Algorithme d’identification des défauts pour la protection des réseaux maillés HVDC

Transient-based fault identification algorithm for the protection of meshed HVDC grids

• Auteur / Autrice : Paul Verrax
• Direction : Michel Kieffer, Bertrand Raison, Alberto Bertinato
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Traitement du signal et des images
• Date : Soutenance le 16/04/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des signaux et systèmes (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1974-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Jury : Président / Présidente : Marc Petit
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Poinot, Roberto Benato, Filipe Faria da Silva, Corinne Alonso
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thierry Poinot, Roberto Benato

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réseaux électriques (énergie) -- Protection

Estimation de paramètres

Réseaux électriques d'interconnexion

Mots clés libres

Réseaux HVDC

Protection

Identification des paramètres

HVDC grids

Protection

Parameter estimation

Résumé

La protection des réseaux maillés HVDC se heurte à différents verrous parmi lesquels l’identification fiable et rapide des défauts affectant les lignes du réseau. Cette thèse propose un concept d’algorithme d’identification basé sur l’estimation des paramètres du défaut.Un modèle analytique décrivant l’évolution de la tension et du courant dans la ligne en défaut est développé. Le modèle obtenu dépend explicitement des paramètres du défaut (e.g. la distance et la résistance du défaut). Lorsqu’un défaut est détecté, le relais protégeant la ligne considérée estime les paramètres du défaut, a priori inconnus, à partir des mesures reçues des capteurs les plus proches. Le résultat de l’estimation des paramètres permet de confirmer ou non que la ligne considérée est en défaut. En particulier, un indicateur de confiance évalue la précision des paramètres estimés.La méthode proposée est testée sur un réseau 4 terminaux basé sur des lignes aériennes, implémenté dans un logiciel de simulation des transitoires électromagnétiques. La présence d’inductances de lignes n’est pas requise pour identifier fiablement les défauts. L’algorithme est capable d’identifier la plupart des défauts en utilisant une fenêtre de mesure réduite (moins de 0.5 ms). L’algorithme d’identification peut être intégré dans une stratégie de protection sélective, où chaque élément du réseau est protégé individuellement. La compatibilité de l’approche avec les aspects systèmes tels que le dimensionnement des disjoncteurs ou les spécifications des capteurs est aussi vérifiée.

The protection of meshed HVDC grids comprises many locks, among which the reliable and fast identification of faults affecting the lines of the grid is seen as particularly challenging. The present thesis investigates the concept of a single-ended fault identification algorithm based on the estimation of the fault parameters.A closed-form model of the transient evolution of the voltage and current in a faulty line is first developed. The obtained model depends explicitly on the fault parameters (e.g. the fault distance and resistance) and is thus adaptable to various fault cases. When a fault is suspected at a relay protecting one of the transmission lines, the proposed algorithm estimates the unknown fault parameters based on the received measurements and the developed model. The result of the parameter estimation process allows the relay to confirm or reject that the protected faulty line is faulty or not.In particular, a confidence indicator is employed to evaluate the accuracy of the estimated fault parameters.The proposed method is tested on a 4 station meshed grid based on overhead lines, implemented in Electro-Magnetic Transient software. Contrary to most existing approaches, the presence of DC reactors at the extremity of each lines is not required for the algorithm to distinguish between faults occurring on different transmission lines. The proposed approach is able to identify most of the faults while using a short observation window (less than 0.5 ms long). The fault identification algorithm is thus a good candidate to be used in a selective fault clearing strategy, where each elements of the grid is protected individually. The compliance of the approach with system requirements such as the DC circuit breakers and the sensor specifications is also investigated.