上海交大：新型電力系統(tǒng)故障暫態(tài)電氣量頻域特征及其應用

電力能源青羊純壇新型電力系統(tǒng)故障暫態(tài)電氣量頻域特征及其應用2023年3月23日20故障0時刻故障0時刻傳統(tǒng)電力系統(tǒng)故障電氣量演化及保護時序圖距離Ⅱ段距離Ⅱ段保護刀為20ms故障0時刻波過程階段故障0時刻波過程階段保持階段新型電力系統(tǒng)故障電氣量演化及保護時序圖保護暫態(tài)拓撲電磁暫態(tài)距離I段電磁暫態(tài)故障0時刻故障0時刻新型電力系統(tǒng)故障后時序圖保護縱聯工頻變化量保護全線路<10ms③電流差動保護25ms①②距離I段工頻變化量距離近端<10ms,末端<20ms①②電磁暫態(tài)前期電磁暫態(tài)中期電磁暫態(tài)后期固有拓撲響應控制響應階段控制保持階段+故障電流幅值受限+故障電流相位受控對傳統(tǒng)工頻保護造成的影響護動作判據：(a)兩側電流相位差小于90°且幅值相差較大交流系統(tǒng)交流系統(tǒng)交流系統(tǒng)交流系統(tǒng)將M側旋轉電源替換為逆變電源出現明顯差異，定義不對稱故障下零負序電流相位差α來判定故障相，將M側旋轉電源替換為逆變電源對傳統(tǒng)工頻保護造成的影響工頻保護受影響原因可能無法覆蓋本段線路全長電流保護存在拒動風險受柔性直流換流器短路電流幅值受限、相位受控特性影響，柔性直流換流站交流送出線路距離傳統(tǒng)距離保護：用測量阻抗ZAB反映故障距離jX'Zadd:由過渡電阻引起的附加阻抗oz?xxR兩相短路故障時，利用負序網絡逆變側開路特性求取附加阻抗角4ad,進而求取故障位置。保護安裝處零序電流和I故障點零序電流關系!保護安裝處零序電流和故障點零序電流的關系：1e=C?.191兩相接地和a和at/ms中料中料并網點一正序控制統(tǒng)a開關器件的高頻次導通和關斷[1]XiaodongZheng,NenglingTai,ZhongyuWuandJamesThorp,"Harmoniccurrentprotectionschemeforvoltagesourceconverter-basedhigh-voltagedirectcurrenttransmissionsystem,inIETGeneration,Transmission&Distribution,vol.8,no.9,pp.1509-1515,Sep.2014.平波電抗器直流輸電線路換流器直流濾波器平交流系統(tǒng)在直流濾波器特征諧波頻率處，換流器的阻抗達到極小值，濾波器會在直流濾波器峰值頻率處，濾波器阻光伏發(fā)電單元光伏發(fā)電單元Time(ms)幅值(2)工頻分量受換流器控制影響大。工頻測量阻抗ZAB受控制策略影響大逆變器的高頻阻抗受控制影響小逆變器的高頻阻抗受拓撲影響較大適用于高比例光伏配電網的高頻阻抗差動保護結構特點通過380V并網通過10kV并網十故障[1]XiaodongZheng,ChenxuChao,YangWeng,HaiYe,ZhongpingLiu,PiaoGaoandNenglingTai,"High-FrequencyFaultAnalysis-BasedPilotProtectionSchemefora適用于高比例光伏配電網的高頻阻抗差動保護高頻動作阻抗保護判據：內部故障測量M側故障分量電壓否否是側故障分量電壓電流計算M側高頻阻抗Zx測量N側故障分量電壓是側故障分量電壓電流計算N側高頻阻抗Zx是故障識別否區(qū)外故障是本段線路發(fā)生區(qū)內故障[1]XiaodongZheng,ChenxuChao,YangWeng,HaiYe,ZhongpingLiu,PiaoGaoandNenglingTai,"High-FrequencyFaultAnalysis-BasedPilotProtectionSchemeforaDistributionNetworkWithHighPhotovoltaicPenetration,"inIEEETransactionsonSmartGrid,vol.14,no.1,pp.302-314,Jan.2023.適用于高比例光伏配電網的高頻阻抗差動保護由仿真可得：[1]XiaodongZheng,ChenxuChao,YangWeng,HaiYe,ZhongpingLiu,PiaoGaoandNenglingTai,"High-FrequencyFaultAnalysis-BasedPilotProtectionSchemeforaFrequency(Hz)內部故障外部故障過渡電阻的影響(50Ω)Frequency(Hz)過渡電阻的影響(50Ω)Frequency(Hz)(a)變與過渡電阻無關，因此Zv(w)和Zx(w)的幅值和相位受過渡電阻影響較小。高頻阻抗差動保護具有較強的抗過渡電阻Freguency(Hz)故障類型故障位置Zo()(Ω)Zres(w)(2)是否跳閘41.1YesYesfNoNo40.6YesYesYesf12.872.6No故障時刻的影響(故障起始角)不同的故障時刻發(fā)生故障時，高頻電壓和高頻電流會發(fā)生變化，但由于Zv(w)和Zx(w)反映的是背側和對側系統(tǒng)的高頻阻抗，因此ZM(w)和Zx(w)的幅值和相位受故障時刻影響較小。高頻阻抗差動保護不受其影響。ffFrequency(Hz)(a)NoNoNoNoNoNo內部故障外部故障內部故障外部故障控制策略的影響控制策略故障類型故障位置Zo(w)(Ω)Ze(o)(9)是否跳閘43.322.2f43.322.0f?fs43.1YesYesYesf43.222.0ff畫光伏發(fā)畫光伏發(fā)電單元k?M受端電網距離保護拒動、誤動正常運行正常運行暫態(tài)高頻電壓縱聯保護的保護判據：區(qū)內故障時補償電壓差△Uco大于門檻值：;區(qū)外故障時補償電定義△Uco為補償電壓差：保護判據：區(qū)內故障區(qū)外故障測量M側故障分量電壓是測量N側故障分量電壓是流進行頻譜分解區(qū)外故障區(qū)外故障是保護流程AAfkHz△水AfkHzfHzfHzfHz(a)補償系數(b)對比結果故障0時刻故障0時刻高頻阻抗差動保護暫態(tài)高頻電壓縱聯保護波過程基于附加阻抗解析模型的距離保護特征頻帶范圍優(yōu)點基于附加阻抗解析模型的距離保護制保持階段)硬件裝置無