高比例新能源接入条件下配电网保护面临的挑战-山东大学高厚磊_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

一、核心内容概述

随着高比例新能源（如风能、太阳能）的接入，配电网的形态和运行特性发生了显著变化，对传统保护方式提出了新的挑战。本文围绕高比例新能源接入条件下配电网的形态特征、故障等值建模、故障特征分析、保护适应性、防孤岛保护以及保护与穿越的协调问题展开分析，旨在探讨新型电力系统中配电网保护面临的关键问题及应对策略。

二、配电网形态特征

1. 电源类型变化

• 同步发电机：传统电源，提供系统惯性与短路容量。
• 双馈异步风机：具备一定的惯性支撑能力。
• 跟网型逆变电源：依赖外部电压运行，无惯性支撑。
• 构网型逆变电源：可模拟同步机行为，自主提供电压与惯量支撑，具备更强的电网支撑能力。

2. 配电网侧变化

• 从单一类型、低比例、部分点接入，演变为多类型、高比例、多接入点。
• 电网从强主网向弱主网转变，系统惯性、强度和短路容量显著下降。

3. 控制策略

• 跟网型控制策略：如下垂控制、虚拟同步机控制（VSG）。
• 故障穿越控制策略：如转跟网型控制、附加虚拟阻抗控制。

三、主要挑战分析

1. 挑战一：故障等值建模问题

• 传统主网等值方法及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匹配的等值模型，尤其适用于弱主网条件下多类型高比例DG接入场景。

2. 挑战二：故障特征分析问题

• 高比例新能源接入改变了故障电流的幅值与相位特性，传统分析方法无法准确反映。
• 需要研究故障全网络内三相电压、电流、序电压、序电流、故障分量等分布特征。
• 需要分析PCC、POC点处电压、频率的暂态变化，以及其与新能源类型、接入比例、故障类型的关系。

3. 挑战三：保护适应性问题

• 传统三段式电流保护因故障电流双向流动、幅值与相位不确定性而失效。
• 分布式电源侧保护未专门配置，依赖防孤岛保护，存在动作延迟与误判问题。
• 需要研究基于通信的双端量保护，如幅值比较、方向比较、电流差动纵联保护等，以提高保护的适应性。

4. 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，否则易引发新能源脱网事故。
• 构网型控制减少了频率/电压变化，影响孤岛检测的准确性。
• 防孤岛保护与低电压穿越控制存在冲突，需进一步研究适应多类型高比例新能源接入的孤岛检测方法。

5. 挑战五：保护与穿越的协调问题

• 防孤岛保护动作慢可能导致配电网线路保护无法及时切除故障，影响重合闸性能。
• 低电压穿越要求在2秒内不脱网，而防孤岛保护需在2秒内解列，两者协调难度大。
• 需统筹协调配电网线路保护、防孤岛保护与低电压穿越能力，以提升系统可靠性。

四、关键信息总结

• 配电网形态：由同步机主导向构网型与跟网型逆变电源主导转变，系统惯性与短路容量下降。
• 等值建模：需建立与新能源控制策略对应的等值模型，适应弱主网条件。
• 故障特征：传统分析方法失效，需研究全网络内电气量分布与暂态特性。
• 保护适应性：传统保护方式难以应对双向潮流与不确定性，需探索新型保护原理与配置方案。
• 防孤岛保护：需解决系统扰动与孤岛运行状态的识别问题，提升检测准确性。
• 协调问题：需实现线路保护、防孤岛保护与低电压穿越能力之间的有效协调，避免保护误动或脱网事故。

五、研究方向

• 研究弱主网条件下多类型高比例DG接入的故障等值模型。
• 探索适应新能源接入的故障特征分析方法。
• 开发新型配电网保护原理与配置方案。
• 研究适应多类型新能源接入的孤岛检测方法。
• 协调配电网线路保护、防孤岛保护与低电压穿越能力，提升系统稳定性与安全性。