新型电力系统保护新技术研究与实践-国网南瑞_47页_16mb

新型电力系统保护新技术研究与实践总结

核心内容

本研究聚焦于新型电力系统中继电保护技术的适应性分析与性能提升，提出不依赖电源特性的保护新原理，并开展相关保护技术的实践应用。新型电力系统的主要特征包括高比例新能源和电力电子设备的接入，这导致传统继电保护技术面临诸多挑战，如灵敏性不足、可靠性下降、快速性受限等。

主要观点

• 新型电力系统中，新能源和电力电子设备的弱支撑性和低抗扰性，使故障响应过程不确定性增强，连锁反应风险突出，对继电保护的灵敏性、快速性和可靠性提出了更高要求。
• 传统基于同步机特性的继电保护理论已无法适应新型电力系统，需建立新的保护原理以应对故障特征的变化。
• 提出基于模型识别的保护方法，能够准确区分故障与非故障状态，不受电源特性影响，提升保护性能。

关键信息

1. 新型电力系统保护面临的挑战

• 故障特征变化：新能源和电力电子设备接入改变了故障电流的幅值、相位、频率和阻抗特性，使得传统保护原理失效。
• 案例分析：
  • 某直驱风电+光伏交流送出线路邻线故障，距离保护误动。
  • 某330kV线路人工短路试验中，距离保护拒动。
  • 如东海上风电经柔直送出系统中，距离保护存在误动、拒动风险。
  • 渝鄂背靠背柔直系统中，交流线路和母线保护灵敏度不足。
  • 风电经柔直送出系统中，两侧为电力电子设备，差动保护灵敏性不足。
  • 柔性低频输电系统中，两侧M3C提供穿越性故障电流，差动保护灵敏性不足。
• 保护性能问题：
  • 变压器比率差动保护易受二次谐波影响，动作缓慢。
  • 电力电子设备接入导致故障电流受限，呈现弱馈和受控特性。
  • 高频谐波和频率偏移影响保护性能。

2. 现有保护适应性分析及性能提升技术

• 距离保护：
  • 传统比相式距离保护在电力电子电源下易误动或拒动。
  • 提出基于正序电压极化的距离保护方法，利用故障初瞬时域信息，构建自适应距离保护方法。
  • 在电力电子设备接入情况下，距离保护动作性能得到提升。
• 差动保护：
  • 基于幅相平面的差动保护方法可提升灵敏性，解决电力电子设备接入导致的灵敏性不足问题。
  • 在轻微匝间故障时，差动保护仍可快速动作，不受二次谐波影响。
• 变压器保护：
  • 提出基于励磁电感参数识别的变压器保护原理，无需设置励磁涌流判据，能够准确识别内部故障和涌流。
  • 通过最小二乘法求解励磁电感，构建保护判据，提升保护速动性和灵敏性。
• 电抗器保护：
  • 基于电抗器等效励磁电感构造保护判据，建立时域方程，提升保护性能。

3. 不依赖电源特性的保护新原理

• 线路保护：
  • 提出基于时域信息的线路距离保护方法，不受新能源电源相位突变、弱馈和频偏等特性影响。
  • 通过模型识别方法，构建纵联保护，利用线路双端电气量构建等效模型，区分区内外故障。
• 变压器保护：
  • 利用励磁电感的特征，构建保护判据，准确识别内部故障和涌流。
  • 保护动作时间短，可达10ms左右。
• 电抗器保护：
  • 基于电抗器等效励磁电感构造保护原理，不受新型电力系统电源特性影响。

4. 保护新技术实践应用

• 时域距离保护：
  • 通过离散化模型，实时修正模型误差，提升测距精度和算法收敛速度。
  • 适用于风电送出线路，不受频偏和谐波影响。
• 纵联保护：
  • 利用模型识别方法，构建基于时域阻抗的纵联保护，区分区内外故障。
  • 在高阻故障下仍具有较高灵敏性。
• 变压器保护：
  • 通过励磁电感识别，实现变压器内部故障和涌流的准确识别。
  • 在轻微匝间故障下仍可快速动作。
• 电抗器保护：
  • 基于电抗器等效励磁电感，构建保护判据，提升保护性能。

技术路线与实现参数

• 技术路线：
  • 从依赖电源特性向不依赖电源特性过渡，利用模型识别和参数变化进行故障判断。
• 实现参数：
  • 线路模型：RL集中参数模型
  • 采样率：2.4K（48点/周）
  • 计算窗长：5ms（12点）
  • 计算方法：加权算法
  • 定值整定：与现有保护一致

总结与展望

本研究通过理论分析和实际案例验证，提出了多种新型继电保护技术，包括基于时域信息的距离保护、基于模型识别的纵联保护、基于励磁电感的变压器保护以及基于电抗器等效电感的保护原理。这些技术在新型电力系统中表现出良好的适应性、灵敏性和快速性，有助于提升电网安全运行水平。未来，随着新能源和电力电子设备的进一步发展，需持续优化保护算法，提高计算效率，增强保护系统的智能化水平。