关键词:
配电网线路保护
高比例光伏
适应性分析
电流波形特征
适配控制响应
摘要:
“双碳”战略目标下,配电系统作为联结输电网和负荷终端的关键一环,发展为高比例分布式电源、高比例电力电子化设备的新型配电系统是必然趋势。新型配电网故障特征发生深刻变化,对基于同步机特性运行的传统继电保护原理产生深刻影响,配电网的现有继电保护体系面临严峻挑战,主要体现在故障特征难以认知和继电保护难以适应两个方面。
新型配电系统的高比例新能源、高度电力电子化,加之复杂多样的变流器并网控制策略,使得网络故障响应过程具有显著的非线性特征,仅使用传统交流电网的线性分析方法难以厘清新能源电源故障特性,不足以支撑未来电力系统的故障分析。新型配电系统故障特征迥异于传统同步电源,现有交流继电保护原理将面临适应性不足的问题,亟需在各类典型场景下分析保护性能,研究保护适应性边界的定量评估方法,针对性地提升保护性能并展开保护新原理的研究。
本文以含高比例光伏电源的配电系统为核心,立足配电网继电保护发展现状,从光伏电源故障特性认知、保护适应边界、适配控制响应规律的单端和双端继电保护几个方面展开,具体创新成果如下:
(1)基于光伏逆变器的故障应对策略,探明了不同故障程度下光伏电源故障特征,及其与传统同步电源故障电流之间的本质差异,研究了阶段式电流保护在新能源高比例接入场景下性能下降的机理,分析并仿真验证了助增、外汲和反流场景下的电流保护适应边界。
(2)针对高比例光伏反向故障电流使过流保护误动的问题,提出了基于电流波形畸变特征的单端量方向保护原理。挖掘光伏与同步发电机的故障电流特征差异,研究了故障电流畸变特征的提取方法,即对故障电流求导以放大波形特征差异,提出基于故障电流波形畸变特征的方向闭锁判据。该判据不依赖电压互感器,能够实现不同并网逆变器控制策略和不同运行状态下故障方向的可靠判别。
(3)针对高比例配网场景下工频量纵联保护性能降低的问题,提出了基于主频分量衰减系数的双端保护新原理。明晰配网线路双端电源性质不同导致的故障暂态响应差异,研究基于Prony算法的波形衰减分量提取方法。提出基于衰减系数比值的保护判据,在不同故障类型和故障位置下能可靠区分区内、外故障。