Asymmetric Fault Distance Protection for AC Transmission Lines of PV Sending-End Grid Under VSC-HVDC

MA Hongyue; LI Yan; ZHANG Tao; CAO Runbin; ZHENG Tao; HAO Zhiguo

doi:10.13648/j.cnki.issn1674-0629.2026.01.012

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Asymmetric Fault Distance Protection for AC Transmission Lines of PV Sending-End Grid Under VSC-HVDC

Topology Optimization and Protection Strategy for Renewable Energy Transmission Systems | 更新时间：2026-02-24

- Asymmetric Fault Distance Protection for AC Transmission Lines of PV Sending-End Grid Under VSC-HVDC
- Southern Power System Technology Vol. 20, Issue 1, Pages: 119-130(2026)
- 作者机构：
  
  1.西安交通大学电气工程学院，西安 710049
  2.南方电网科学研究院，广州 510663
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  the National Natural Science Foundation of China(U23B20112)
- DOI：10.13648/j.cnki.issn1674-0629.2026.01.012
  CLC： TM773
- Received：31 March 2025，
  
  Online First：31 March 2025，
  
  Published：20 January 2026
- 稿件说明：
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马红月,李岩,张涛等.柔直送出下光伏送端电网交流送出线路的不对称故障距离保护方案[J].南方电网技术,2026,20(01):119-130.

MA Hongyue,LI Yan,ZHANG Tao,et al.Asymmetric Fault Distance Protection for AC Transmission Lines of PV Sending-End Grid Under VSC-HVDC[J].Southern Power System Technology,2026,20(01):119-130.
马红月,李岩,张涛等.柔直送出下光伏送端电网交流送出线路的不对称故障距离保护方案[J].南方电网技术,2026,20(01):119-130. DOI： 10.13648/j.cnki.issn1674-0629.2026.01.012.

MA Hongyue,LI Yan,ZHANG Tao,et al.Asymmetric Fault Distance Protection for AC Transmission Lines of PV Sending-End Grid Under VSC-HVDC[J].Southern Power System Technology,2026,20(01):119-130. DOI： 10.13648/j.cnki.issn1674-0629.2026.01.012.

摘要

柔直送出下大规模光伏送端电网的故障特征受双端电力电子设备的控制策略和系统拓扑形式影响显著，传统继电保护的适应性受到挑战。综合考虑换流器的故障控制策略、送端电网的拓扑、变压器接线方式和故障位置，从设备建模和系统建模两个方面建立了光伏送端电网交流送出线路的故障等值模型。通过分析系统的复合序网，提取了不对称故障下线路的差流特征和故障距离阻抗特征。基于柔直侧的故障特征，提出了光伏送端电网的不对称故障距离保护方案：对于接地短路故障，利用序分量特征计算故障距离阻抗，在原理上不受过渡电阻影响；对于不接地短路故障，基于阻抗复平面法利用故障相差流特征计算故障距离。PSCAD/EMTDC 仿真结果表明，该方案仅利用了柔直侧的单端量信息，能够准确计算故障距离阻抗，可靠地区分区内外故障，提高了双端弱馈场景中距离保护的耐受过渡电阻能力。

Abstract

The fault characteristics of large-scale photovoltaic （PV） sending-end grid under VSC-HVDC are significantly affected by the control strategy and system topology form of double-end power electronic equipment

and the adaptability of traditional relay protection is challenged. Considering the fault control strategy of the converter

the topology of the sending-end grid

the transformer wiring mode and the fault location

a fault-equivalent model of the AC transmission line of the PV sending-end grid in terms of both equipment modeling and system modeling is established. By analyzing the composite sequential network of the system

the differential current characteristics of asymmetrical faults and fault distance impedance characteristics are extracted. Based on the fault characteristics of the VSC-HVDC side

asymmetric fault distance protection schemes for PV sending-end grid are proposed. For the distance protection scheme of grounded short-circuit fault

the fault distance impedance is calculated by using the sequential component characteristics

which is not affected by the transition resistance in principle. For the distance protection scheme of the ungrounded short-circuit fault

the fault distance is calculated based on the impedance complex-plane method by utilizing the fault-phase differential-current characteristics. Based on the simulation results of PSCAD/EMTDC

the proposed schemes can accurately calculate the fault distance impedance by utilizing only the single-ended quantity information of the VSC-HVDC side

reliably distinguish between internal and external faults

and improve the ability of the distance protection to tolerate the transition resistance in the double-ended weak-feeding scenario.

关键词

Keywords

references

国家发展改革委，国家能源局 . “十四五”现代能源体系规划［EB/OL］. ［ 2022 - 01 - 29 ］. https：//www.nea.gov.cn/1310524241_16479412513081n.pdf.

李冠群，叶华，宾子君 . V/f控制MMC带换流变压器空载充电发生高频振荡的机理分析［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 11 ）： 50 - 59 .

LI Guanqun ， YE Hua ， BIN Zijun . High-frequency oscillation mechanism analysis of V/f controlled modular multilevel converter charging with converter transformer under no-load condition ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 11 ）： 50 - 59 .

蔡希鹏，黄伟煌，李桂源，等 . 大规模光伏集群经柔性直流构网送出的运行控制技术研究［J］. 中国电机工程报， 2023 ， 43 （ 22 ）： 8734 - 8745 .

CAI Xipeng ， HUANG Weihuang ， LI Guiyuan ， et al . Research on operation control strategy of large-scale photovoltaic cluster transmission via grid-forming VSC-HVDC ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 22 ）： 8734 - 8745 .

辛保安，郭铭群，王绍武，等 . 适应大规模新能源友好送出的直流输电技术与工程实践［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 22 ）： 1 - 8 .

XIN Baoan ， GUO Mingqun ， WANG Shaowu ， et al . Friendly HVDC transmission technologies for large-scale renewable energy and their engineering practice ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 22 ）： 1 - 8 .

MA H ， ZHENG T ， ZHANG T ， et al . A fault calculation method for large-scale photovoltaic integrated transmission systems ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2025 （ 165 ）： 110504 .

胡家兵，袁小明，程时杰 . 电力电子并网装备多尺度切换控制与电力电子化电力系统多尺度暂态问题［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 18 ）： 5457 - 5467，5594 .

HU Jiabing ， YUAN Xiaoming ， CHENG Shijie . Multi-time scale transients in power-electronized power systems considering multi-time scale switching control schemes of power electronics apparatus ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 18 ）： 5457 - 5467，5594 .

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 .

李斌，周博昊，何佳伟，等 . 直驱风电场送出线路的正序电压极化距离保护适用性分析［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 22 ）： 16 - 24 .

LI Bin ， ZHOU Bohao ， HE Jiawei ， et al . Applicability analysis of distance protection with positive-sequence voltage polarization for transmission lines of wind farm with direct-driven turbines ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 22 ）： 16 - 24 .

GHORBANI A ， MEHRJERDI H ， AL-EMADI N A ， Distance-differential protection of transmission lines connected to wind farms ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2017 （ 89 ）： 11 - 18 .

SONG G ， CHU X ， GAO S ， et al . Novel distance protection based on distributed parameter model for long-distance transmission lines ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2013 ， 28 （ 4 ）： 2116 - 2123 .

LIANG Y ， LI W ， LU Z ， et al . A new distance protection scheme based on improved virtual measured voltage ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2020 ， 35 （ 2 ）： 774 - 786 .

LIANG Y ， LI W ， ZHA W . Adaptive MHO characteristic-based distance protection for lines emanating from photovoltaic power plants under unbalanced faults ［J］. IEEE Systems Journal ， 2021 ， 15 （ 3 ）： 3506 - 3516 .

王峰渊，方愉冬，赵萍，等 . 一种适用于光伏场站送出线的自适应距离保护改进方案［J］. 电力系统保护与控制， 2019 ， 47 （ 20 ）： 127 - 134 .

WANG Fengyuan ， FANG Yudong ， ZHAO Ping ， et al . An improved adaptive distance protection scheme for the outgoing line of PV power station ［J］. Power System Protection and Control ， 2019 ， 47 （ 20 ）： 127 - 134 .

ZHANG F ， MU L . A fault detection method of microgrids with grid-connected inverter interfaced distributed generators based on the PQ control strategy ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 5 ）： 4816 - 4826 .

马红月，郑涛，周昊，等 . 计及控制切换的逆变电源并网系统故障计算方法［J］. 电网技术， 2024 ， 48 （ 7 ）： 2985 - 2994 .

MA Hongyue ， ZHENG Tao ， ZHOU Hao ， et al . A fault calculation method of the inverter grid-connected system considering control strategies switching ［J］. Power System Technology ， 2024 ， 48 （ 7 ）： 2985 - 2994 .

LIN X ， LIANG Z ， ZHENG Y ， et al . A current limiting strategy with parallel virtual impedance for three-phase three-leg Inverter under asymmetrical short-circuit fault to improve the controllable capability of fault currents ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2019 ， 34 （ 8 ）： 8138 - 8149 .

ZHONG Y ， KANG X ， JIAO Z ， et al . A novel distance protection algorithm for the phase-ground fault ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2014 ， 29 （ 4 ）： 1718 - 1725 .

郑涛，王可坛，刘校销，等 . 可消除过渡电阻影响的单相接地距离保护研究［J］. 电网技术， 2017 ， 41 （ 12 ）： 4045 - 4053 .

ZHENG Tao ， WANG Ketan ， LIU Xiaoxiao ， et al . Research on single phase grounding distance protection against transition resistance ［J］. Power System Technology ， 2017 ， 41 （ 12 ）： 4045 - 4053 .

GHORBANI A ， MEHRJERDI H ， AL-EMADI N A . Distance-differential protection of transmission lines connected to wind farms ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2017 （ 89 ）： 11 - 18 .

郑黎明，贾科，毕天姝，等 . 海上风电接入柔直系统交流侧故障特征及对保护的影响分析［J］. 电力系统保护与控制， 2021 ， 49 （ 20 ）： 20 - 32 .

ZHENG Liming ， JIA Ke ， BI Tianshu ， et al . AC-side fault analysis of a VSC-HVDC transmission system connected to offshore wind farms and the impact on protection ［J］. Power System Protection and Control ， 2021 ， 49 （ 20 ）： 20 - 32 .

晁晨栩，郑晓冬，叶海，等 . 针对海上风电场汇集线路单相接地故障的柔直侧新型距离保护方案［J］. 中国电机工程学报， 2024 ， 44 （ 15 ）： 5899 - 5908 .

CHAO Chenxu ， ZHENG Xiaodong ， YE Hai . et al . A novel MMC-side distance protection scheme for single-phase grounding fault of offshore wind farm collection line ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2024 ， 44 （ 15 ）： 5899 - 5908 .

翁汉琍，蒋秋雨，高靖怡，等 . 适应逆变型电源并网的工频变化量距离保护动作优化策略［J/OL］. 南方电网技术， 1 - 13［ 2024 - 12 - 09］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/44.1643.TK.20241209.1645.012.html.

WENG Hanli ， JIANG Qiuyu ， GAO Jingyi ， et al . Action optimization strategy of distance protection using power frequency fault components for grid-connected inverter power supply ［J/OL］. Southern Power System Technology ， 1 - 13［ 2024 - 12 - 09］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/44.1643.TK.20241209.1645.012.html.

马静，马伟，闫新，等 . 基于阻抗复数平面的自适应距离保护方案［J］. 电网技术， 2016 ， 40 （ 1 ）： 290 - 296 .

MA Jing ， MA Wei ， YAN Xin ， et al . Impedance complex plane based adaptive distance protection scheme ［J］. Power System Technology ， 2016 ， 40 （ 1 ）： 290 - 296 .

晁晨栩，郑晓冬，高飘，等 . 针对光伏场站送出线路不对称短路故障的自适应距离保护原理［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 18 ）： 6681 - 6693 .

CHAO Chenxu ， ZHENG Xiaodong ， GAO Piao ， et al . Adaptive distance protection for transmission line of photovoltaic station during asymmetric short circuit ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 18 ）： 6681 - 6693 .

张保会，尹项根 . 电力系统继电保护［M］. 北京：中国电力出版社， 2010 .

HOOSHYAR A ， AZZOUZ M A ， El-SAADANY E F . Distance protection of lines emanating from full-scale converter interfaced renewable energy power plants-part II： solution description and evaluation ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2015 ， 30 （ 4 ）： 1770 - 1780 .

郑涛，章若竹，吕文轩，等 . 故障主动控制下计及分布电容影响的海上风电交流汇集线路时域距离保护［J/OL］. 电工技术学报， 1 - 16［ 2024 - 05 - 10］. https：//d.wanfangdata.com.cn/periodical/dgjsxb202501010.

ZHENG Tao ， ZHANG Ruozhu ， LV Wenxuan ， et al . Time-domain distance protection of offshore ac transmission lines based on fault active control considering distributed capacitance′s impact ［J/OL］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 1 - 16［ 2024 - 05 - 10］. https：//d.wanfangdata.com.cn/periodical/dgjsxb202501010.

QU L ， HOU B ， YANG Z ， et al . An enhanced impedance trajectory-based adaptive distance protection for renewable energy systems ［C］// 2024 IEEE 8th Conference on Energy Internet and Energy System Integration （EI2）， November 29 - December 02 ， 2024 ， Shenyang， China . New York ： IEEE ， 2024.

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