新能源场站送出线路继电保护原理研究

发布时间：2020-07-11 14:56

【摘要】：新能源电源通过变流器并网,其短路电流受变流器控制策略影响表现出幅值受限、频率非工频、相角受控等与同步发电机截然不同的特性。随着新能源电源大规模集中式并网,电网继电保护面临巨大挑战。论文在分析新能源电力外送系统保护配置与整定方案基础上,获知送出线路场站侧保护配置需求,进而重点研究了送出线路保护原理,主要工作和创新性成果如下:(1)提出了新能源电力外送系统保护配置与整定新原则。在分析新能源电源故障特征基础上,给出了双馈风机和逆变型电源最大短路电流简化计算方法,通过定量化分析确定了汇集线路电流保护配置与整定的最佳方案,解决了保护选择性和灵敏性未进行系统校验的问题。结合继电保护功能与场站短路电流特性,分析了送出线路现有保护配置方案的缺陷与不足,提出场站侧应当配置保护的新原则,解决了送出线路要不要配置保护及在哪里配置保护的问题。(2)揭示了新能源电源对传统纵联保护的影响机理。在推导逆变型电源稳态短路电流和等效正、负序突变量阻抗解析表达式的基础上,结合三大传统纵联保护的动作判据,全面分析了不同控制策略、故障条件和正常运行状态对这些纵联保护的影响机理,从不同角度揭示了传统纵联保护在规模化新能源并网送出线路中的适应性,表明了三大传统纵联保护不是送出线路保护的最佳选择,为保护新原理研究的必要性提供了依据。(3)提出了基于暂态电流波形相关性的送出线路保护新原理。通过分析控制系统在故障暂态过程中的动态行为,解释了新能源电源暂态电流必然畸变这个固有特征,进而利用送出线路两侧暂态电流波形相关性程度在区内、外故障时的显著差异构造了纵联保护新原理。新原理将控制策略作用下新能源电源畸变的暂态电流波形作为动作量,保护性能不受控制策略影响,能够适用于各类新能源场站,耐受过渡电阻和噪声能力强,常规采样频率即可满足要求。(4)提出了实用化场景下新原理保护性能提升对策。在分析送出线路出现CT饱和与多点T接时两侧暂态电流波形特征的基础上,利用相关系数开始大于保护定值的时刻与故障时刻的差异构造了 CT饱和检测方法,避免了区外故障CT饱和时保护误动;基于不同组合方式下暂态电流波形相关性强弱程度,提出了适用于多点T接型送出线路的最佳动作方程。所提对策完善了新原理保护功能,为新原理保护满足现场运行需求提供了理论保障。
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM773
【图文】：

２．３新能源电力外送系统故障特性逡逑２．３．１新能源电源及场站短路电流特征逡逑与同步发电机不Ｎ，新能源电源故障特性与变流器低电压穿越控制策略密逡逑切相关。图２－２为实时数字仿真器仿真试验获得的额定运行状况下１．５ＭＷ永磁逡逑直驱风机和双馈风机的短路电流波形，故障时刻均为0ｍｓ。需要说明，永磁直逡逑驱风机和光伏电池均通过逆变器并网、完全与电网隔离，两者故障特性均由逆逡逑变器及其控制策略决定、统称为逆变型电源，因此永磁卩（驰风机短路电流特征逡逑同样适用于光伏电池。逡逑

肩箱变肩逦：逦「土；逡逑２２０／３３０邋ｋＶ邋：八：逡逑４）新能源电源１０／３５邋ｋＶ逦Ｓ」逡逑图２－丨新能源电力外送系统主接线逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｓｉｎｇｌｅ邋ｌｉｎｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｄｅｌｉｖｅｒｙ邋ｓｙｓｔｅｍ邋ｏｆ邋ｒｅｎｅｗａｂｌｅ邋ｅｎｅｒｇｙ邋ｐｏｗｅｒ逡逑２．３新能源电力外送系统故障特性逡逑２．３．１新能源电源及场站短路电流特征逡逑与同步发电机不Ｎ，新能源电源故障特性与变流器低电压穿越控制策略密逡逑切相关。图２－２为实时数字仿真器仿真试验获得的额定运行状况下１．５ＭＷ永磁逡逑直驱风机和双馈风机的短路电流波形，故障时刻均为0ｍｓ。需要说明，永磁直逡逑驱风机和光伏电池均通过逆变器并网、完全与电网隔离，两者故障特性均由逆逡逑变器及其控制策略决定、统称为逆变型电源，因此永磁卩（驰风机短路电流特征逡逑同样适用于光伏电池。逡逑－２０逦０逦２０逦４０逦６０逦０逦５０逦１００逦１５０逡逑时间（ｍｓ）逦时邋｜ｉｉｊ（ｍｓ）逡逑（ａ）永磁直驱风机逦（ｂ）双馈风机逡逑图２－２两类风机仿真试验}0路电流逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｆａｕｌｔ邋ｃｕｒｒｅｎｔ邋ｏｆ邋ｔｗｏ邋ｔｙｐｅｓ邋ｏｆ邋ｗｉｎｄ邋ｔｕｒｂｉｎｅ邋ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ邋ｆｒｏｍ邋ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ邋ｔｅｓｔ逡

波；当控制系统追踪上低穿控制目标、进入稳态过程后，永磁直驱风机将按控逡逑制Ｈ标设定值提供稳态短路电流。整个故障过程中永磁直驱风机的短路电流变逡逑化规律如图２－２（ａ）所示，可见约２５ｍｓ内电流波形无特定变化规律，２５ｍｓ左右逡逑进入稳态后电流幅值约为２．８ｋＡ，达到额定电流的１．６倍。逡逑受低穿控制策略及撬棒电路投切影响，双馈风机短路电流表现出阶段性特逡逑征：第一阶段，电网故障导致机端电压跌落严重，定转子均出现过电流；第二逡逑阶段，为保护转子侧变流器，撬棒电路将动作于短接转子侧变流器，该过程中逡逑双馈风机短路电流中将出现与转子转速相关的非工频电流分量；第三阶段，为逡逑了顺利实现低电压穿越，几十毫秒后撬棒电路往往会退出、转子侧变流器重新逡逑投入运行，此后双馈风机将会提供稳态短路电流。逡逑整个故障过程中双馈风机的短路电流变化规律如图２－２邋（ｂ）所示

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本文编号：2750558