基于直流断路器转移支路动态电阻特性的柔性直流输电系统保护动作分析与改进

赵冠琨; 贾科; 王聪博; 宣振文; 毕天姝

doi:10.16081／j.epae.201909013

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基于直流断路器转移支路动态电阻特性的柔性直流输电系统保护动作分析与改进

交直流混联电网保护技术 | 更新时间：2026-06-30

- 基于直流断路器转移支路动态电阻特性的柔性直流输电系统保护动作分析与改进
- Analysis and improvement of protection action of flexible DC transmission system based on dynamic resistance characteristics of DC circuit breaker’s transfer branch
- 电力自动化设备 2019年39卷第9期页码：46-53
- 作者机构：
  
  华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室，北京 102206
- 作者简介：
  
  赵冠琨（1996 —），男，陕西西安人，硕士研究生，主要研究方向为柔性直流电网保护与控制（E-mail：zhaoguankun_ ncepu@163.com）
  贾科（1986 —），男，内蒙古呼和浩特人，教授，博士研究生导师，博士，通信作者，主要研究方向为电力系统保护与控制、新型配电网故障定位与系统自我恢复（E-mail：ke.jia@ncepu.edu.cn）；
  王聪博（1990 —），男，吉林长春人，博士研究生，主要研究方向为柔性直流配电网保护与控制（E-mail：wangcongbo107@163.com）。
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2018YFB0904100);国家电网公司科技项目(SGHB0000KXJS1800685)
- DOI：10.16081／j.epae.201909013
  中图分类号： TM 77;TM 721.1
- 收稿：2019-01-09，
  
  修回：2019-07-18，
  
  纸质出版：2019-09-10
- 稿件说明：
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赵冠琨,贾科,王聪博等.基于直流断路器转移支路动态电阻特性的柔性直流输电系统保护动作分析与改进[J].电力自动化设备,2019,39(09):46-53.

ZHAO Guankun,JIA Ke,WANG Congbo,et al.Analysis and improvement of protection action of flexible DC transmission system based on dynamic resistance characteristics of DC circuit breaker’s transfer branch[J].Electric Power Automation Equipment,2019,39(09):46-53.
赵冠琨,贾科,王聪博等.基于直流断路器转移支路动态电阻特性的柔性直流输电系统保护动作分析与改进[J].电力自动化设备,2019,39(09):46-53. DOI： 10.16081／j.epae.201909013.

ZHAO Guankun,JIA Ke,WANG Congbo,et al.Analysis and improvement of protection action of flexible DC transmission system based on dynamic resistance characteristics of DC circuit breaker’s transfer branch[J].Electric Power Automation Equipment,2019,39(09):46-53. DOI： 10.16081／j.epae.201909013.

摘要

当直流断路器通过其各支路间的换流清除故障电流时，会导致系统的故障暂态电气量发生变化。现有直流保护在进行原理设计时大多未考虑直流断路器动作特性的影响，因而有可能不正确动作。因此对于柔性直流输电系统，分析了直流短路故障过程中直流断路器的动作特性，给出了考虑直流断路器各换流支路故障电流熄灭特性的短路电流解析表达式，验证了现有的电流微分保护、低压过流保护以及差动保护的动作适应性，进而提出一种基于电流积分值的保护算法，解决了电流微分保护会出现误动的问题并且具有较强的抗过渡电阻和噪声的能力。最后利用PSCAD／EMTDC电磁暂态仿真软件搭建 ±320 kV双端柔性直流输电系统模型，仿真结果验证了理论分析的正确性和保护算法的适用性。

Abstract

When the DC circuit breaker clears the fault current through the commutation between its branches，the fault transient electrical quantity of the system will change. The influence of DC circuit breaker’s action characteristics is not considered in the principle design of existing DC protection，which may cause the misoperation of the existing DC protection. Therefore for flexible HVDC（High Voltage Direct Current） system，the action characteristic of DC circuit breaker during DC short circuit fault is analyzed，the short circuit current analytical expression considering quench characteristics of fault current in each flow branch of DC circuit breaker is given，the applicability of existing current differential protection，low voltage over-current protection and differential protection is verified，and then a protection algorithm based on the current integral value is proposed，which solves the misoperation problems of the current differential protection with strong ability to resist the transition resistance and noise. Finally，a ±320 kV double-terminal flexible DC transmission system model is established by PSCAD／EMTDC electromagnetic transient simulation software. The simulative results verify the correctness of theoretical analysis and the applicability of the proposed protection algorithm.

关键词

Keywords

references

李斌，何佳伟，李晔，等 . 多端柔性直流系统直流故障保护方案［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 17 ）： 4627 - 4636 .

LI Bin ， HE Jiawei ， LI Ye ， et al ． DC fault protection strategy for the flexible multi-terminal DC system ［J］． Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 17 ）： 4627 - 4636 .

刘剑，邰能灵，范春菊，等 . 柔性直流输电线路故障处理与保护技术评述［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 20 ）： 158 - 167 .

LIU Jian ， TAI Nengling ， FAN Chunju ， et al ． Comments on fault handling and protection technology for VSC-HVDC transmission lines ［J］． Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 20 ）： 158 - 167 .

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 .

刘程卓，王渝红，龚鸿，等 . 一种适用于混合式高压直流断路器负载换流开关的新型缓冲电路［J］. 电力自动化设备， 2018 ， 38 （ 3 ）： 205 - 209，217 .

LIU Chengzhuo ， WANG Yuhong ， GONG Hong ， et al . Novel snubber circuit for load commutation switch of hybrid HVDC breaker ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2018 ， 38 （ 3 ）： 205 - 209，217 .

刘顺炮，郑建勇，查申森，等 . 基于新型混合式断路器的IGBT缓冲电路研究［J］. 电力自动化设备， 2006 ， 26 （ 3 ）： 31 - 34 .

LIU Shunpao ， ZHENG Jianyong ， ZHA Shensen ， et al . Research on IGBT snubber based on hybrid circuit breaker ［J］． Electric Power Automation Equipment ， 2006 ， 26 （ 3 ）： 31 - 34 .

魏晓光，高冲，罗湘，等 . 柔性直流输电网用新型高压直流断路器设计方案［J］. 电力系统自动化， 2013 ， 37 （ 15 ）： 95 - 102 .

WEI Xiaoguang ， GAO Chong ， LUO Xiang ， et al ． A novel design of high-voltage DC circuit breaker in HVDC flexible transmission grid ［J］． Automation of Electric Power Systems ， 2013 ， 37 （ 15 ）： 95 - 102 .

朱童，余占清，曾嵘，等 . 混合式直流断路器模型及其操作暂态特性研究［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 1 ）： 18 - 30 .

ZHU Tong ， YU Zhanqing ， ZENG Rong ， et al ． Transient model and operation characteristics researches of hybrid DC circuit breaker ［J］． Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 1 ）： 18 - 30 .

赵坚鹏，赵成勇，许建中，等 . 直流电网中超导限流器与高压直流断路器的协调配合方法［J］. 电力自动化设备， 2018 ， 38 （ 11 ）： 121 - 128 .

ZHAO Jianpeng ， ZHAO Chengyong ， XU Jianzhong ， et al . Coordination between superconducting current limiter and high voltage DC circuit breaker in DC grid ［J］． Electric Power Automation Equipment ， 2018 ， 38 （ 11 ）： 121 - 128 .

丁骁，汤广福，韩民晓，等 . 柔性直流电网用混合式高压直流断路器特征参数提取及应用［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 1 ）： 309 - 319，369 .

DING Xiao ， TANG Guangfu ， HAN Minxiao ， et al ． Characteristic parameters extraction and application of　the hybrid DC circuit breaker in MMC-HVDC ［J］． Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 1 ）： 309 - 319，369 .

SNEATH J ， RAJAPAKSE A D . Fault detection and interrup-tion in an earthed HVDC grid using ROCOV and hybrid DC breakers ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2016 ， 31 （ 3 ）： 973 - 981 .

LI W ， MONTI A ， PONCI F . Fault detection and classification in medium voltage DC shipboard power systems with wavelets and artificial neural networks ［J］. IEEE Transactions on Instrumentation & Measurement ， 2014 ， 63 （ 11 ）： 2651 - 2665 .

李斌，何佳伟，李晔，等 . 基于边界特性的多端柔性直流配电系统单端量保护方案［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 21 ）： 5741 - 5749 .

LI Bin ， HE Jiawei ， LI Hua ， et al . Single-ended protection sche-me based on boundary characteristic for the multi-terminal VSC-based DC distribution system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 21 ）： 5741 - 5749 .

邢鲁华，陈青，高湛军 . 基于电压和电流突变量方向的高压直流输电线路保护原理［J］. 电力系统自动化， 2013 ， 37 （ 6 ）： 107 - 113 .

XING Luhua ， CHEN Qing ， GAO Zhanjun . A new protection principle for HVDC transmission lines based on directions of fault components of voltage and current ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2013 ， 37 （ 6 ）： 107 - 113 .

张颖，邰能灵，徐斌 . 高压直流线路纵联行波方向保护［J］. 电力系统自动化， 2012 ， 36 （ 21 ）： 77 - 80 ．

ZHANG Ying ， TAI Nengling ， XU Bin . Travelling wave based pilot directional protection for HVDC line ［J］． Automation of Electric Power Systems ， 2012 ， 36 （ 21 ）： 77 - 80 ．

许烽，李继红，朱承治，等 . 直流断路器对直流电网过电压特性的影响分析［J］. 浙江电力， 2017 ， 36 （ 9 ）： 13 - 18 .

XU Feng ， LI Jihong ， ZHU Chengzhi ， et al ． Analysis on the influence of DC circuit breaker on the over-voltage characteristics of DC grid ［J］． Zhejiang Electric Power ， 2017 ， 36 （ 9 ）： 13 - 18 .

MOKHBERDORAN A ， SILVA N ， LEITE H ， et al . A direc-tional protection strategy for multi-terminal VSC-HVDC grids ［C］∥ 2016 IEEE 16th International Conference on Environment and Electrical Engineering . Florence，Italy ： IEEE ， 2016 ： 1 - 6 .

孙吉波，王宇，刘崇茹，等 . 基于MMC的多端直流电网双极短路故障电流计算［J］. 电力自动化设备， 2018 ， 38 （ 11 ）： 72 - 78 .

SUN Jibo ， WANG Yu ， LIU Chongru ， et al . Pole-to-pole short circuit current calculation of multi-terminal DC grid based on MMC ［J］． Electric Power Automation Equipment ， 2018 ， 38 （ 11 ）： 72 - 78 .

丁骁，汤广福，韩民晓，等 . IGBT串联阀混合式高压直流断路器分断应力分析［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 6 ）： 1846 - 1856，1922 .

DING Xiao ， TANG Guangfu ， HAN Minxiao ， et al ． Analysis of the turn-off stress on hybrid DC circuit breaker with IGBT series valve ［J］． Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 6 ）： 1846 - 1856，1922 .

HÄFNER J ， JACOBSON B ． Proactive hybrid HVDC breakers-a key innovation for reliable HVDC grids ［C］∥ Proceedings of the International Council on Large Electric System ． Bologna，Italy ： CIGRE ， 2011 ： 264 - 272 ．

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