基于时间序列动态匹配的含IIDGs配电网纵联保护

为提升含逆变型分布式电源IIDGs(inverter-interfaced distributed generators)接入的配电网电流差动保护抗同步误差能力,通过分析IIDGs与传统电源暂态电流波形的差异,充分考虑纵联通道同步误差的影响,提出了基于时间序列动态匹配的含IIDGs配电网纵联保护原理。通过对线路两侧电流采样值序列进行动态匹配识别故障,降低了线路两侧采样数据同步要求,引入时域波形平均欧氏距离构造保护判据提升灵敏度。仿真结果表明所提的保护判据能够可靠识别线路内部和外部故障,在现有继电保护装置采样率下性能良好。

计及电压幅值检测延时及相位跳变的IIDG故障电流解析计算

逆变型分布式电源(inverter interfaced distributed generation,IIDG)的波动性、弱馈性及强受控性,使其在故障下具有与同步发电机不同的短路电流特性,对其进行准确解析是继电保护适应性分析与保护新原理研究的基础,具有重要意义。针对现有研究忽略电压幅值检测延时导致IIDG故障特性难以准确解析的问题,以新能源送出线路发生三相短路为例,综合考虑电压幅值检测延时以及相位跳变所引起锁相环动态响应特性的影响,对IIDG故障暂态过程进行精细化划分,分别针对故障暂态过程的2个阶段,建立了电压电流双环控制和电流环控制下的故障电流解析表达式,明确了电压检测延时与锁相环动态响应对IIDG故障电流暂态特性的影响机理。最后,基于Matlab/Simulink仿真平台,验证了所提故障电流解析计算模型的正确性。

适应IIDG接入的就地型馈线自动化改进策略

随着逆变型分布式电源(IIDG)的渗透率不断提升,基于单向潮流设计的就地型馈线自动化(FA)可能无法应对IIDG接入的场景。针对这一问题,以目前应用较多的2种就地控制型FA模式,即电压-时间型以及电压-电流型FA为例,详细分析了IIDG接入对就地控制型FA各开关动作情况的影响。在此基础上,结合电流保护、电压序分量以及方向元件对FA系统进行改进,提出了适用于有源配电网的就地控制型FA方案。最后,搭建FA系统仿真模型进行验证。结果表明,该策略可有效缓解IIDG接入对出口断路器保护、无压分闸以及电压电流型开关过流检测的影响,提高有源配电网的故障处理水平。

计及T/4延时正、负序分离算法的IIDG暂态电流特性分析

逆变型分布式电源通过并网换流器接入电网,故障电流特性与常规设备存在显著差异,为配电网的故障保护带来挑战。基于T/4延时的正、负序分离算法被广泛用于并网换流器控制系统,然而,延时环节对暂态故障电流特性的影响尚未被充分研究。为此,首先在梳理换流器故障瞬态响应链路的基础上,分别建立换流器拓扑以及含正、负序分离环节控制系统的数学模型,并通过Pade近似实现延时环节线性化;进而,建立并网换流器暂态故障电流的闭环模型,并分析延时环节对暂态故障电流特性的影响;最后,利用MATLAB/Simulink仿真验证所提计算方法和分析结果的正确性,所提暂态电流计算方法的计算误差在1%以下。研究表明,暂态电流的含量可达到额定电流的2倍以上,延时环节将使测量值与实际值之间存在测量误差,该测量误差输入到电流闭环中会带来正、负序dq轴电流振荡,低次谐波含量暂时性上升等新特征。

基于控保协同的有源配网主动注入式保护方法

由于逆变型分布式电源(inverter-interfaced distributed generation,IIDG)的故障特性主要由其控制策略及电网故障情况决定,在不同故障场景和工况下,传统的被动式保护方法存在保护整定和协调困难的问题。为此,提出一种基于控保协同的有源配网主动注入式保护方法,故障期间控制IIDG主动向电网注入特征信号,保护处利用检测到的特征信号来获取IIDG的基波信息,从而消除IIDG对各支路电流及现有电流保护的影响。由于保护利用的故障特征是由IIDG主动注入的,因此该方法在不同场景和工况下都有较好的适用性,且不需要增加额外的通信和检测设备,具有经济性好和实用性高的优点。仿真结果验证了所提方法的有效性。

基于特征信号注入的含IIDG配电网谐波差动保护方案

逆变型分布式电源(Inverter interfaced distributed generation,IIDG)接入后,使得配电网成为复杂的多电源系统,也改变了配电网传统的潮流结构、运行方式和故障特性。充分利用IIDG接入对保护的积极因素,构建IIDG并网逆变器主动作用机制,提出基于特征信号注入的含IIDG配电网谐波差动保护方案,通过IIDG的主动参与保护使得保护更具灵活性。以DG并网点电能质量合格且IIDG输出功率不越限为约束,选择于IIDG电流内环注入特征高次谐波信号,并确定了能量主动调控的启用时机和有效作用时段,基于此提出了谐波电流含有率差动保护方案,并通过仿真验证了所提保护方案的合理性。

含T接逆变型分布式电源配电网的自适应距离保护

大量逆变型分布式电源(Inverter Interfaced Distributed Generation,IIDG)接入配电网,传统继电保护技术的可靠性无法满足。为了提高配电网供电可靠性,适应可再生能源大量渗透的新型电力系统,针对含T形接入IIDG的配电网,文章提出了一种自适应性的距离保护方案。分析了故障发生在不同位置对保护的影响,根据IIDG在系统发生故障时的输出特性,通过BP神经网络利用保护本地电气信息计算IIDG的输出电流,实时整定动作值。该方法由于无需与远方通信,动作速度快,并且减少了通信系统的投资。最后在MATLAB中建立了含T形接入IIDG的10 kV配电网模型,并与传统距离保护进行了对比,验证了该保护方法的优越性。

适用于逆变型分布式电源T 接的配电网线路纵联保护方案

针对逆变型分布式电源(IIDG)T接于配电网导致双端电流纵联差动保护难以适用的问题,提出一种基于线路端点正序电流的新型纵联保护方案。建立以并网点正序电压主导的IIDG压控电流源模型。根据线路本端保护测量所得正序电气量分别求解对端正序电流计算值。在此基础上,将同一端点测量值与计算值的相量差幅值作为保护动作量,并利用发生区、内外故障时保护动作量的差异形成故障识别判据。考虑计算误差及互感器传变误差对保护整定值的影响构建完整的保护方案。该方案在保护动作量计算过程中无须实时获取IIDG运行状态,仅在现有双端纵联通道内对线路两端的电气量进行通信即可准确识别区内、外故障,通信压力小。仿真结果表明所提保护方案可靠有效,受IIDG出力影响小且具备一定抗过渡电阻能力。

含逆变型分布式电源和分支负荷的配电网自适应电流差动保护

电流差动保护具有良好的选择性和灵敏性。但是,逆变型分布式电源(inverter-interfaced distributed generator,IIDG)和分支负荷接入改变了配电网的故障特性,现有配电网的电流差动保护面临拒动或误动的风险。为解决以上问题,该文在计及P/Q控制的IIDG和分支负荷的故障等值建模基础上,从故障点、IIDG和分支负荷的相对位置出发,挖掘配电网线路两端正序电流差的幅值特征以及正序电流故障分量的相位特征。在此基础上,提出一种正序电流幅值与故障分量相角阈值配合的双比例制动系数自适应差动保护方案,并且利用幅相平面分析所提保护判据的可靠性和灵敏性。最后通过PSCAD/EMTDC验证了所提保护方案的有效性,仿真结果表明该方案适应不同故障类型、位置和过渡电阻,且不受IIDG以及分支负荷接入的影响。

考虑IIDG低电压穿越时的微电网保护

逆变型分布式电源的故障特性主要取决于其控制策略,所以微电网的保护需要考虑逆变型分布式电源具体的控制策略。该文基于恒功率(PQ)控制的逆变型分布式电源在低电压穿越情况下的故障模型,给出其在不同电压降时输出的故障电流变化,并对微电网内部不同位置发生故障时同一母线上各馈线的电流特征进行分析,提出利用母线正序电压故障分量与各馈线正序电流故障分量的相位差来判定故障方向的保护原理。最后,通过PSCAD软件进行了算例仿真,结果证实了所述保护方案的正确性和可靠性。

含逆变型分布式电源的不平衡配电网快速短路电流计算

为实现含逆变型分布式电源的不平衡配电网快速短路电流计算,首先建立计及故障穿越控制的逆变型分布式电源序等效受控电流源模型,通过引入虚拟线路和虚拟节点并结合广义Fortescue变换建立不平衡配电网的系统序导纳矩阵。在此基础上构建含逆变型分布式电源不平衡配电网的序节点电压方程,提出基于序分量的短路电流迭代计算方法。通过引入预条件处理的广义极小残余法可避免求解系统序阻抗矩阵,能够有效提升短路电流迭代计算的计算速度。最后,通过对含逆变型分布式电源的13节点、123节点和多个大型合成系统仿真结果对比,验证了所提方法的正确性和可行性。

IIDG低压穿越模型及其在配网故障分析中的应用

在我国并网规程对分布式电源低压穿越功能的要求下,为了实现逆变型分布式电源IIDG(inverter-inter-faced distributed generator)的最优工作效率,提出了基于无功电流支撑的低电压控制策略。通过增加电压跌落门槛值实现输出有功电流的优化,并分析了采用该策略时逆变型分布式电源的故障特性。在此基础上,建立了含IIDG的配电网短路计算模型。DIGSILENT仿真表明该低电压穿越策略在电压跌落时可实现IIDG的并网运行和最大的有功输出。含IIDG的配电网短路计算模型考虑了低压穿越策略,为大规模分布式电源并网的继电保护方案提供参考。

考虑配电网保护约束的IIDG准入容量及对策分析

逆变型分布式电源(IIDG)在系统故障时的输出特性与旋转电机有显著差异。考虑逆变器有限的过流能力建立了恒功率并网控制策略下的IIDG输出模型,定性分析配电网不同位置故障时IIDG的接入对继电保护可能的影响并推导含IIDG的短路电流计算公式。进而在保护配置不做出调整的条件下求得多个特定接入点处的IIDG的最大准入容量,并与未考虑过流限制的计算结果进行对比分析。为满足含高渗透率IIDG的复杂配电网保护需要,提出了一种配电网区域划分基础上的新型故障定位算法并借助算例进行了验证。

基于阻抗特性的IIDG孤岛保护与故障穿越协调运行方法

针对逆变型分布式电源(IIDG)的孤岛保护和故障穿越两种功能存在的运行冲突问题,提出一种基于公共连接点(PCC)阻抗特性的IIDG孤岛保护和故障穿越协调运行方法。基于PCC等效阻抗的传递函数解析模型,分析并网和孤岛运行状态下的阻抗特性。根据孤岛和电压暂态扰动情况下PCC阻抗的变化特征实现了同一逆变器中孤岛和电压暂态扰动现象的同步检测,从而正确执行孤岛保护与故障穿越两种功能。算例表明,所提方法可以有效辨识孤岛和电压暂态扰动现象,协调IIDG的孤岛保护和故障穿越两种功能,对已有的故障穿越和动态无功支撑方法具有较好的兼容性,有利于IIDG主动参与电网调节,更好地适应在配电网中的高渗透并网。

机理与数据融合驱动的含IIDG配电网短路电流计算方法

目前含逆变器型分布式电源(IIDG)的配电网短路电流计算主要采用物理建模方法,在IIDG高渗透情况下其在计算速度、准确性、通用性等方面存在不足。因此提出一种机理与数据融合驱动的适用于含IIDG和IIDG高渗透下配电网的短路电流计算方法。为与数据驱动建模的计算方法进行对比,在对含IIDG的配电网进行特征分析的基础上,提出了反映短路电流的2种特征组合方式:一种使用蕴含机理的特征,即将不接入IIDG时配电网的短路电流作为关键特征,另一种则使用配电网特征。通过运行MATLAB/Simulink上搭建的仿真模型自动积累样本集合,使用机器学习中的集成方法(包括随机森林、极限随机树、XGBoost、LightGBM)进行2种特征下的模型训练。在IEEE 34节点系统上验证了集成方法建模的可行性和有效性,同时对比了不同集成方法以及不同特征组合方式的计算误差,结果表明,各集成学习方法均能够准确地进行短路电流计算,机理与数据融合的驱动方法在机理未失效情况下,比单纯的数据驱动模型计算更准确。与物理建模方法的对比结果也验证了所提方法的准确性和快速性。

全功率型逆变电源侧工频变化量距离保护性能下降机理分析

受逆变型分布式电源(IIDG)系统内阻抗不稳定的影响,工频变化量距离保护在全功率型逆变电源侧存在拒动风险,但现有理论未能从机理方面明确指出造成内阻抗不稳定的具体因素,难以提出针对性的保护改进方案。为了深入探究IIDG侧工频变化量距离保护性能急剧下降的机理,基于阻抗平面法分析指出,在全功率型逆变电源控制策略的作用下,IIDG侧正序电流增量表现为相位、幅值受控的独立变量,其与过渡电阻共同构成的附加阻抗大小随故障工况变化且矢量方向发生不确定性偏转,导致保护正确动作可行域不明晰,在传统阻抗继电器整定判据下保护可靠性严重劣化。在此基础上,进一步研究了主流的PQ控制及低电压穿越控制策略对该保护动作安全性和耐受过渡电阻能力的影响。基于PSCAD/EMTDC的仿真结果验证了理论分析的正确性,为工频变化量距离保护在IIDG并网工况下故障响应能力的恢复提供了有益的理论参考。

考虑光-车-氢接入的新型城市配电网规划研究综述与展望

为实现“双碳”目标,城市配电网中分布式光伏渗透率不断提升,电动汽车等新型清洁负载在终端消费中的占比不断增大,氢储能作为一种新型储能技术被广泛集成在“源-网-荷”各个环节之中。城市配电网面临着网架结构和运行模式的多方面改变,给规划带来巨大挑战。为实现具有高不确定性的光伏发电与充电负荷的安全经济消纳,首先从光-车-氢等灵活性资源入手,从特性对比、协同策略、在配电网规划中的利用以及不确定性处理4个方面对现有配电网规划研究进行了归纳对比;接着,总结了城市配电网规划面临的光-车-氢灵活性评估、多维度多时间尺度不确定性处理、长时间尺度超大规模联合规划模型构建求解三大关键问题;最后,展望了未来城市配电网规划过程中,用户与电网运营商的利益博弈、考虑故障风险的城市配电网规划与极高光-车-氢渗透率下城市配电网规划三方面的研究问题。

考虑多控制目标的IIDG低压穿越控制方法

现有逆变型分布式电源(IIDG)低压穿越控制有电压支撑效果不理想,控制目标单一,输出电流存在越限风险等不足,针对此问题,文中提出一种考虑多控制目标的低压穿越控制方法。首先以预设相电压为约束条件,构建得出电压支撑方程,据此实现电压支撑控制;其次,通过约束IIDG向电网注入负序无功电流的大小,实现有功输出振荡抑制控制。同时为充分利用IIDG的剩余容量,文中通过最大有功功率输出和电流限幅控制计算得出IIDG正序有功电流参考值,保证在IIDG输出电流不发生越限的前提下,实现IIDG最大有功功率输出。仿真算例表明,与现有正序无功电流注入控制方法相比,文中多控制目标低压穿越控制方法具有更加良好的故障控制效果。

含逆变型分布式电源外电网的短路计算等值及其影响因素分析

大量逆变型分布式电源接入会对电网短路电流计算及电网等值产生影响。该文提出了含逆变型分布式电源外电网的多端口戴维南等值方法,分析了等值参数的影响因素。首先,基于多端口电网络理论推导了外电网等值多端口的戴维南等值电路模型和参数表达式,分布式电源对等值电路的影响主要体现在开路等效电压。其次,根据开路电压计算公式,分析了分布式电源对开路等效电压的影响因素和规律。电网故障期间分布式电源可等效为压控电流源,其输出电流受独立电压源、等值端口电压及分布式电源低穿控制策略等的影响。然后,分析了等值端口电压、分布式电源容量、独立交流电源强弱对等效开路电压的影响规律,得到了等效开路电压随端口电压、分布式电源容量和外部电源内阻抗的变化曲线。通过IEEE33节点电网和某220kV高压电网仿真验证了等值方法和影响因素分析的正确性。

含分布式光伏的10 kV供电系统继电保护整定分析

以含有1.8 MWp分布式光伏的某物流设施10 kV供电系统为例,对其继电保护配置和整定方法进行总结。介绍短路电流计算中分布式光伏的处理方法,分析分布式光伏对继电保护整定的影响,提出变压器保护、线路保护、母线保护、故障解列保护、备自投的配置和整定方法。