信息学院刘宇团队提出柔性直流电网输电线路继电保护新方案

近日，信息学院智慧电气科学中心（CiPES）刘宇课题组在电力系统保护及输配电领域国际权威期刊IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY发表题为“Improved Dynamic State Estimation Based Protection on Transmission Lines in MMC-HVDC Grids”的研究论文，提出了一项针对柔性直流电网输电线路的新型继电保护方法。

柔性直流电网可实现大规模可再生能源的高效、灵活消纳，是实现“碳达峰、碳中和”目标的重要技术手段之一。柔性直流电网具有惯性小、阻尼低等特性，故障期间电流会迅速增大。因此，要求继电保护装置依据线路端点电压电流实时测量值，在故障发生后数毫秒内切除故障线路，以保障柔性直流电网的安全稳定运行。此外，继电保护装置还应仅在本线路故障时灵敏可靠动作，而在其他线路故障时可靠不动作，以最小化电网停电范围。以上要求给柔性直流电网线路继电保护带来了很大的挑战。

为了进一步提升柔性直流电网线路继电保护的动作速度与可靠性，刘宇课题组提出了一种改进的基于动态状态估计的继电保护方案。传统的电力系统动态状态估计往往针对机电暂态过程，其假设控制变量为常数、电气量处于正弦稳态等；本研究将动态状态估计拓展至电磁暂态过程，针对更小的时间尺度，更加精细地描述柔性直流电网线路的故障暂态特性。与现有方法相比，新方法构建了输电线路精确动态模型，并提取“线模”动态模型以降低线路频变参数特性的影响；提出了一种考虑控制变量动态特性的改进龙格库塔离散化方法，能够显著减小动态模型的离散化误差。此外，新方法还系统性地考虑估计误差的统计规律，并离线计算误差协方差矩阵，保证算法的实时性。

实验结果表明，与现有的基于动态状态估计的保护方法相比，新方法能够更快速地识别并且隔离区内故障，同时对于严重的区外故障能够可靠不误动。与现有基于贝瑞龙模型的差动保护相比，新方法有更强的抗噪声能力。同时，新方法兼容现有装置10千赫兹的较低采样频率，并满足继电保护的实时性要求。

信息学院2020级博士研究生王冰林为论文第一作者，刘宇教授为通讯作者，上海科技大学为第一完成单位。

论文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/9629249