰，邹焕雄. 模块化多电平换流器无环流仿真模型[J]. 电力建设, 2017, 38(3): 27-.