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(yīng)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(yīng)用2023年3月23日20故障0時(shí)刻故障0時(shí)刻傳統(tǒng)電力系統(tǒng)故障電氣量演化及保護(hù)時(shí)序圖距離Ⅱ段距離Ⅱ段保護(hù)刀為20ms故障0時(shí)刻波過程階段故障0時(shí)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(hù)時(shí)序圖保護(hù)暫態(tài)拓?fù)潆姶艜簯B(tài)距離I段電磁暫態(tài)故障0時(shí)刻故障0時(shí)刻新型電力系統(tǒng)故障后時(shí)序圖保護(hù)縱聯(lián)工頻變化量保護(hù)全線路<10ms③電流差動(dòng)保護(hù)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?fù)漤憫?yīng)控制響應(yīng)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(hù)造成的影響護(hù)動(dòng)作判據(jù)：(a)兩側(cè)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(cè)旋轉(zhuǎn)電源替換為逆變電源出現(xiàn)明顯差異，定義不對稱故障下零負(fù)序電流相位差α來判定故障相，將M側(cè)旋轉(zhuǎn)電源替換為逆變電源對傳統(tǒng)工頻保護(hù)造成的影響工頻保護(hù)受影響原因可能無法覆蓋本段線路全長電流保護(hù)存在拒動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)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(hù)：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(shí)，利用負(fù)序網(wǎng)絡(luò)逆變側(cè)開路特性求取附加阻抗角4ad,進(jìn)而求取故障位置。保護(hù)安裝處零序電流和I故障點(diǎn)零序電流關(guān)系!保護(hù)安裝處零序電流和故障點(diǎn)零序電流的關(guān)系：1e=C?.191兩相接地和a和at/ms中料中料并網(wǎng)點(diǎn)一正序控制統(tǒng)a開關(guān)器件的高頻次導(dǎo)通和關(guān)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(dá)到極小值，濾波器會(huì)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?fù)溆绊戄^大適用于高比例光伏配電網(wǎng)的高頻阻抗差動(dòng)保護(hù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)通過380V并網(wǎng)通過10kV并網(wǎng)十故障[1]XiaodongZheng,ChenxuChao,YangWeng,HaiYe,ZhongpingLiu,PiaoGaoandNenglingTai,"High-FrequencyFaultAnalysis-BasedPilotProtectionSchemefora適用于高比例光伏配電網(wǎng)的高頻阻抗差動(dòng)保護(hù)高頻動(dòng)作阻抗保護(hù)判據(jù)：內(nèi)部故障測量M側(cè)故障分量電壓否否是側(cè)故障分量電壓電流計(jì)算M側(cè)高頻阻抗Zx測量N側(cè)故障分量電壓是側(cè)故障分量電壓電流計(jì)算N側(cè)高頻阻抗Zx是故障識(shí)別否區(qū)外故障是本段線路發(fā)生區(qū)內(nèi)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(wǎng)的高頻阻抗差動(dòng)保護(hù)由仿真可得：[1]XiaodongZheng,ChenxuChao,YangWeng,HaiYe,ZhongpingLiu,PiaoGaoandNenglingTai,"High-FrequencyFaultAnalysis-BasedPilotProtectionSchemeforaFrequency(Hz)內(nèi)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(guān)，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(dòng)保護(hù)具有較強(qiáng)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(shí)刻的影響(故障起始角)不同的故障時(shí)刻發(fā)生故障時(shí)，高頻電壓和高頻電流會(huì)發(fā)生變化，但由于Zv(w)和Zx(w)反映的是背側(cè)和對側(cè)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(shí)刻影響較小。高頻阻抗差動(dòng)保護(hù)不受其影響。ffFrequency(Hz)(a)NoNoNoNoNoNo內(nèi)部故障外部故障內(nèi)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(wǎng)距離保護(hù)拒動(dòng)、誤動(dòng)正常運(yùn)行正常運(yùn)行暫態(tài)高頻電壓縱聯(lián)保護(hù)的保護(hù)判據(jù)：區(qū)內(nèi)故障時(shí)補(bǔ)償電壓差△Uco大于門檻值：;區(qū)外故障時(shí)補(bǔ)償電定義△Uco為補(bǔ)償電壓差：保護(hù)判據(jù)：區(qū)內(nèi)故障區(qū)外故障測量M側(cè)故障分量電壓是測量N側(cè)故障分量電壓是流進(jìn)行頻譜分解區(qū)外故障區(qū)外故障是保護(hù)流程AAfkHz△水AfkHzfHzfHzfHz(a)補(bǔ)償系數(shù)(b)對比結(jié)果故障0時(shí)刻故障0時(shí)刻高頻阻抗差動(dòng)保護(hù)暫態(tài)高頻電壓縱聯(lián)保護(hù)波過程基于附加阻抗解析模型的距離保護(hù)特征頻帶范圍優(yōu)點(diǎn)基于附加阻抗解析模型的距離保護(hù)制保持階段)硬件裝置無