近日，信息學院智慧電力科學中心（CiPES）劉宇課題組在電力系統保護及輸配電領域國際權威期刊IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY發表題為“Improved Dynamic State Estimation Based Protection on Transmission Lines in MMC-HVDC Grids”的研究論文，提出了一項針對柔性直流電網輸電線路的新型繼電保護方法。
柔性直流電網可實現大規模可再生能源的高效、靈活消納，是實現“碳達峰、碳中和”目標的重要科技手段之一。柔性直流電網具有慣性小、阻尼低等特性，故障期間電流會迅速增大。囙此，要求繼電保護裝置依據線路端點電壓電流實时測量值，在故障發生後數毫秒內切除故障線路，以保障柔性直流電網的安全穩定運行。此外，繼電保護裝置還應僅在本線路故障時靈敏可靠動作，而在其他線路故障時可靠不動作，以最小化電網停電範圍。以上要求給柔性直流電網線路繼電保護帶來了很大的挑戰。
為了進一步提升柔性直流電網線路繼電保護的動作速度與可靠性，劉宇課題組提出了一種改進的基於動態狀態估計的繼電保護方案。傳統的電力系統動態狀態估計往往針對機電暫態過程，其假設控制變數為常數、電力量處於正弦穩態等；本研究將動態狀態估計拓展至電磁暫態過程，針對更小的時間尺度，更加精細地描述柔性直流電網線路的故障暫態特性。與現有方法相比，新方法構建了輸電線路精確動態模型，並選取“線模”動態模型以降低線路頻變參數特性的影響；提出了一種考慮控制變數動態特性的改進龍格庫塔離散化方法，能够顯著减小動態模型的離散化誤差。此外，新方法還系統性地考慮估計誤差的統計規律，並離線計算誤差協方差矩陣，保證算灋的實时性。
實驗結果表明，與現有的基於動態狀態估計的保護方法相比，新方法能够更快速地識別並且隔離區內故障，同時對於嚴重的區外故障能够可靠不誤動。與現有基於貝瑞龍模型的差動保護相比，新方法有更强的抗雜訊能力。同時，新方法相容現有裝置10千赫茲的較低採樣頻率，並滿足繼電保護的實时性要求。
信息學院2020級博士研究生王冰林為論文第一作者，劉宇教授為通訊作者，上海科技大學為第一完成單位。
論文連結：https://ieeexplore.ieee.org/document/9629249
圖|論文新方法與現有方法對比