張政偉,陳謙,牛應(yīng)灝,馮源,朱嘉傲

(河海大學(xué)能源與電氣學(xué)院,南京市 211100)

0 引 言

隨著新型電力系統(tǒng)的建設(shè),新能源電源的比例不斷升高[1-2]。新能源電源通常采用電力電子方式并網(wǎng),其輸出受內(nèi)部控制策略所決定,且與端電壓呈高度非線性關(guān)系[3-5]。另外,受一次新能源特性的影響,其二次電源的輸出具有明顯的隨機(jī)性和波動(dòng)性[6]。

電流保護(hù)方面,新能源電源的接入使得短路電流與短路距離的相關(guān)性大為下降,從而改變了電網(wǎng)的故障特征[7-10],導(dǎo)致傳統(tǒng)電流保護(hù)配合方案難以適用。電流保護(hù)是繼電保護(hù)系統(tǒng)不可或缺的重要一環(huán),其性能受上述影響較為明顯,因此如何改進(jìn)電流保護(hù)動(dòng)作原理及其整定方法,以滿足電流保護(hù)的動(dòng)作性能要求值得深入研究[11-13]。

目前,有些研究利用遠(yuǎn)方/多點(diǎn)量測(cè)信息來實(shí)現(xiàn)原理和整定方法的改進(jìn)。比如,文獻(xiàn)[14]基于通信和方向元件檢測(cè)電流流向以實(shí)現(xiàn)故障定位,從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)整定值的實(shí)時(shí)調(diào)整。文獻(xiàn)[15]基于逆變型分布式電源的位置對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行分區(qū),進(jìn)而針對(duì)不同區(qū)域采用不同的電流保護(hù)配置及整定方案。文獻(xiàn)[16]計(jì)及分布式電源的短路前工況及其脫網(wǎng)特性,實(shí)時(shí)測(cè)量支路電流方向,實(shí)現(xiàn)對(duì)限時(shí)電流速斷(II段)保護(hù)定值的實(shí)時(shí)修正。文獻(xiàn)[17]根據(jù)故障前后線路電流的突變量,實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)荷自啟動(dòng)的準(zhǔn)確識(shí)別,但對(duì)I段和II段保護(hù)性能無提升作用。這類方法對(duì)通信的可靠性及信息的準(zhǔn)確性要求較高,需額外安裝測(cè)量設(shè)備和通信設(shè)備。

另一些研究則利用新能源電源內(nèi)部運(yùn)行參數(shù)或控制策略的改變實(shí)現(xiàn)原理和保護(hù)定值的改進(jìn)。文獻(xiàn)[18]基于逆變電源電流-電壓控制曲線,研究不同故障類型下新能源接入帶來的分支系數(shù)影響,進(jìn)而用于電流保護(hù)的整定。文獻(xiàn)[19]提出利用逆變器的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù),進(jìn)而調(diào)整上級(jí)線路電流Ⅱ段及Ⅲ段保護(hù)的整定值。文獻(xiàn)[20]通過逆變器電流-電壓控制曲線,求解分布式電源在線路末端設(shè)想故障時(shí)的輸出電流,以用于下游電流保護(hù)的自適應(yīng)整定。文獻(xiàn)[21]提出基于變頻調(diào)制的方式獲得線路短路后的虛擬短路電流,但僅適用于微電網(wǎng)。這類研究多基于單臺(tái)或少量發(fā)電單元,通過逆變器內(nèi)部運(yùn)行參數(shù)與輸出特性,以推測(cè)本段或相鄰線路末端發(fā)生設(shè)想故障時(shí)的新能源虛擬輸出電流值,進(jìn)而對(duì)各段線路保護(hù)進(jìn)行預(yù)先整定。然而,受新能源分散性、狀態(tài)多樣性與輸出非線性等因素的制約,實(shí)際場(chǎng)景中新能源運(yùn)行參數(shù)、輸出狀態(tài)均不一且獲取較為困難。因此,難以適用于實(shí)際故障場(chǎng)景,準(zhǔn)確性與適用性有待進(jìn)一步驗(yàn)證[22]。

為此,本文提出一種僅利用就地信息的實(shí)時(shí)生成定值式自適應(yīng)電流保護(hù)方法。該方法首先基于建立的等效電源模型,結(jié)合故障前后信息,實(shí)現(xiàn)故障后新能源和發(fā)電機(jī)短路輸出成分的區(qū)分;進(jìn)一步提出實(shí)時(shí)生成定值的整定策略,以實(shí)時(shí)獲取適用于當(dāng)前故障場(chǎng)景的電流保護(hù)定值;而當(dāng)故障場(chǎng)景變化時(shí),各段線路保護(hù)則再次基于變化后的故障場(chǎng)景實(shí)時(shí)整定,實(shí)現(xiàn)對(duì)故障場(chǎng)景的針對(duì)性保護(hù)。

該方法主要特點(diǎn)為:1)故障前對(duì)等效電源模型參數(shù)的持續(xù)辨識(shí)可應(yīng)對(duì)發(fā)電總?cè)萘孔兓碗娫礃?gòu)成占比波動(dòng)的問題;2)基于短路期間的新能源實(shí)際故障輸出而實(shí)時(shí)生成定值,可有效規(guī)避新能源布置分散性、狀態(tài)多樣性與輸出非線性等帶來的預(yù)先整定方案中所用新能源虛擬輸出準(zhǔn)確性難以保證的問題。

1 新能源電源控制策略及其接入對(duì)電流保護(hù)的影響

1.1 新能源電源控制策略

新能源電源通常采用電力電子方式并網(wǎng),且含有逆變器部件。因此,本文將基于逆變器原理對(duì)新能源控制策略進(jìn)行分析,并在后續(xù)基于新能源輸出特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)建模工作,以能反映種類多樣的新能源的整體外部輸出。

若故障點(diǎn)電氣距離較遠(yuǎn),并網(wǎng)點(diǎn)電壓較高,新能源電源常采用恒功率控制策略,更接近發(fā)電機(jī)的輸出特性[23]。若故障點(diǎn)電氣距離較近,而并網(wǎng)點(diǎn)電壓較低,為避免新能源電源脫網(wǎng)帶來更嚴(yán)重的損失,且提供一定的無功功率支撐,逆變器部件需采用低壓穿越控制策略。比如,較為通用的新能源電源低壓穿越標(biāo)準(zhǔn)要求:當(dāng)發(fā)電單元并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落超過10%時(shí),電壓每跌落1%,新能源電源至少需要額外提供2%的無功電流以支撐電壓,且要求無功響應(yīng)時(shí)間在20 ms以內(nèi)[24]。

此外,若故障是不對(duì)稱的,短路點(diǎn)含有的負(fù)序分量導(dǎo)致逆變器部件交流側(cè)電流發(fā)生畸變,將損壞電力電子器件。逆變器部件需采用負(fù)序電流抑制策略,消除負(fù)序輸出分量,實(shí)現(xiàn)新能源電源對(duì)稱輸出。

綜上,綜合考慮穩(wěn)態(tài)控制策略、抑制負(fù)序策略、低壓穿越等要求,新能源外部輸出電流可表示為[15]:

(1)

式中:idref、iqref分別為新能源電源聚合后等效有功電流指令和無功電流指令;α為故障期間并網(wǎng)點(diǎn)電壓正序幅值和故障前正序電壓幅值的比值;α1、α2為并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí)α變化的界限閾值;Upcc(1)為并網(wǎng)點(diǎn)正序電壓;Pref為輸出有功參考值;IDG為新能源電源輸出電流;數(shù)值均為標(biāo)幺值。

1.2 高比例新能源電源接入對(duì)電流保護(hù)的影響

不含新能源的傳統(tǒng)電網(wǎng)中,短路電流大小與線路長(zhǎng)度成反比。而由1.1節(jié)分析可知,新能源電源采用的電力電子并網(wǎng)方式,使其具有強(qiáng)自控特征,短路電流與電壓跌落程度、控制策略等因素相關(guān),且是強(qiáng)非線性關(guān)系。

基于Simulink平臺(tái),建立新能源電源模型并搭建模擬電力系統(tǒng),如圖1所示。其中,設(shè)定發(fā)電機(jī)額定電壓為10.5 kV;新能源電源采用正常PQ、低壓穿越、抑制負(fù)序分量等控制策略,并網(wǎng)點(diǎn)電壓為10 kV;線路單位長(zhǎng)度阻抗為0.22 Ω/km,線路總長(zhǎng)為8 km,線路AB長(zhǎng)度為1.5 km,線路BC、CD長(zhǎng)度各為2 km;負(fù)荷側(cè)接有額定功率為5 MV·A、額定功率因數(shù)為0.85的負(fù)荷。

圖1 含混合電源的電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Schematic diagram of power system structure with hybrid power supply

進(jìn)一步,保持電源側(cè)發(fā)電總?cè)萘坎蛔?針對(duì)電源側(cè)新能源電源占比分別為0、5%、20%、40%、60%的5種電力系統(tǒng)模型,設(shè)定不同位置故障,獲得短路電流與故障位置間的關(guān)系,如圖2所示(文中圖表數(shù)值均以標(biāo)幺值形式表示),重點(diǎn)分析新能源比例升高對(duì)電流保護(hù)性能的影響。

圖2 新能源電源不同占比及不同故障位置下的短路電流Fig.2 Short-circuit current under different proportions of new energy power supply and different fault positions

由圖2可知,隨著新能源電源占比的升高,一方面短路電流將不斷降低,當(dāng)動(dòng)作整定值不變時(shí),電流保護(hù)面臨本段拒動(dòng)、上游誤動(dòng)的可能。另一方面,短路電流關(guān)于故障位置的曲線趨于平緩,即短路距離對(duì)短路電流的影響變小;當(dāng)新能源占比變化而仍采用同一整定值時(shí),保護(hù)的有效范圍將隨著新能源占比升高而不斷縮小。

可見,新能源輸出非線性造成高比例新能源電網(wǎng)故障特征弱化的同時(shí),其波動(dòng)性也會(huì)導(dǎo)致同一點(diǎn)故障下的短路電流隨其占比的波動(dòng)而波動(dòng)。因此,針對(duì)不同故障場(chǎng)景,自適應(yīng)地改變各段線路電流保護(hù)定值是解決現(xiàn)有電流保護(hù)性能下降問題的有效途徑。

現(xiàn)有計(jì)及新能源的自適應(yīng)保護(hù)整定多基于新能源內(nèi)部參數(shù)、輸出特性等,通過推測(cè)新能源在各線路末端發(fā)生設(shè)想故障時(shí)的虛擬短路輸出,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各段線路保護(hù)的預(yù)先整定。電源構(gòu)成不變的前提下,該類研究獲取的保護(hù)定值對(duì)不同位置故障也能適用。但這類研究多基于單臺(tái)新能源發(fā)電單元,而實(shí)際場(chǎng)景中新能源運(yùn)行狀態(tài)不一樣且參數(shù)的全面獲取較為困難;進(jìn)而預(yù)先整定中各線路末端發(fā)生設(shè)想故障時(shí)所用新能源虛擬輸出分量的準(zhǔn)確性難以保證,實(shí)用性和準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

2 基于實(shí)時(shí)生成定值的高比例新能源電網(wǎng)電流保護(hù)方法

由第1節(jié)分析可知,電流保護(hù)預(yù)先整定方案中存在所用新能源虛擬輸出分量難以準(zhǔn)確推測(cè)或計(jì)算的問題。

而故障期間的新能源實(shí)際短路輸出分量確定,進(jìn)而基于該值生成的保護(hù)定值可滿足該實(shí)際故障場(chǎng)景下的保護(hù)需求。故障場(chǎng)景變化時(shí),新能源實(shí)際故障輸出分量的改變可能導(dǎo)致原有保護(hù)定值難以繼續(xù)適用,但基于變化后的新能源實(shí)際故障輸出再次實(shí)時(shí)整定即可。

綜上,本文提出了一種利用就地信息的自適應(yīng)電流保護(hù)改進(jìn)方法,該方法基于實(shí)際故障場(chǎng)景、計(jì)及故障期間新能源實(shí)際輸出而實(shí)時(shí)生成保護(hù)定值。原理如圖3所示,具體包括如下:

圖3 基于實(shí)時(shí)生成定值的自適應(yīng)電流保護(hù)方法原理Fig.3 Principle of real-time generated protection settings based adaptive current protection

1)計(jì)及新能源和發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵機(jī)理和外部輸出特性,建立能區(qū)分2種電源成分不同外部輸出的等效電源模型;故障前,利用負(fù)荷投切帶來的小擾動(dòng)信號(hào)持續(xù)辨識(shí)模型的不變參數(shù)。

2)故障期間,結(jié)合就地信息獲取模型的可變參數(shù)--新能源實(shí)際故障輸出電流。

3)基于實(shí)際故障場(chǎng)景、計(jì)及故障期間新能源實(shí)際輸出,對(duì)分段式電流保護(hù)實(shí)時(shí)生成定值。

4)結(jié)合測(cè)量值與整定值進(jìn)行動(dòng)作判斷;故障場(chǎng)景變化后,各段線路保護(hù)再次基于變化后的故障場(chǎng)景實(shí)時(shí)生成保護(hù)定值,實(shí)現(xiàn)對(duì)故障場(chǎng)景的針對(duì)性保護(hù)。

2.1 等效電源模型

實(shí)際故障場(chǎng)景中,新能源的短路輸出與并網(wǎng)點(diǎn)和短路點(diǎn)間的電氣距離有關(guān),其分散性導(dǎo)致新能源輸出狀態(tài)不一,進(jìn)一步與輸出非線性等耦合使得單臺(tái)或少量的發(fā)電單元難以模擬實(shí)際故障場(chǎng)景。

為此,本文綜合計(jì)及新能源和發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵機(jī)理和輸出特性,建立一種能區(qū)分2種電源成分不同外部輸出的等效電源模型,以消除新能源狀態(tài)多樣性、布置分散性、輸出非線性等因素對(duì)電流保護(hù)的影響。

由1.1節(jié)分析可知,電網(wǎng)正常運(yùn)行狀態(tài)下,各節(jié)點(diǎn)電壓相對(duì)處于額定運(yùn)行工況,采用恒功率控制方式并網(wǎng)的新能源輸出電流相對(duì)恒定、波動(dòng)較小。電網(wǎng)故障期間,與故障點(diǎn)電氣距離較遠(yuǎn)的新能源并網(wǎng)點(diǎn)電壓依舊接近額定電壓,輸出電流基本不變。而少數(shù)靠近短路點(diǎn)的新能源電源因電氣距離較短而處于低壓穿越狀態(tài),但在負(fù)序抑制策略下,短暫的過渡過程后,很快保持穩(wěn)定且仍對(duì)稱輸出。因此,單個(gè)新能源輸出可用與并網(wǎng)點(diǎn)電壓相關(guān)的電流源表示,而電源側(cè)新能源整體外部輸出可用單個(gè)輸出可變的電流源等效表示[25-26]。

另外,參照現(xiàn)有發(fā)電機(jī)建模研究,發(fā)電機(jī)可視為內(nèi)部具有相同的恒定內(nèi)電勢(shì),因此電源側(cè)發(fā)電機(jī)可等值為電壓源串聯(lián)阻抗的形式。

綜上,以短路點(diǎn)為基點(diǎn)、電源側(cè)為觀測(cè)方向,建立電源側(cè)等效模型,如圖4所示。其中,故障前后模型的不變參數(shù)包括:發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)E和內(nèi)阻抗ZS;可變參數(shù)為新能源輸出電流IDG,故障前后分別用IDG0和IDG1表示。

圖4 等效電源模型Fig.4 Equivalent source model

此外,當(dāng)前及未來可預(yù)見一段時(shí)間內(nèi)新能源電源仍以跟網(wǎng)型為主且其對(duì)電流保護(hù)影響較大,因此本文所述新能源電源均為跟網(wǎng)型新能源電源(電流源特性),而未來并網(wǎng)的構(gòu)網(wǎng)型新能源電源因其電壓源特性則可歸入傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)建立等效電源模型[27-28]。

2.2 等效電源模型參數(shù)辨識(shí)

接下來,為應(yīng)對(duì)新能源波動(dòng)性和隨機(jī)性帶來的等效電源模型參數(shù)變化問題,通過負(fù)荷側(cè)投切帶來的小擾動(dòng)信號(hào),故障前在周波級(jí)尺度下采用持續(xù)辨識(shí)策略以獲取圖4等效電源模型的不變參數(shù)--發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)E和內(nèi)阻抗ZS,同時(shí)還可獲得新能源電源的故障前輸出電流IDG0。

為兼顧辨識(shí)精度和速度,本文采用重點(diǎn)參數(shù)辨識(shí)、非重點(diǎn)參數(shù)使用運(yùn)行典型值的辨識(shí)策略[29-30]。其中,需要辨識(shí)的參數(shù)包括發(fā)電機(jī)內(nèi)阻抗ZS、故障前新能源電源輸出電流IDG0,而內(nèi)電勢(shì)E可采用運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)值,本文后續(xù)取1.03 pu[31]。

設(shè)發(fā)電機(jī)內(nèi)阻抗ZS和故障前新能源電源輸出電流IDG0待定,線路流經(jīng)電流計(jì)算值可表示為(E-U)/ZS+IDG0,線路電流實(shí)測(cè)值為I,以兩者間差值的絕對(duì)值最小,建立目標(biāo)函數(shù)及相應(yīng)約束:

(2)

式中:U、I分別為故障前保護(hù)安裝處實(shí)測(cè)電壓值和電流值;IDG0,min、IDG0,max分別為故障前新能源波動(dòng)下可能出現(xiàn)的電流最小值、最大值;ZS,min、ZS,max分別為新能源波動(dòng)下發(fā)電機(jī)內(nèi)阻抗的最小值、最大值。

可在周波級(jí)尺度下求解上述最優(yōu)問題,得出模型參數(shù)。通?？捎脙?nèi)點(diǎn)法、信賴域反射算法、序列二次規(guī)劃算法(sequence quadratic program,SQP)、活動(dòng)集算法等求解該問題。而內(nèi)點(diǎn)法收斂性較好、計(jì)算速度較快,相對(duì)較為成熟,且得到的解一定是可行解,因此本文采用內(nèi)點(diǎn)法。

內(nèi)點(diǎn)法原理如下:

設(shè)定最優(yōu)化問題的目標(biāo)函數(shù)為:

(3)

式中:f(X)為目標(biāo)函數(shù);gu(X)為約束函數(shù);m為約束函數(shù)的個(gè)數(shù)。本文共2個(gè)約束條件,故m為2。

構(gòu)造懲罰函數(shù)為:

(4)

式中:r(k)為懲罰因子,為遞減的正數(shù)序列,通常取r(k)=1,0.1,0.01,0.001,…。

迭代步驟如圖5所示。

圖5 內(nèi)點(diǎn)法迭代流程Fig.5 Iterative process of interior point method

經(jīng)過上述內(nèi)點(diǎn)法迭代求解,可得等效電源模型的不變參數(shù)--發(fā)電機(jī)內(nèi)阻抗ZS,同時(shí)還可獲得故障前新能源電源輸出電流IDG0。

2.3 基于實(shí)時(shí)生成定值的自適應(yīng)電流保護(hù)整定方法

根據(jù)2.2節(jié)獲得的等效電源模型不變參數(shù),故障期間結(jié)合就地測(cè)量信息獲取等效電源模型的變化參數(shù)--故障期間新能源輸出電流IDG1。進(jìn)一步,基于實(shí)際故障場(chǎng)景和故障期間新能源實(shí)際輸出實(shí)時(shí)生成保護(hù)定值。

首先,利用2.2節(jié)獲取的電源側(cè)等效模型不變參數(shù)ZS和電力線路故障期間保護(hù)安裝處就地測(cè)量信息,計(jì)算短路電流中發(fā)電機(jī)輸出部分:

(5)

式中:IS1為故障期間發(fā)電機(jī)輸出電流值;Uk為故障期間保護(hù)安裝處實(shí)測(cè)電壓值。

進(jìn)一步,計(jì)算故障期間新能源實(shí)際輸出電流IDG1:

IDG1=Ik-IS1

(6)

式中:IDG1為故障期間新能源電源實(shí)際輸出電流值;Ik為故障期間保護(hù)安裝處實(shí)測(cè)電流值。

針對(duì)該實(shí)際故障場(chǎng)景,建立圖1的等值短路計(jì)算模型,如圖6所示。

圖6 等值短路計(jì)算模型Fig.6 Equivalent short-circuit calculation model

進(jìn)一步,基于該實(shí)際故障場(chǎng)景和故障期間新能源實(shí)際輸出而實(shí)時(shí)生成保護(hù)定值。

以圖1的保護(hù)1為例,其Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段保護(hù)動(dòng)作定值分別為:

(7)

(8)

(9)

定值實(shí)時(shí)生成中,使用新能源實(shí)際故障輸出代替預(yù)先整定方案中所用各線路末端發(fā)生設(shè)想故障時(shí)的新能源虛擬輸出,以實(shí)時(shí)生成適用于該場(chǎng)景的定值。故障場(chǎng)景改變(不同新能源占比、不同故障位置)時(shí),新能源實(shí)際故障輸出也相應(yīng)改變,進(jìn)而基于變化后的新能源實(shí)際故障輸出再次實(shí)時(shí)生成定值,實(shí)現(xiàn)對(duì)故障場(chǎng)景的針對(duì)性保護(hù),如圖3所示。

3 算例對(duì)比與分析

在如圖1所示模擬電力系統(tǒng)中,以新能源電源占比為0、5%、20%、40%、60%代表其無、低、中、高、極高5種場(chǎng)景。利用常規(guī)負(fù)荷投切帶來的小擾動(dòng)信號(hào)(仿真實(shí)驗(yàn)中負(fù)荷投切5%左右,造成保護(hù)安裝點(diǎn)電壓波動(dòng)2%左右)對(duì)電源側(cè)等效模型的參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)。獲取模型參數(shù)如表1所示。

表1 等效電源模型參數(shù)Table 1 Parameters of equivalent source model

由表1可見,利用負(fù)荷側(cè)投切或沖擊性負(fù)荷帶來的小擾動(dòng)信號(hào),能夠辨識(shí)獲取電源側(cè)模型的關(guān)鍵參數(shù)。

傳統(tǒng)電流保護(hù)整定過程中不計(jì)及新能源電源接入帶來的影響,即其整定過程中認(rèn)為電源側(cè)僅含有發(fā)電機(jī),可得相應(yīng)的動(dòng)作整定值,如表2所示,以作為對(duì)照。

表2 傳統(tǒng)電流保護(hù)動(dòng)作整定值Table 2 Preset values of traditional current protection

下面就保護(hù)的Ⅰ段和Ⅱ段性能進(jìn)行對(duì)比分析。

3.1 保護(hù)Ⅰ段定值對(duì)故障的反應(yīng)

1)三相短路故障。

在距各線路首端20%處設(shè)定三相短路故障,獲取線路短路電流及相應(yīng)Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作整定值,如表3所示。

表3 線路首端三相故障場(chǎng)景下Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作整定值Table 3 Preset values of protection section I under three-phase fault scenario at the head of the line

接下來,對(duì)比分析傳統(tǒng)電流保護(hù)方法和基于實(shí)時(shí)生成定值的自適應(yīng)電流保護(hù)方法能否反映該處故障,如表4所示。

表4 保護(hù)Ⅰ段對(duì)線路首端三相故障反應(yīng)情況Table 4 Response of protection section I to three-phase fault at the head of the line

2)兩相短路故障。

在距各線路首端20%處設(shè)定兩相短路故障,獲取線路短路電流及相應(yīng)Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作整定值,見表5。

表5 線路首端兩相故障場(chǎng)景下Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作整定值Table 5 Preset values of protection section I under two-phase fault scenario at the head of the line

接下來,對(duì)比分析傳統(tǒng)電流保護(hù)方法和基于實(shí)時(shí)生成定值的自適應(yīng)電流保護(hù)方法能否反映該處故障,見表6。

表6 保護(hù)Ⅰ段對(duì)線路首端兩相故障反應(yīng)情況Table 6 Response of protection section I to two-phase fault at the head of the line

由上述對(duì)比分析可見,隨著新能源比例的提高,傳統(tǒng)電流Ⅰ段保護(hù)難以準(zhǔn)確反映區(qū)間(線路全長(zhǎng)20%)內(nèi)故障,而本文提出的基于實(shí)時(shí)生成定值的自適應(yīng)電流保護(hù)方法能準(zhǔn)確反映區(qū)間(線路全長(zhǎng)20%)內(nèi)的故障。

3.2 保護(hù)Ⅱ段定值對(duì)故障的反應(yīng)

1)三相短路故障。

在各線路末端處設(shè)定三相短路故障,獲取線路短路電流及相應(yīng)Ⅱ段保護(hù)動(dòng)作整定值,見表7。

表7 線路末端三相故障下Ⅱ段保護(hù)動(dòng)作整定值Table 7 Preset values of protection section Ⅱ under three-phase fault scenario at the end of the line

接下來,對(duì)比分析傳統(tǒng)電流保護(hù)方法和基于實(shí)時(shí)生成定值的自適應(yīng)電流保護(hù)方法能否反映該處故障,見表8。

表8 保護(hù)Ⅱ段對(duì)線路末端三相故障反應(yīng)情況Table 8 Response of protection section Ⅱ to three-phase fault at the end of the line

2)兩相短路故障。

在各線路末端處設(shè)定兩相短路故障,獲取線路短路電流及相應(yīng)Ⅱ段保護(hù)動(dòng)作整定值,見表9。

表9 線路末端兩相故障下Ⅱ段保護(hù)動(dòng)作整定值Table 9 Preset values of protection section Ⅱ under two-phase fault scenario at the end of the line

接下來,對(duì)比分析傳統(tǒng)電流保護(hù)方法和基于實(shí)時(shí)生成定值的自適應(yīng)電流保護(hù)方法能否反映該處故障,見表10。

表10 保護(hù)Ⅱ段對(duì)線路末端兩相故障反應(yīng)情況Table 10 Response of protection section Ⅱ to two-phase fault at the end of the line

由上述對(duì)比分析可見,隨著新能源比例的提高,傳統(tǒng)電流Ⅱ段保護(hù)難以準(zhǔn)確反映區(qū)間(線路全長(zhǎng))內(nèi)故障,而本文提出的基于實(shí)時(shí)生成定值的自適應(yīng)電流保護(hù)方法能準(zhǔn)確反映區(qū)間(線路全長(zhǎng))內(nèi)故障。

3.3 保護(hù)II段靈敏性對(duì)比與分析

以兩相短路下各Ⅱ段保護(hù)的靈敏性為例,對(duì)比分析傳統(tǒng)電流保護(hù)和基于實(shí)時(shí)生成定值的自適應(yīng)電流保護(hù)方法的性能,見表11。

表11 保護(hù)II段靈敏性性能對(duì)比Table 11 Comparison in sensitivity of protection section II

隨著新能源電源比例的升高,傳統(tǒng)電流保護(hù)的Ⅱ段靈敏性不斷下降,將達(dá)不到相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求;而本文提出的基于實(shí)時(shí)生成定值的自適應(yīng)電流保護(hù)方法能保持較高的靈敏性,且新能源比例越高,該方法的靈敏性優(yōu)勢(shì)越明顯。

4 結(jié) 論

未來電網(wǎng)中含有高比例新能源電源,因其波動(dòng)性、非線性等因素,造成短路后故障電流受新能源電源的影響增大,基于傳統(tǒng)短路電流計(jì)算分析的電流保護(hù)難以適用。本文提出了一種基于實(shí)時(shí)生成定值的自適應(yīng)電流保護(hù)方法,該方法能基于故障期間的新能源實(shí)際故障輸出而自適應(yīng)地實(shí)時(shí)改變保護(hù)動(dòng)作定值,確保各段保護(hù)均能反映區(qū)內(nèi)故障,且大幅提高保護(hù)的靈敏性。通過算例對(duì)比與分析,驗(yàn)證了該方法的準(zhǔn)確性和適用性。

該方法的實(shí)現(xiàn)可依托現(xiàn)有硬件平臺(tái),只需引入保護(hù)安裝點(diǎn)的電壓信息,具備較好的技術(shù)延展性;采用保護(hù)安裝點(diǎn)偵測(cè)的方法,可計(jì)及電源側(cè)量大類雜的新能源電源總體特性,具有較好的普適性;采用在線持續(xù)跟蹤的策略,適用于新能源輸出占比不斷變化的不同故障場(chǎng)景,具有較好的自適應(yīng)性。

后續(xù)仍需進(jìn)一步研究:1)計(jì)及相鄰線路負(fù)荷的影響對(duì)該方法進(jìn)行改進(jìn);2)該方法原理較常規(guī)電流保護(hù)復(fù)雜,后續(xù)需對(duì)其可靠性進(jìn)行深入研究;3)本文暫未計(jì)及接于線路中間或末端的新能源,后續(xù)需進(jìn)一步研究其對(duì)所提保護(hù)方法的影響,并結(jié)合綜合負(fù)荷建模研究等對(duì)所提保護(hù)方法性能進(jìn)一步優(yōu)化。