新型電力系統(tǒng)線路保護適應性2隨著我國明確提出“雙碳”戰(zhàn)略目標，風光等新能源發(fā)電占比逐步提高，新能源大規(guī)模接入、柔性直流/低頻輸電外送等技術快速發(fā)展。電力系統(tǒng)展現(xiàn)出高度電力電子化的低慣量、非線性特征，電網(wǎng)運行特性、故障特征發(fā)生顯著變化，給傳統(tǒng)繼電保護造成全新挑戰(zhàn)。西北電網(wǎng)西藏電網(wǎng)特高壓交流→常規(guī)直流東北電網(wǎng)華北電網(wǎng)華中電網(wǎng)南方電網(wǎng)以同步旋轉電源為基礎，以集中阻抗等效，依據(jù)穩(wěn)態(tài)量判定的原有保護控制方法不能解決電網(wǎng)新挑戰(zhàn)，安全難以保障!突破適應“源網(wǎng)荷”故障特性與保護需求轉變的繼電保護技術!5二、分布式光伏接入的配電網(wǎng)電流保護配電網(wǎng)“分布式電源多點接入、故障電流雙向流動、控制方式復雜多變”,傳統(tǒng)保護配置難以滿足更高占比分布式電源接入下的動作選擇性要求。亟需一種以新能源接入容量為指標的保護適用邊界定量計算方法，以保障電網(wǎng)的安全運行!變電站速斷，60A,0.2s變電站速斷，60A,0.2s過流：400A,1s過流：440A,1s斷路器斷路器過流：480A,1s2.1分布式光伏接入的配電網(wǎng)電流保護適應邊界計算2.1分布式光伏接入的配電網(wǎng)電流保護適應邊界計算以配電網(wǎng)光伏總準入容量作為評價指標，進行電流保護適用邊界的分析；推導了電流保護與光伏容量間的映射關系，并得到電流保護適用的約束條件。(大小方式差異增大)計算模型與計算方法開始計算模型與計算方法開始數(shù)學模型目標函數(shù)數(shù)學模型目標函數(shù)maxF=Spv?+SPv?…+SPvn初始化每個粒子的位置和迪度計算得博每個粒子的適應度值我創(chuàng)個體最優(yōu)和全場最優(yōu)約束條件粒子群約束條件設定修正值為上限值利用系統(tǒng)級故障電旅計算得到每個粒子的新適應度值束束找到全局最優(yōu)結束2.1分布式光伏接入的配電網(wǎng)電流保護適應邊界計算2.1分布式光伏接入的配電網(wǎng)電流保護適應邊界計算■電流保護的適用邊界分析方法仿真驗證保護CB?(II段)正確動作CB?(IⅢ段)不誤動CB?(I段)不誤動BF饋線2光伏總容量饋線12.1分布式光伏接入的配電網(wǎng)電流保護適應邊界計算2.1分布式光伏接入的配電網(wǎng)電流保護適應邊界計算為消除光伏饋出反向電流使電流保護無選擇性誤動，可以在電流保護中引入方向判據(jù)；當故障位置、光伏容量、光伏并網(wǎng)點電壓跌落程度變化時，光伏的等效阻抗隨之變化，從而影響傳統(tǒng)功率方向元件的適用性。功率方向元件判據(jù)功率方向元件判據(jù)2.1分布式光伏接入的配電網(wǎng)電流保護適應邊界計算2.1分布式光伏接入的配電網(wǎng)電流保護適應邊界計算CB?方向元件測量阻抗角mnem=-tmz2--m(Zmc+Z:/Zm)C?(Rpc,Xpc)Rn+(42+2RcR)(2Rc+2R.)+Xm+R功率方向元件的約束模型Rpe(9)以線路阻抗角為90°為例，方向元件的于區(qū)域I和區(qū)域IⅡ時，CB?的方向元件反向誤動；光伏等效阻抗位于區(qū)域Ⅲ和區(qū)域IV時，方向元件不誤動。112.1分布式光伏接入的配電網(wǎng)電流保護適應邊界計算2.1分布式光伏接入的配電網(wǎng)電流保護適應邊界計算當光伏容量一定時，光伏正序等效阻抗受并網(wǎng)點電壓影響，其與阻抗允許波動區(qū)域的交點方向電流保護適用邊界計算模型：以光伏最大準入容量為目標函數(shù)，以三段式電流保護靈002.1分布式光伏接入的配電網(wǎng)電流保護適應邊界計算2.1分布式光伏接入的配電網(wǎng)電流保護適應邊界計算(AB中點故障)保護阻抗角CB?(I段)正確動作CB?(IⅢ段)不誤動CB?(I段)不誤動(AE距A節(jié)點310m故障)保護阻抗角CB?(I段)誤動CB?(I段)誤動CB?I段)動作對于中性點不接地的電網(wǎng)，系統(tǒng)不對稱運行狀態(tài)下存在負序電壓和負序電流，作用于逆變器控制環(huán)節(jié)會產(chǎn)生倍頻分量，影響控制穩(wěn)定性和電容器壽命。因此，光伏逆變器采用抑制負序電流計算式：4暫態(tài)量提取算法：小波變換利用特征頻率(尺度參數(shù))和時間位置(位移參數(shù))可變的當正向故障時，電壓電流暫態(tài)量極性相反；反向故障時，電壓電流暫態(tài)量極性相同。因0.480.4860.48-3.48-3.480.48600.48二、分布式光伏接入的配電網(wǎng)電流保護二、分布式光伏接入的配電網(wǎng)電流保護三、新能源集群并網(wǎng)線路的距離保護新能源“新能源“故障電流多頻帶、等值阻抗強時變、并網(wǎng)線路結構復雜”,傳統(tǒng)交流線路保護原理難以實現(xiàn)靈敏可靠動作。作為電網(wǎng)安全第一道防線，繼電保護亟需實現(xiàn)原理性革新!20ms架空線-電纜混聯(lián)大規(guī)模新能源基地并網(wǎng)拓撲電阻(Ω)3.1傳統(tǒng)距離保護在新能源送出線路上的動作性能DFIG定子短路電流由衰減的直流分量、穩(wěn)態(tài)的工頻分量以及衰減的轉速頻率分量三部分組成：直流分量穩(wěn)態(tài)的工頻分量轉速頻率分量電壓降落至0p.u.電壓降落至0.8p.u.雙饋風電場1定子電流A定子電流A00003.1傳統(tǒng)距離保護在新能源送出線路上的動作性能3.1傳統(tǒng)距離保護在新能源送出線路上的動作性能電料限14怖電單勒電場電料限14怖電單勒電場無頻偏情況無頻偏情況20r20r盒盒電流幅值和相位—→比相式距離有頻偏情況有頻偏情況4008電流幅值和相位比相式距離測量阻抗具有時變特性，傳統(tǒng)基于工頻分量的距離保護均會存在誤動、拒動風險。193.1傳統(tǒng)距離保護在新能源送出線路上的動作性能3.1傳統(tǒng)距離保護在新能源送出線路上的動作性能以正序電壓為極化電壓的比相式距離保護：正向故障時，動作圓向第三象限偏移Z?/2,保證出口近端故障無死區(qū)；反向故障時，動作圓向第一象限偏移Zset,保證反向故障可靠不動作。在工程實際中得到廣泛應用(南瑞科技、南瑞繼保)。反向故障：3.1傳統(tǒng)距離保護在新能源送出線路上的3.1傳統(tǒng)距離保護在新能源送出線路上的動作性能區(qū)內(nèi)相間故障時：比相結果處于拒動邊緣(接近270°);區(qū)外相間故障時：比相結果處于誤動邊緣(接近90°),加入20dB的高斯白噪聲，保護便會進入動作區(qū)間，說明比相式相正向區(qū)外BC相間繼電器BC石阿逐電器正向區(qū)外BC相間繼電器BC石阿逐電器正向區(qū)內(nèi)3.2適用于新能源并網(wǎng)線路的快速時域距離保護3.2適用于新能源并網(wǎng)線路的快速時域距離保護基于阻感模型的時域微分方程故障測距方法集中參數(shù)模型時域集中參數(shù)模型時域方程最小二乘模型誤差：集中參數(shù)模型忽略線路分布電容，導致穩(wěn)態(tài)的原理誤差。算法誤差：差分代替微分，產(chǎn)生計算誤差，特別是在故障初期的暫態(tài)過程時影響最大。保證計算穩(wěn)定性的同時加快計算收斂速度。提出基于泰勒展開拉格朗日余項的模型誤差分析方法，精準計算R-L方程忽略分布電容引阻感模型忽略線路分布電容帶來正向誤差，可能會導致距離保護拒動!測距式距離保護允許誤差：Ea(n,x)=|k?×1,-x|550線路長度/km線路長度/km差分計算誤差差分計算誤差正弦10廠時間/×10三阻感模型擬合誤差分析阻感模型擬合誤差分析AA時問/s離離擬合實時計算待求系數(shù)及對應擬合誤差：擬答算穩(wěn)判據(jù)歷史權重累積故障判定擬答算穩(wěn)判據(jù)歷史權重累積故障判定通過擬合誤差判定擬合計算是否開始進入穩(wěn)態(tài)當判定計算開始進入穩(wěn)態(tài)時，構建擬合誤差權重矩陣對歷史數(shù)據(jù)進行累積：達到穩(wěn)態(tài)前輸出達到穩(wěn)態(tài)后輸出穩(wěn)態(tài)后擬合誤差權重矩陣：基于擬合誤差的權重分配傳統(tǒng)時域距離算法數(shù)據(jù)窗越長，計算結果波動越小，穩(wěn)定性越強，但同時收斂速度變慢；傳統(tǒng)傳統(tǒng)R-L算法傅氏算法所提算法實際故障距離33多種保護原理效果對比不同時間窗長對比度越快；但是所提方法在典型采樣率下的測距抗噪能力分析：相比于傳統(tǒng)RL算法，所提快速時域距離算法在加快計算收斂的同時保證了穩(wěn)一5NR-30實際故障距離3333不同采樣頻率對比抗噪聲能力驗證面向裝置開發(fā)，分析了面向裝置開發(fā)，分析了整型運算零序舍入偏差與測距誤差間的影響機理，引入電壓閉鎖判據(jù)消除正常運行的誤動問題；裝置研制與示范應用在環(huán)測試主變T135kV各種區(qū)內(nèi)故障情況下，保護動作時間均小于25ms。?雙饋風電場況下，保護均能3.2適用于新能源并網(wǎng)線路的快速時域距離保護裝置研制與示范應用韓莊變電站35kV一豐臺風電場豐臺風電場北板橋變電站天津豐臺風電場天津豐臺風電場裝機容量為50MW,共裝設9站內(nèi)設一臺53MVA主變通過1回110kV線路T接至韓板線110kV線路。年等效利用小時數(shù)為小豐臺風電場寧河變電站寧河變電站?快速時域距離保護裝置區(qū)內(nèi)故障：不受新能原頻偏、弱饋特性豐臺風電場韓莊變電站北板析變電站民生負有區(qū)外故障：可靠不動，縮小停電范圍，豐臺風電場韓莊