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基于电流幅值比的逆变型新能源场站送出线路T接纵联保护
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2021-01-14
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逆变型新能源的内阻抗不稳定、相角受控,因此比率制动式差动保护面临巨大挑战。为解决该问题,提出了基于两侧电流幅值比的纵联保护方法,同时分析了该方法在场站T接情况下的适应性并提出了改进判据。所提方法只需传递标量信号,降低了对通信系统和同步能力的要求,且在重合于永久性故障以及场站失电情况下均能正确动作,原理简单可靠,具备工程应用价值。仿真结果表明所提方法能够正确区分区内外故障,录波数据进一步证实了该方法的有效性。
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第 39 卷 第 12 期
2019 年 12 月
电 力 自 动 化 设 备
Electric Power Automation Equipment
Vol.39 No.12
Dec. 2019
基于电流幅值比的逆变型新能源场站送出线路 T 接纵联保护
贾 科,杨 哲,朱正轩,郑黎明,毕天姝
(华北电力大学 新能源电力系统国家重点实验室,北京 102206)
摘要:逆变型新能源的内阻抗不稳定、相角受控,因此比率制动式差动保护面临巨大挑战。为解决该问题,提
出了基于两侧电流幅值比的纵联保护方法,同时分析了该方法在场站 T 接情况下的适应性并提出了改进判
据。所提方法只需传递标量信号,降低了对通信系统和同步能力的要求,且在重合于永久性故障以及场站失
电情况下均能正确动作,原理简单可靠,具备工程应用价值。仿真结果表明所提方法能够正确区分区内外故
障,录波数据进一步证实了该方法的有效性。
关键词:逆变型电源;继电保护;纵联保护;幅值比;送出线路
中图分类号:TM 77 文献标志码:A DOI:10.16081/j.epae.201912003
0 引言
规模化开发和利用光伏、风电等新能源成为电
力、能源领域的必然发展趋势。由于风能、太阳能丰
富的地区通常远离负荷中心,因此规模化新能源集
中汇集送出接入同步系统成为新能源并网发电的重
要形式
[1]
。送出线路保护的正确动作对于规模化新
能源的高效利用至关重要。
新能源电源包含大量电力电子装置,其故障特
性受控制策略影响,与传统同步电源的故障特性有
着明显区别,主要表现为内阻抗不稳定
[2⁃3]
、相角受
控
[4⁃5]
,因此对传统纵联保护造成了挑战。文献[6]
针对逆变型新能源场站短路容量和系统短路容量比
为 1∶4 时,送出线路发生两相短路的情况,通过仿真
分析得出 C 相两侧电流相角差会大于 90°,从而导致
比率制动式差动保护拒动。文献[7]分析指出光伏
电源短路电流较小时,比率制动式差动保护的动作
电流和制动电流基本相等,这也会影响比率制动式
差动保护的动作性能。
对于逆变型新能源场站送出线路纵联保护的研
究已经取得了一定的成果。文献[8]利用差动电压
与差动电流的一阶导数在区内外故障时是否符合电
容模型,在时域上构造保护原理,然而由于一阶偏导
受高频谐波影响,保护性能稍差。文献[9]根据新能
源故障电流与系统短路电流特性的差异,提出利用
皮尔逊相关系数构成纵联保护新原理,然而该保护
方法对通信要求较高,且在新能源侧电源弱出力(无
风、光运行情况)以及该侧断路器重合闸重合于永久
性故障时,保护无法正确动作。
由此可见,现有适用于逆变型新能源送出线路
的纵联保护方法动作性能有待完善。由于逆变型电
源在故障后经过较短的暂态过程后仍能输出相对稳
定受控的工频电流
[10]
,因此本文提出一种基于工频
全电流幅值比的纵联保护方法。已有学者提出利用
新能源幅值特性构成差动保护,但均是针对配电网
络。文献[11⁃12]利用在配电网中发生区内故障时
新能源短路电流较小而系统侧短路电流较大的特
点,提出了比幅值判据的差动保护方法。文献[13]
分析了配电网不可测分支对于比幅值判据的影响,
并提出了辅助判据以解决发生区外故障时故障点上
游的不可测分支造成保护误动的问题。但上述文献
均没有研究判据在大规模新能源接入远距离输送情
况下的适用性。
本文分析了比幅值判据在逆变型新能源送出线
路上的适用性,该判据解决了规模化新能源接入情
景下发生相间故障时差动保护拒动的问题。同时本
文方法在重合闸于永久性故障时能够正确动作。另
外,针对 T 接场景,对所提方法进行了适应性分析并
提出了改进判据。最后在半实物实时数字仿真器平
台 RTDS(Real Time Digital Simulator)对所提方法
的有效性进行了仿真验证,并进一步利用录波数据
证实了该方法的动作性能。
1 基于电流幅值比的差动保护原理
1.1 基于电流幅值比的差动判据
逆变型新能源场站送出线路主接线如图 1 所
示,逆变型电源经过汇集系统汇集后通过送出线路
将电能传送至同步系统。
图 2 为送出线路发生区内故障时的等效电路
图。图中,E
P
为逆变型新能源场站的等值电动势;E
Q
为同步系统等值电动势;U
f
为故障点电压;Z
P
为逆
变型新能源场站的等效内阻抗;Z
Q
为系统等效内阻
抗;Z
L
为送出线路的总阻抗;λ 为故障点到母线 Q 的
收稿日期:2019-04-20;修回日期:2019-10-08
基金项目:国家重点研发计划资助项目(2016YFB0900203);
国家自然科学基金资助项目(51777071,51407067);中央高
校基本科研业务费专项资金资助项目(2016ZZD01)
Project supported by the National Key R&D Program of
China(2016YFB0900203),the National Natural Science Foun⁃
dation of China(51777071,51407067) and the Fundamental
Research Funds for Central Universities(2016ZZD01)
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