2023-06-18-山东大学-高比例新能源接入条件下配电网保护面临的挑战_17页_2mb

高比例新能源接入条件下配电网保护面临的挑战总结

核心内容

随着高比例新能源（如风能、太阳能）接入配电网，传统电力系统结构和运行特性发生了显著变化，这对配电网的保护策略提出了新的挑战。主要体现在等值建模、故障特征分析、保护适应性、防孤岛保护以及保护与穿越能力的协调等方面。

主要观点

• 高比例新能源接入改变了配电网的形态特征，包括电源类型、运行方式和网络结构。
• 传统保护策略在面对新能源接入后出现适应性问题，需研究新的保护原理和配置方案。
• 新能源接入导致系统惯性、短路容量等关键参数下降，增加了系统稳定性风险。
• 防孤岛保护在新能源并网场景下面临误动、死区等问题，需改进检测方法。
• 保护与低电压穿越能力之间存在矛盾，需统筹协调以提高系统可靠性。

关键信息

01 高比例新能源接入条件下配电网的形态特征

• 主网侧：由100%同步机电源向同步机电源+高比例新能源转变。
• 配网侧：从单一类型、低比例、部分点接入向多类型、高比例、多接入点转变。
• 电源类型：
  • 同步发电机
  • 双馈异步风机
  • 跟网型逆变电源
  • 构网型逆变电源
• 构网型逆变电源：
  • 可模拟同步机行为，自主提供电压和惯量支撑
  • 具备电压源属性，阻尼及输出阻抗可控
  • 对电网有更强的支撑能力
• 跟网型逆变电源：
  • 随着系统电压变化，提供功率
  • 在故障时可能限制故障电流，影响保护动作

02 挑战一：故障等值建模问题

• 传统主网等值方法和配网侧分布式电源等值方法不再适用。
• 需要建立与新能源控制策略相对应的等值模型。
• 弱主网条件下，多类型高比例分布式电源接入配电网的故障等值建模是研究重点。

03 挑战二：故障特征分析问题

• 故障电流和电压呈现双向流动，且具有较大的不确定性。
• 故障特征需考虑三相电压、电流、序电压、序电流、故障分量等。
• PCC、POC点处电压、频率的暂态变化特征与新能源类型、接入比例、故障类型密切相关。
• 传统保护方法难以适应新故障特征，需提出针对性保护新原理。

04 挑战三：保护适应性问题

• 传统三段式电流保护在新能源接入后面临选择性差、动作时间延长等问题。
• 分布式电源侧保护主要依赖防孤岛保护，存在无法及时切除故障电流、重合闸时间长等缺陷。
• 需研究适应多类型高比例新能源接入场景的新型配电网保护原理及配置方案。

05 挑战四：防孤岛保护问题

• 防孤岛保护需区分系统扰动与孤岛运行状态，避免误动。
• 孤岛运行特征受构网控制和低电压穿越控制影响，需深入研究。
• 传统防孤岛检测方法存在死区，需改进孤岛检测方法以适应新场景。

06 挑战五：保护与穿越的协调问题

• 防孤岛保护与低电压穿越能力之间存在矛盾，需统筹协调。
• 低电压穿越要求在2s内不脱网，而防孤岛保护需在2s内解列，存在时间冲突。
• 配电网线路保护、防孤岛保护与故障穿越能力需协调配合，以提高系统可靠性。

总结

高比例新能源接入配电网，使系统在惯性、短路容量、频率稳定性等方面面临严峻挑战。传统保护策略难以适应新场景，需从等值建模、故障特征分析、保护原理设计、孤岛检测方法、保护与穿越协调等方面进行深入研究。未来新型电力系统中，同步机、构网型逆变电源和跟网型逆变电源的共同作用将决定配电网的运行特性，因此，构建适应多类型高比例新能源接入的配电网保护体系至关重要。