新型电力系统继电保护技术探索与展望报告_41页_2mb

新型电力系统继电保护技术探索与展望总结

核心内容

新型电力系统将以新能源为供应主体，实现电力脱碳，支撑电能广泛替代，服务全社会降碳脱碳。预计到2060年，全国新能源装机占比将超过60%，发电量将超过50%，成为电力供应的主体。新型电力系统将融合交流电技术、大电网与微电网、直流组网等多种组网技术，具备高比例新能源和电力电子设备接入的特征。

主要观点

1. 新型电力系统形态特征：

   • 以新能源和柔直技术为主导，故障特征与传统同步机不同。
   • 故障穿越过程可分为四个阶段：暂态自然响应、本体保护响应、控制器动态响应、控制器稳态控制。
   • 故障电流幅值受限、相位受控，等值序阻抗波动，频率偏移，谐波含量大。

2. 继电保护技术挑战：

   • 故障规律分析困难：新能源和柔直的故障特征复杂，难以提取共性特征。
   • 传统保护技术不足：依赖同步机特性的分析方法不再适用，保护原理受到挑战。
   • 分布式电源影响：配电网拓扑结构复杂，潮流双向流动，传统保护整定配合困难，故障快速隔离和自愈面临挑战。
   • 变压器保护不足：无法有效检测轻微匝间短路或内部严重缺陷，易导致设备损坏甚至起火爆炸。

3. 继电保护新技术探索：

   • 三区域差动保护：利用两端电流幅值与相位关系，提升灵敏度，解决穿越性负荷电流问题。
   • 自适应距离保护：基于暂态信息，动态调整距离保护动作特性，解决故障方向判别和选相问题。
   • 基于脉冲电流和超声的主动保护技术：利用漏磁分布和游离气体特征，实现变压器早期故障辨识。
   • 基于5G通信的配网保护技术：实现快速故障隔离、自愈和数据同步，提升供电可靠性。

关键信息

新型电力系统形态

• 以新能源为供应主体，实现电力脱碳。
• 交流电技术仍是基础，大电网与微电网、直流组网融合发展。
• 高比例新能源和电力电子设备接入，电网呈现复杂性和多样性。

继电保护技术挑战

• 故障规律分析和共性特征提取困难：新能源和柔直故障特征与传统同步机不同，需重新分析。
• 传统保护技术不适应：故障电流受限、相位受控、等效阻抗波动，影响保护灵敏度和可靠性。
• 分布式电源影响配网保护：拓扑结构复杂，潮流双向流动，导致故障隔离和自愈困难。
• 变压器保护不足：无法及时检测轻微匝间短路或内部严重缺陷，存在安全隐患。

继电保护新技术探索

• 三区域差动保护：通过增设模糊区，提升灵敏度。
• 自适应距离保护：基于暂态信息和电压量，动态调整动作特性。
• 主动保护技术：基于漏磁分布、游离气体特征、脉冲电流和超声信号，实现变压器早期故障辨识。
• 基于5G通信的配网保护：实现快速故障隔离和自愈，优化数据同步和流量控制。

总结与展望

总结

• 新能源和柔直的故障特征不同于传统同步机，需重新构建保护理论。
• 差动保护仍是主保护，三区域差动保护提升灵敏度。
• 距离保护面临方向判别、选相和助增问题，需动态调整动作特性。
• 大型变压器主动保护技术提升设备安全运行水平，实现早期故障识别。
• 配网保护技术通过5G通信实现快速隔离和自愈，无需定值整定配合。

展望

• 从依赖到不依赖：构建不依赖电源特性的保护原理，强化主保护。
• 从被动到主动：利用电力电子设备可控性，主动注入和检测信号，提升故障甄别能力。
• 从可模拟到可验证：研究新型电力系统试验场景和保护性能校核技术，构建适应新型系统的保护体系。