Adaptability analysis of phase-comparison distance protection in renewable energy systems

YU Weiguo; LIN Sajia; TIAN Baojiang; LIU Hongjun; WEN Minghao; LING Hao; GAO Xiaoquan

doi:10.19585/j.zjdl.202609002

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Adaptability analysis of phase-comparison distance protection in renewable energy systems

Power Grid Operation | 更新时间：2026-09-18

- Adaptability analysis of phase-comparison distance protection in renewable energy systems
- ZHEJIANG ELECTRIC POWER Vol. 45, Issue 9, Pages: 12-23(2026)
- 作者机构：
  
  1.长园深瑞继保自动化有限公司，广东深圳 518057
  2.国网河南省电力公司，郑州 450000
  3.华中科技大学，武汉 430074
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.19585/j.zjdl.202609002
  CLC：
- Received：21 November 2025，
  
  Revised：2026-01-13，
  
  Published：25 September 2026
- 稿件说明：
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俞伟国,林撒迦,田宝江等.新能源场景下比相式距离保护适应性分析[J].浙江电力,2026,45(09):12-23.

YU Weiguo,LIN Sajia,TIAN Baojiang,et al.Adaptability analysis of phase-comparison distance protection in renewable energy systems[J].ZHEJIANG ELECTRIC POWER,2026,45(09):12-23.
俞伟国,林撒迦,田宝江等.新能源场景下比相式距离保护适应性分析[J].浙江电力,2026,45(09):12-23. DOI： 10.19585/j.zjdl.202609002.

YU Weiguo,LIN Sajia,TIAN Baojiang,et al.Adaptability analysis of phase-comparison distance protection in renewable energy systems[J].ZHEJIANG ELECTRIC POWER,2026,45(09):12-23. DOI： 10.19585/j.zjdl.202609002.

摘要

新能源电源的故障特征受控，与传统同步机电源差异明显，现有距离保护的动作特性面临严峻挑战。因此，对新能源场景下正序电压极化的比相式距离保护的适应性进行分析。首先，在电压平面剖析金属性故障和经过渡电阻故障时，新能源等效内电势与保护安装处正序电压相位差增大导致比相式距离保护拒动、误动的理论机理。其次，结合新能源典型控制策略特征，明确了不同类型故障中新能源内电势的相量轨迹，并得到比相式距离保护的适应性结论：单相接地故障与三相故障，距离保护基本不受影响；两相接地故障和两相相间故障，新能源侧距离保护存在区内拒动和正方向误动风险；系统侧距离保护存在反方向误动风险。最后，基于PSCAD仿真平台搭建新能源送出场景，通过大量故障仿真验证了理论分析的正确性。

Abstract

The fault characteristics of renewable energy sources are controlled and differ significantly from those of conventional synchronous generators， posing serious challenges to the operating performance of existing distance protection. This paper analyzes the adaptability of phase-comparison distance protection based on positive-sequence voltage polarization in renewable energy systems. First， the theoretical mechanism leading to failure to operate and misoperation of phase-comparison distance protection is examined on the voltage plane： during metallic faults and faults with transition resistance， the phase difference between the equivalent internal electromotive forces （EMFs） of the renewable energy source and the positive-sequence voltage at the protection location increases. Second， considering the characteristics of typical renewable energy control strategies， the phasor trajectories of internal EMFs under different fault types are determined， yielding the following adaptability conclusions for phase-comparison distance protection： for single-phase-to-ground and three-phase faults， distance protection is essentially unaffected； for two-phase-to-ground and two-phase faults， distance protection on the renewable energy side may experience in-zone failure to operate and misoperation in the forward direction， while distance protection on the system side is at risk of misoperation in the reverse direction. Finally， a renewable energy transmission scenario is constructed in PSCAD， and extensive fault simulations validate the theoretical analysis.

关键词

Keywords

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李岩，周博昊，何佳伟，等 . 沙戈荒大规模可再生能源基地经构网柔直送出系统中交流继电保护面临的挑战与对策［J］. 高电压技术， 2025 ， 51 （ 2 ）： 489 - 506 .

Li Yan ， Zhou Bohao ， He Jiawei ， et al . Challenges and countermeasures of the AC relay protection in grid-forming MMC integrated with large-scale renewable generations in deserts ［J］. High Voltage Engineering ， 2025 ， 51 （ 2 ）： 489 - 506 .

舒印彪，赵勇，赵良，等 . “双碳”目标下我国能源电力低碳转型路径［J ］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 5 ）： 1663 - 1671 .

Shu Yinbiao ， Zhao Yong ， Zhao Liang ， et al . Study on low carbon energy transition path toward carbon peak and carbon neutrality ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 5 ）： 1663 - 1671 .

郑衍森，苏黄盛，梁业盈，等 . 风力发电用储能电池技术的发展现状及展望［J］. 电力电容器与无功补偿， 2025 ， 46 （ 4 ）： 1 - 12 .

Zheng Yansen ， Su Huangsheng ， Liang Yeying ， et al . Development status and prospects of energy storage batteries for wind power generation ［J］. Power Capacitor & Reactive Power Compensation ， 2025 ， 46 （ 4 ）： 1 - 12 .

聂保瑞，鞠立伟，杨慧，等 . 计及时空响应特性的电力系统灵活性资源配置优化模型［J］. 电力建设， 2024 ， 45 （ 8 ）： 51 - 61 .

Nie Baorui ， Ju Liwei ， Yang Hui ， et al . Optimization model for flexible resource allocation in power systems considering spatiotemporal response characteristics ［J］. Electric Power Construction ， 2024 ， 45 （ 8 ）： 51 - 61 .

李明，常永康，毛永涛，等 . 高渗透率新能源发电并网变流器跟网/构网型稳定控制技术综述与展望［J］. 高电压技术， 2024 ， 50 （ 11 ）： 4773 - 4788 .

Li Ming ， Chang Yongkang ， Mao Yongtao ， et al . Review and prospect of stability control techniques for grid-following/grid-forming con-verters in high-penetration renewable energy generation ［J］. High Voltage Engineering ， 2024 ， 50 （ 11 ）： 4773 - 4788 .

滕贤亮，谈超，昌力，等 . 高比例新能源电力系统有功功率与频率控制研究综述及展望［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 15 ）： 12 - 35 .

Teng Xianliang ， Tan Chao ， Chang Li ， et al . Review and prospect of research on active power and frequency control in power system with high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 15 ）： 12 - 35 .

王增平，林一峰，王彤，等 . 电力系统继电保护与安全控制面临的挑战与应对措施［J］. 电力系统保护与控制， 2023 ， 51 （ 6 ）： 10 - 20 .

Wang Zengping ， Lin Yifeng ， Wang Tong ， et al . Challenges and countermeasures to power system relay protection and safety control ［J］. Power System Protection and Control ， 2023 ， 51 （ 6 ）： 10 - 20 .

徐式蕴，王一鸣，孙华东，等 . 国外新能源脱网事故对中国电网安全稳定运行的启示［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 13 ）： 1 - 8 .

Xu Shiyun ， Wang Yiming ， Sun Huadong ， et al . Insights from renewable energy outage accidents abroad for secure and stable operation of power grids in China ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 13 ）： 1 - 8 .

郑玉平，吕鹏飞，李斌，等 . 新型电力系统继电保护面临的问题与解决思路［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 22 ）： 3 - 15 .

Zheng Yuping ， Lyu Pengfei ， Li Bin ， et al . Problems faced by relay protection in new power system and their solution ideas ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 22 ）： 3 - 15 .

常仲学，杨忠礼，宋国兵，等 . 正负双序独立控制策略下的逆变型分布式电源不对称故障电流分析［J］. 电力自动化设备， 2018 ， 38 （ 1 ）： 44 - 51 .

Chang Zhongxue ， Yang Zhongli ， Song Guobing ， et al . Analysis on asymmetric fault current characteristics of inverter interfaced distributed generator under positive-sequence and negative-sequence current respective control strategy ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2018 ， 38 （ 1 ）： 44 - 51 .

郑涛，王子鸣，邹芃蓥，等 . 电网对称短路故障时虚拟同步机电流解析计算及影响因素分析［J］. 电网技术， 2023 ， 47 （ 4 ）： 1460 - 1469 .

Zheng Tao ， Wang Ziming ， Zou Pengying ， et al . Fault current calculation and influencing factors analysis of virtual synchronous generator under symmetrical short circuit fault ［J］. Power System Technology ， 2023 ， 47 （ 4 ）： 1460 - 1469 .

于溯，周泽昕，王兴国 . 基于电流复平面的新能源送出线路差动保护适应性分析［J］. 浙江电力， 2025 ， 44 （ 8 ）： 66 - 77 .

Yu Su ， Zhou Zexin ， Wang Xingguo . Adaptability analysis of differential protection for renewable energy outgoing lines based on current complex plane ［J］. Zhejiang Electric Power ， 2025 ， 44 （ 8 ）： 66 - 77 .

李彦宾，贾科，毕天姝，等 . 逆变型电源对距离保护的影响机理分析［J］. 电力系统保护与控制， 2018 ， 46 （ 16 ）： 54 - 59 .

Li Yanbin ， Jia Ke ， Bi Tianshu ， et al . Impact of inverter-interfaced renewable energy generators on distance protection ［J］. Power System Protection and Control ， 2018 ， 46 （ 16 ）： 54 - 59 .

李菁，郑涛，赵裕童，等 . 双馈风电短路电流特性对距离保护的影响分析［J］. 电力系统保护与控制， 2017 ， 45 （ 6 ）： 37 - 47 .

Li Jing ， Zheng Tao ， Zhao Yutong ， et al . Impact of doubly-fed wind system short-circuit current characteristics on the transmission line distance protection ［J］. Power System Protection and Control ， 2017 ， 45 （ 6 ）： 37 - 47 .

陈琳浩，张金华，都劲松，等 . 采用电压极化的比相式距离保护用于双馈式风电场送出线路适用性分析［J］. 电力自动化设备， 2016 ， 36 （ 9 ）： 74 - 79 .

Chen Linhao ， Zhang Jinhua ， Du Jinsong ， et al . Applicability of phase-comparison distance protection based on polarized voltage for outgoing transmission line of DFIG-based wind farm ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2016 ， 36 （ 9 ）： 74 - 79

王兴国，于溯 . 新能源电源送出线路不同类型距离保护动作性能比较［J］. 浙江电力， 2024 ， 43 （ 7 ）： 20 - 28 .

Wang Xingguo ， Yu Su . A comparison of the operational performance of different types of distance protection in new energy power transmission lines ［J］. Zhejiang Electric Power ， 2024 ， 43 （ 7 ）： 20 - 28 .

王兴国，于溯，周泽昕，等 . 新能源电源控制故障响应对交流线路距离保护影响分析［J］. 电网技术， 2024 ， 48 （ 9 ）： 3834 - 3843 .

Wang Xingguo ， Yu Su ， Zhou Zexin ， et al . Action analysis of AC line distance protection considering new energy power control response ［J］. Power System Technology ， 2024 ， 48 （ 9 ）： 3834 - 3843 .

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 .

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 .

樊艳芳，侯俊杰，晁勤，等 . 一种抗暂态超越的集群风电送出线时域方程模型误差修正距离保护［J］. 电力自动化设备， 2018 ， 38 （ 1 ）： 10 - 18 .

Fan Yanfang ， Hou Junjie ， Chao Qin ， et al . Time-domain equation model deviation correction distance protection for cluster wind power transmission line with anti-transient ability ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2018 ， 38 （ 1 ）： 10 - 18 .

裘愉涛，潘武略，倪传坤，等 . 风电场送出线等传变距离保护［J］. 电力系统保护与控制， 2015 ， 43 （ 12 ）： 61 - 66 .

Qiu Yutao ， Pan Wulue ， Ni Chuankun ， et al . Equal transfer process-based distance protection for wind farm outgoing transmission line ［J］. Power System Protection and Control ， 2015 ， 43 （ 12 ）： 61 - 66 .

李振兴，杨梓康，杨桄，等 . 大规模新能源送出线路继电保护关键技术探讨［J］. 浙江电力， 2025 ， 44 （ 10 ）： 10 - 26 .

Li Zhenxing ， Yang Zikang ， Yang Guang ， et al . Key technologies for relay protection of bulk renewable energy transmission lines ［J］. Zhejiang Electric Power ， 2025 ， 44 （ 10 ）： 10 - 26 .

高中德 . 国家电网公司继电保护培训教材［M］. 北京：中国电力出版社， 2009 .

许正亚 . 输电线路新型距离保护［M］. 北京：中国水利水电出版社， 2002 .

朱声石 . 高压电网继电保护原理与技术［M］. 2版 . 北京：中国电力出版社， 1995 .

李勇，李银红，柳焕章，等 . 基于高阻接地距离继电器的零序电流保护选择性提升方案［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 21 ）： 169 - 179 .

Li Yong ， Li Yinhong ， Liu Huanzhang ， et al . Selectivity enhancement scheme for zero-sequence current protection based on distance relay for high-resistance grounding fault ［J ］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 21 ）： 169 - 179 .

GB/T 26864—2011 电力系统继电保护产品动模试验：［S］.

于溯 . 新能源交流送出线路保护适应性分析方法及新原理研究［D］. 北京：中国电力科学研究院， 2024 .

Yu Su . Research on adaptability analysis methods and new principles for protection of AC transmission lines in renewable energy systems ［D］. Beijing ： China Electric Power Research Institute ， 2024 .

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