新型電力系統(tǒng)保護(hù)新技術(shù)研究與實(shí)踐-吳通華

雙碳目標(biāo)下能源變革與能源安全ENERGYTRANSITIONANDSECURITYFORCARBONPEAKANDNEUTRALITY國家電網(wǎng)新型電力系統(tǒng)保護(hù)新技術(shù)研究與實(shí)踐吳通華2023年8月13日August13,2023第八屆紫金論電學(xué)術(shù)研討會(huì)第八屆紫金論電學(xué)術(shù)研討會(huì)2023年8月11-13日中國·南京11*-13*August,2023Nanjing·China關(guān)鍵技術(shù)支撐技術(shù)國網(wǎng)經(jīng)研院關(guān)鍵技術(shù)支撐技術(shù)國網(wǎng)經(jīng)研院華北電力大學(xué)國網(wǎng)江蘇電力國網(wǎng)浙江電力國網(wǎng)陜西電力國網(wǎng)福建電力國網(wǎng)山東電力國家電網(wǎng)有限公司“新型電力系統(tǒng)科技攻關(guān)行動(dòng)計(jì)劃”2022專項(xiàng)《新型電力系統(tǒng)繼電保護(hù)體系架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)研究》國網(wǎng)電力科學(xué)研究院牽頭國網(wǎng)電力科學(xué)研究院牽頭理論基礎(chǔ)課題1課題2架構(gòu)支撐支撐課題3支撐新型電力系統(tǒng)繼電保護(hù)新型電力系統(tǒng)繼電保護(hù)241.1新型電力系統(tǒng)形態(tài)1.1新型電力系統(tǒng)形態(tài)Foralongtimeint新能源逐漸在電源結(jié)構(gòu)中占主體地位G變流器交流電網(wǎng)變流器G直流功索/直流功索/新能源及電力電子設(shè)備的弱支撐性和低抗擾性導(dǎo)致故障響應(yīng)過程不確定性更強(qiáng)、連鎖反應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)突出，對(duì)繼電process,whichincreasestheriskofcascadingfailure.Therequirementofrapidandreliablefaultsremovalbecomesincreasinglymore56專等效電源電勢(shì)變化，疊加Zm等值序阻抗波動(dòng)，正負(fù)序0故障電流新能源提供的故障電流受同時(shí)，大量電力電子設(shè)備接入導(dǎo)致故障特征發(fā)生深刻變化，顛覆了傳統(tǒng)基于同步機(jī)特性的繼電保護(hù)理論基礎(chǔ)，現(xiàn)有交流繼電保護(hù)原理難以適應(yīng)，保護(hù)動(dòng)作性能嚴(yán)重下降。2W臣,故博時(shí)創(chuàng)M諧波含量大，雙饋風(fēng)機(jī)故7案例1:某直驅(qū)風(fēng)電+光伏交流送出線路鄰線故障，AClineconnectwithwindpowerandPV風(fēng)電、光伏送出線路故障8ThechallengesofP案例3:如東海上風(fēng)電經(jīng)柔直送出500kV交流線路出口發(fā)faultoccursatAClineofRUDONGOffshorewindpowerVSC-簽案例4:渝鄂背靠背柔性直流因一側(cè)交流電網(wǎng)薄弱，可能出現(xiàn)交duetoweakACpowergridononesideofChongqing-Hubeiback-to-back525宜昌換渝側(cè)橫路電廠萬縣九盤幸節(jié)案例5:風(fēng)電經(jīng)柔直送出系統(tǒng)，送端交流匯集線路故障時(shí)，兩制動(dòng)電流制動(dòng)電流差動(dòng)電流案例6:柔性低頻輸電系統(tǒng)，低頻交流線路故障時(shí)，因兩側(cè)M3CthesensitivityofdifF中低頻降壓工頻升壓工頻系統(tǒng)低頻線路低頻升壓故障后50ms現(xiàn)有保護(hù)的可靠性、靈敏性、快速性面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，由“點(diǎn)”及“面”威脅系統(tǒng)安全運(yùn)行。991現(xiàn)有保護(hù)性能提升技術(shù)1現(xiàn)有保護(hù)性能提升技術(shù)1.2新型電力系統(tǒng)保護(hù)面臨的挑戰(zhàn)新型電力系統(tǒng)保護(hù)面臨的挑戰(zhàn) AdaptabilityofnormalprotectionandtheperformanceimprovementAccordingtothefaultcharacteristicsofNewTypePowerSystems,theadaptabilityofnormalprotectionisanimprovementtechofdifferentialprotectionanddistanceprotection.距離保護(hù)拒動(dòng)、誤動(dòng)問題可靠性問題分析距離保護(hù)可靠性提升技術(shù)速動(dòng)性問題分析傳統(tǒng)比相式距離保護(hù)利用工作電壓和極化電壓的角差判別內(nèi)外部故障。同步機(jī)電源情況下，內(nèi)外部故障區(qū)分明顯；全功率型 直驅(qū)風(fēng)場(chǎng)柔性直流MZReliabilityReliabilityimprovementofdistanceprotectionReliabilityimprovementofdistanceprotection3n3ReliabilityimprovementofdistanceprotectionrejectionormisoperationofAClineinnewenergyorflZ2;方向判別為正向反向擴(kuò)大保護(hù)動(dòng)作范圍線路單端接入電力電子設(shè)備時(shí)，差動(dòng)保護(hù)靈敏度下降，但可以正確動(dòng)作。雙端接入時(shí)，當(dāng)控制策略以維持功率傳送為目標(biāo)時(shí)，穿越性負(fù)荷電流占比大，會(huì)造成全量差動(dòng)保護(hù)靈敏性不足，甚至拒動(dòng)。故障分量電流差動(dòng)靈敏度能滿足要求。connected,thetraversingcurrenthaslargeproportionifthecontrolstrategyisaim故障50ms后，線路兩端電流相量制動(dòng)區(qū)2.3差動(dòng)保護(hù)靈敏性提升技術(shù)制動(dòng)區(qū)2.3差動(dòng)保護(hù)靈敏性提升技術(shù)k?≤|p|≤kg&&≥1差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作&&&靈敏性提升技術(shù)1擴(kuò)展傳統(tǒng)差動(dòng)擴(kuò)展02.3差動(dòng)保護(hù)靈敏性提升技術(shù)2.3差動(dòng)保護(hù)靈敏性提升技術(shù)柔直系統(tǒng)區(qū)內(nèi)(F1)金屬性故障區(qū)外(F2)金屬性故障2.4變壓器保護(hù)速動(dòng)性提升技術(shù)2.4變壓器保護(hù)速動(dòng)性提升技術(shù)2.4變壓器保護(hù)速動(dòng)性提升技術(shù)&&&&Rapidityimprovementoftransformerprotection重人作喻32D x2。)0揮公甘標(biāo)公監(jiān)2.4揮公甘標(biāo)公監(jiān)2.4變壓器保護(hù)速動(dòng)性提升技術(shù)用寫Ae男ewe差動(dòng)保護(hù)10ms左右動(dòng)作異R?L?母線時(shí)域模型RMfLL?R,N,i1M護(hù)對(duì)象拓?fù)浠騾?shù)變化的特征量，構(gòu)建基于模型/參數(shù)識(shí)別的保護(hù)原理，不受電源特性影響。7nUi*本節(jié)技術(shù)由南瑞集團(tuán)(國網(wǎng)電科院)、西安交通大學(xué)、Transmissionlinetime-domaindistanceprotection時(shí)域距離保護(hù)基于線路模型構(gòu)建參數(shù)識(shí)別方程，并在時(shí)域中求解故障信息，實(shí)現(xiàn)故障識(shí)別。該原理本身不受新能源電源相位突principleitselfisnotaffectedbythecharacteristicsofphasemutation,weakfeedandfrequencyoffsetofnefineness,samplingrate,d線路長度Am保證測(cè)距精度和算法收斂速度。lilillllllll計(jì)算窗長：5ms(12點(diǎn))計(jì)算方法：加權(quán)算法線路正序靈敏角線路零序靈敏角厄兩m厄兩m3.2線路時(shí)域距離保護(hù)時(shí)間A時(shí)間時(shí)刻吊時(shí)月區(qū)內(nèi)故障3.3基于模型識(shí)別的縱聯(lián)保護(hù)方法區(qū)內(nèi)故障mnmHiHi利用電容模型誤差Ec判別內(nèi)外部故障：REdd/ g區(qū)外故障區(qū)內(nèi)故障lediledinniL古jCCiEA相模型誤差A(yù)相模型誤差HH變壓器等效電路正常運(yùn)行/外部故障變壓器等效電路正常運(yùn)行/外部故障變壓器等效拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化，亦或等效電路參數(shù)變化，能反映變壓器內(nèi)部故障的本質(zhì)特征。利用變壓器在正?；蚬收蠣顟B(tài)下等效勵(lì)磁電感數(shù)值具有的不同特征，可以提出基于勵(lì)磁電感參數(shù)識(shí)別的保護(hù)新原理。Transformer'sinternalfaultinnatureisthechangeoftopologyorparameter.Thenewprotectionutilizethemagdifferentcharacteristic故障特征分析故障特征分析R‘u內(nèi)部故障MR'J變壓器鐵芯飽和ofmagnetizinginductance.將勵(lì)磁支路微分方程離散化為線性方程組，取短數(shù)據(jù)窗電壓電流LmAL0●內(nèi)部故障時(shí)勵(lì)磁電感較小且無波動(dòng)，均值小于定值，保護(hù)動(dòng)作●區(qū)外故障時(shí)勵(lì)磁電感較大，均值大于定值，保護(hù)不動(dòng)作●勵(lì)磁涌流時(shí)勵(lì)磁電感周期變化，但均值會(huì)大于定值，保護(hù)不動(dòng)作3.4基于勵(lì)磁電感參數(shù)識(shí)別的變壓器保護(hù)原理incaseofminorinterturnshort0河5505443.5基于電感特征的電抗器保護(hù)原理3.5基于電感特征的電抗器保護(hù)原理Thetimedomainequationofthereactormagnetizinginductaninductance,theprotectioncrite電抗器電路拓?fù)浣r(shí)域方程保護(hù)判據(jù)A相動(dòng)作w立IB5%匝間短5%匝間短路故障故障相電感值變化非故障相電感值變化故障相電感值變化非故障相電感值變化T電抗器區(qū)外故障電抗器區(qū)外故障內(nèi)z=:區(qū)內(nèi)故障區(qū)外故障區(qū)內(nèi)故障區(qū)外故障Ω),=lg)“n←←77RHS“ui:Y差動(dòng)導(dǎo)納反映母線對(duì)地過渡電阻其值較小*式開得*0確臨▲雙T#第62De420s保護(hù)新技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用浙江福建4.1設(shè)備研制及應(yīng)用情況DeviceDevelopment浙江福建4.1設(shè)備研制及應(yīng)用情況DeviceDevelopmentandA研制的8類21個(gè)型號(hào)保護(hù)裝置，將在西北、華東、華中、華北、西南電網(wǎng)的8家單位示范應(yīng)用(部分已投示范應(yīng)用裝置研制示范應(yīng)用山東河南山東江蘇陜西江蘇口的湖北湖北線路保護(hù)母線保護(hù)電抗器保護(hù)變壓器保護(hù)心"飛一1中一名心=.·零故=建G…重0se名0ac8重9~x網(wǎng)重蓋?8V??③警44.心"飛一1中一名心=.·零故=建G…重0se名0ac8重9~x網(wǎng)重蓋?8V??③警44.陸上風(fēng)電經(jīng)交流陜西330kV風(fēng)電送出線送出路(尖樊線)變變陸上風(fēng)電送出開封220kV源儀線海上風(fēng)電經(jīng)交流浙江嘉海風(fēng)電場(chǎng)220kV海上風(fēng)電經(jīng)交流福建龍下海上風(fēng)電場(chǎng)臺(tái)變海上升壓站廣鴻2602高消26D1