中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
摘要 構(gòu)網(wǎng)型新能源集中外送系統(tǒng)接入顯著改變了電網(wǎng)的故障特征，外送線路發(fā)生故障時(shí)傳統(tǒng)縱聯(lián)保護(hù)易出現(xiàn)靈敏度降低甚至拒動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)?；诖耍岢鲆环N基于復(fù)合序電流的構(gòu)網(wǎng)型新能源機(jī)組外送線路縱聯(lián)保護(hù)新原理?？紤]故障時(shí)構(gòu)網(wǎng)型新能源機(jī)組固有控制策略對(duì)正序分量和負(fù)序分量的限制作用，將構(gòu)網(wǎng)型新能源外送線路的故障分為對(duì)稱性故障、不對(duì)稱性故障和集中外送故障3類，并利用正序分量、負(fù)序分量構(gòu)造保護(hù)判據(jù)，針對(duì)集中外送故障場(chǎng)景提出利用正序突變量構(gòu)造保護(hù)判據(jù)。在此基礎(chǔ)上，將3種故障特征量融合并構(gòu)造基于復(fù)合序電流的保護(hù)判據(jù)，進(jìn)一步提升保護(hù)的靈敏性與速動(dòng)性。在PSCAD中搭建構(gòu)網(wǎng)型新能源集中外送系統(tǒng)模型驗(yàn)證所提保護(hù)新原理的性能。仿真結(jié)果表明，所提方案在高阻接地情況下，仍具有較高的靈敏度。
1 構(gòu)網(wǎng)型新能源機(jī)組控制方案
1.1 故障限流策略
構(gòu)網(wǎng)型控制技術(shù)通過(guò)調(diào)節(jié)接入點(diǎn)電壓的幅值和相位來(lái)控制注入功率。構(gòu)網(wǎng)型控制策略在運(yùn)行時(shí)采集公共接入點(diǎn)的三相電壓電流信號(hào)，通過(guò)功率外環(huán)控制形成電壓幅值信號(hào)U*與相位信號(hào)θ*，利用脈沖寬度調(diào)制（pulse width modulation，PWM）技術(shù)生成開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。構(gòu)網(wǎng)型控制技術(shù)典型控制流程如圖1所示。
圖1 構(gòu)網(wǎng)型變流器控制流程
Fig.1 Grid-forming converter control process
在圖1中，uabc、iabc分別為變流器系統(tǒng)側(cè)公共接入點(diǎn)的三相電壓與電流；Re、Le分別為變流器端口到公共接入點(diǎn)的等效電阻與電感；Rg、Lg分別為系統(tǒng)側(cè)線路的等效電阻與電感。
構(gòu)網(wǎng)型控制技術(shù)通過(guò)模擬同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性，使新能源機(jī)組呈現(xiàn)出相似的外特性。但構(gòu)網(wǎng)型變流器承受的過(guò)流能力有限，為避免故障電流過(guò)大導(dǎo)致開關(guān)器件損壞，構(gòu)網(wǎng)型控制策略通常包含故障限流策略。
目前構(gòu)網(wǎng)型變流器采用的故障限流策略可分為電流直接限幅與電流間接限幅2類。電流直接限幅通過(guò)修改電流內(nèi)環(huán)的參考值調(diào)整輸出電流的大小和相位；電流間接限幅引入可調(diào)整的虛擬阻抗，通過(guò)控制增大內(nèi)部虛擬阻抗實(shí)現(xiàn)限流。故障限流策略能夠?qū)⒐收掀陂g構(gòu)網(wǎng)型變流器提供的故障電流限制在額定電流的1.2~1.5倍，因此故障限流策略會(huì)削弱系統(tǒng)故障等大擾動(dòng)情況下的電氣特征。
1.2 負(fù)序抑制策略
在構(gòu)網(wǎng)型變流器的控制方式有下垂控制、虛擬振蕩器控制和虛擬同步機(jī)控制3類，其中，下垂控制具有原理簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、響應(yīng)速度快等優(yōu)勢(shì)，但無(wú)法模擬同步發(fā)電機(jī)的慣性與阻尼特性，即在面臨快速變化的負(fù)荷或電網(wǎng)故障時(shí)，其無(wú)法快速調(diào)節(jié)發(fā)電單元的實(shí)際輸出功率。此外，該控制策略也無(wú)法有效抑制電壓、頻率振蕩現(xiàn)象?；谔摂M振蕩器控制的變流器也不具備慣性環(huán)節(jié)，大規(guī)模接入電網(wǎng)時(shí)會(huì)削弱電網(wǎng)慣性，降低電網(wǎng)的穩(wěn)定性。虛擬同步機(jī)控制則是在下垂控制的基礎(chǔ)上增加了對(duì)同步發(fā)電機(jī)慣性、阻尼特性的模擬，該控制策略能有效提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。目前，虛擬同步機(jī)控制技術(shù)因其優(yōu)良特性已在構(gòu)網(wǎng)型變流器中得到了廣泛研究與實(shí)踐。因此，本文以虛擬同步機(jī)控制的構(gòu)網(wǎng)型變流器為背景分析負(fù)序抑制策略。
當(dāng)系統(tǒng)側(cè)電壓發(fā)生三相不平衡跌落時(shí)，公共接入點(diǎn)的不平衡電壓會(huì)導(dǎo)致構(gòu)網(wǎng)型VSG的輸出電流呈現(xiàn)出三相不平衡特性，此時(shí)并網(wǎng)變流器的輸出功率中包含了直流分量和倍頻的有功功率分量與無(wú)功功率分量。為避免系統(tǒng)側(cè)不對(duì)稱故障導(dǎo)致并網(wǎng)變流器出現(xiàn)輸出電流不對(duì)稱以及輸出功率倍頻震蕩問(wèn)題，通常會(huì)將負(fù)序電流的指令設(shè)置為0，以抑制有功功率與無(wú)功功率的倍頻分量。
構(gòu)網(wǎng)型變流器功率控制環(huán)輸出的參考電壓經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換與正負(fù)序分離，可得正序電流指令，同時(shí)將負(fù)序電流指令設(shè)置為0。經(jīng)正序電流控制環(huán)與實(shí)際正序電流相減并乘以系數(shù)得到正序電壓指令。同理，經(jīng)負(fù)序電流控制環(huán)與實(shí)際負(fù)序電流相減并乘以系數(shù)得到負(fù)序電壓指令，最終合成電壓指令。因此，構(gòu)網(wǎng)型變流器在處理電流不對(duì)稱及輸出功率震蕩問(wèn)題時(shí)，會(huì)導(dǎo)致其輸出負(fù)序電流為0，對(duì)外表現(xiàn)為負(fù)序抑制特性。
2 構(gòu)網(wǎng)型新能源機(jī)組故障序電流特征分析
以構(gòu)網(wǎng)型光伏發(fā)電機(jī)組為基礎(chǔ)搭建構(gòu)網(wǎng)型新能源機(jī)組集中外送系統(tǒng)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。其中，PVn為第n組光伏發(fā)電機(jī)組；PCC為并網(wǎng)點(diǎn)；ZL1為故障點(diǎn)至場(chǎng)站側(cè)外送線路的等值阻抗；ZL2為故障點(diǎn)至系統(tǒng)側(cè)外送線路的等值阻抗；Zs為系統(tǒng)側(cè)等值阻抗。
圖2 構(gòu)網(wǎng)型新能源機(jī)組集中外送系統(tǒng)
Fig.2 Grid-forming new energy set centralized outward transmission system
外送線路發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)側(cè)提供的短路電流Is為
式中：E為系統(tǒng)側(cè)等值電源；Zs為系統(tǒng)側(cè)等值阻抗；ZL2為故障點(diǎn)至系統(tǒng)側(cè)外送線路的等值阻抗。
外送線路發(fā)生對(duì)稱性故障時(shí)，系統(tǒng)側(cè)提供的短路電流可達(dá)額定運(yùn)行電流的數(shù)倍。而構(gòu)網(wǎng)型新能源機(jī)組在故障限流策略的作用下，其提供的短路電流被限制在額定電流的1.2~1.5倍。因此在構(gòu)網(wǎng)型新能源機(jī)組接入數(shù)量較少時(shí)，場(chǎng)站側(cè)與系統(tǒng)側(cè)提供的短路電流有明顯差別，傳統(tǒng)縱聯(lián)保護(hù)能夠正確動(dòng)作。
但在新能源機(jī)組集中外送場(chǎng)景下，多臺(tái)構(gòu)網(wǎng)型新能源機(jī)組并聯(lián)在一條母線上，共同向系統(tǒng)輸送電能，此時(shí)外送線路發(fā)生故障時(shí)場(chǎng)站側(cè)提供的短路電流Iw為
式中：N為構(gòu)網(wǎng)型新能源機(jī)組接入數(shù)量；k為在故障限流策略作用下單臺(tái)機(jī)組的故障電流限制系數(shù)，取1.2~1.5；IN為單臺(tái)機(jī)組的額定運(yùn)行電流。
隨著構(gòu)網(wǎng)型新能源機(jī)組接入數(shù)量的提升，場(chǎng)站側(cè)提供的短路電流不斷增大，可能導(dǎo)致兩側(cè)短路電流近似相等，傳統(tǒng)縱聯(lián)保護(hù)無(wú)法正確動(dòng)作。由于故障時(shí)系統(tǒng)側(cè)與場(chǎng)站側(cè)提供的故障電流方向相反，此時(shí)可通過(guò)計(jì)算兩側(cè)的電流突變量放大故障特征，進(jìn)而判別故障。
外送線路發(fā)生不對(duì)稱性故障時(shí)，在負(fù)序抑制策略的作用下，此時(shí)場(chǎng)站側(cè)提供的負(fù)序電流接近于0，而系統(tǒng)側(cè)提供的負(fù)序電流不受影響，因此兩側(cè)負(fù)序電流有明顯差別，可利用此特性判別不對(duì)稱性故障。
3 基于復(fù)合序電流特征的縱聯(lián)保護(hù)新原理
3.1 多故障場(chǎng)景下基于序電流特征的故障判據(jù)
新能源機(jī)組接入導(dǎo)致系統(tǒng)故障時(shí)呈現(xiàn)出幅值受限和相位受控的特征，致使傳統(tǒng)縱聯(lián)保護(hù)無(wú)法正確識(shí)別故障。為解決這一問(wèn)題，本文分析了構(gòu)網(wǎng)型新能源機(jī)組接入場(chǎng)景下由控制策略引起的故障特征，有以下結(jié)論：
1）外送線路發(fā)生不對(duì)稱性故障時(shí)，在負(fù)序抑制策略的作用下場(chǎng)站側(cè)基本不提供負(fù)序電流，兩側(cè)負(fù)序電流差別較大；
2）外送線路發(fā)生對(duì)稱性故障時(shí)，故障限流策略限制了場(chǎng)站側(cè)提供的故障電流。當(dāng)構(gòu)網(wǎng)型新能源機(jī)組接入數(shù)量較少時(shí)，兩側(cè)故障電流差別較大；當(dāng)構(gòu)網(wǎng)型新能源機(jī)組接入數(shù)量較多時(shí)，兩側(cè)故障電流差別較小，此時(shí)可計(jì)算電流突變量放大故障特征。
因此，可將構(gòu)網(wǎng)型新能源機(jī)組的故障場(chǎng)景簡(jiǎn)化為3類：對(duì)稱性故障、不對(duì)稱性故障、新能源機(jī)組集中外送系統(tǒng)故障。分別利用故障電流的正序分量、負(fù)序分量、正序突變量構(gòu)造保護(hù)判據(jù)，充分利用場(chǎng)站側(cè)與系統(tǒng)側(cè)電流幅值差異這一重要特征，同時(shí)舍去相角判據(jù)，規(guī)避相角受控帶來(lái)的誤判風(fēng)險(xiǎn)。判據(jù)構(gòu)建方法如下。
1）對(duì)稱性故障。若新能源機(jī)組的接入數(shù)量較少，在故障限流策略的影響下，系統(tǒng)側(cè)提供的短路電流Is遠(yuǎn)大于場(chǎng)站側(cè)提供的短路電流Iw，基于線路兩側(cè)的正序電流同樣符合該故障特征，因此可以選取正序電流幅值比構(gòu)建判據(jù)，即
式中：Is1為系統(tǒng)側(cè)提供短路電流正序分量的幅值；Iw1為場(chǎng)站側(cè)提供短路電流正序分量的幅值；K1為正序電流比例系數(shù)。
2）不對(duì)稱性故障。構(gòu)網(wǎng)型新能源機(jī)組包含負(fù)序抑制策略，發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)場(chǎng)站側(cè)提供的負(fù)序電流基本為0，而系統(tǒng)側(cè)負(fù)序電流相對(duì)較大，即使在高阻接地下，兩側(cè)負(fù)序電流也有顯著差異，因此可以利用負(fù)序電流構(gòu)建判別不對(duì)稱故障的保護(hù)判據(jù)，即
式中：Is2為系統(tǒng)側(cè)提供短路電流負(fù)序分量的幅值；Iw2為場(chǎng)站側(cè)提供短路電流負(fù)序分量的幅值；K2為負(fù)序電流比例系數(shù)。
3）新能源機(jī)組集中外送系統(tǒng)故障。當(dāng)新能源機(jī)組集中外送線路發(fā)生對(duì)稱性故障，由于構(gòu)網(wǎng)型新能源機(jī)組接入數(shù)量較多，系統(tǒng)側(cè)與場(chǎng)站側(cè)提供的短路電流可能相近?？紤]到場(chǎng)站側(cè)與系統(tǒng)側(cè)故障電流反向，以正常運(yùn)行時(shí)外送線路的穿越電流為基準(zhǔn)，引入正序電流突變量構(gòu)建保護(hù)判據(jù)，此時(shí)場(chǎng)站側(cè)正序電流突變量ΔIw1為
式中：Iw1為發(fā)生對(duì)稱性故障時(shí)場(chǎng)站側(cè)提供故障電流的正序分量；IL為正常運(yùn)行時(shí)外送線路穿越性電流的正序分量；Iw1為Iw1的幅值；IL為IL的幅值。
系統(tǒng)側(cè)正序電流突變量ΔIs1為
式中：Is1為發(fā)生對(duì)稱性故障時(shí)系統(tǒng)側(cè)提供故障電流的正序分量；Is1為Is1的幅值。
盡管線路兩側(cè)正序電流接近，但在IL的影響下，線路兩側(cè)正序電流突變量仍存在較大差異，因此可以構(gòu)建判據(jù)，即
式中：K3為正序電流突變量比例系數(shù)。
此外，新能源機(jī)組集中外送線路發(fā)生不對(duì)稱性故障時(shí)，負(fù)序抑制策略同樣使場(chǎng)站側(cè)基本不提供負(fù)序電流，因此利用不對(duì)性故障判據(jù)即可判別故障。
綜上所述，在以上3種故障場(chǎng)景下，場(chǎng)站側(cè)的故障特征量總是大于系統(tǒng)側(cè)。為了進(jìn)一步提升保護(hù)的在新能源集中外送場(chǎng)景下的靈敏性和可靠性，融合3種故障特征量構(gòu)成復(fù)合序電流特征量，并為負(fù)序分量判據(jù)與電流突變量判據(jù)賦予更高的權(quán)重。場(chǎng)站側(cè)復(fù)合序電流特征量Iw-comp為
式中：m1、m2分別為權(quán)重系數(shù)，通?？扇?~6。
系統(tǒng)側(cè)復(fù)合序電流特征量Is-comp為
構(gòu)建的保護(hù)綜合判據(jù)可表示為
式中：Krel為可靠系數(shù)，通?？扇?.2~1.5。
3.2 縱聯(lián)保護(hù)運(yùn)行方案
本文所提縱聯(lián)保護(hù)判別流程如下。
1）首先實(shí)時(shí)采集線路兩側(cè)電流，并利用電流突變量啟動(dòng)元件進(jìn)行啟動(dòng)判定。
2）若滿足啟動(dòng)判據(jù)，提取啟動(dòng)時(shí)刻后5 ms內(nèi)系統(tǒng)側(cè)與場(chǎng)站側(cè)的三相故障電流。
3）利用傅里葉變換分別求解兩側(cè)故障電流的正序與負(fù)序分量，并取啟動(dòng)時(shí)刻前5 ms內(nèi)的電流作為正常運(yùn)行時(shí)的穿越電流，以此為基準(zhǔn)計(jì)算兩側(cè)的正序電流突變量。
4）將求得的特征量依次代入3類故障判據(jù)進(jìn)行判斷，若滿足判據(jù)，則保護(hù)跳閘。若不滿足，則合成復(fù)合序電流，代入式保護(hù)綜合判據(jù)進(jìn)一步判斷，若滿足判據(jù)，則保護(hù)跳閘。若不滿足，則保護(hù)退出，并持續(xù)監(jiān)測(cè)故障。
4 仿真驗(yàn)證
為驗(yàn)證本文所提的構(gòu)網(wǎng)型新能源機(jī)組集中外送場(chǎng)景下縱聯(lián)保護(hù)新原理，利用PSCAD搭建新能源集中外送系統(tǒng)，以光伏發(fā)電機(jī)組為例，采用虛擬同步機(jī)控制技術(shù)構(gòu)建構(gòu)網(wǎng)型新能源機(jī)組。依次驗(yàn)證對(duì)稱性故障、不對(duì)稱性故障、新能源機(jī)組集中外送系統(tǒng)故障3類場(chǎng)景下縱差保護(hù)的有效性。
4.1 不同場(chǎng)景下故障特征量驗(yàn)證
4.1.1 對(duì)稱性故障場(chǎng)景
在構(gòu)建的構(gòu)網(wǎng)型新能源機(jī)組集中外送模型中，通過(guò)調(diào)整構(gòu)網(wǎng)型新能源機(jī)組的容量反映機(jī)組的接入數(shù)量。當(dāng)構(gòu)網(wǎng)型新能源機(jī)組接入數(shù)量較小時(shí)，設(shè)置外送線路發(fā)生三相接地故障，故障發(fā)生時(shí)刻為2 s。提取故障發(fā)生后場(chǎng)站側(cè)與系統(tǒng)側(cè)的故障電流，利用傅里葉變換分離正序分量，兩側(cè)的正序分量如圖3所示。由圖3可知，故障發(fā)生后，構(gòu)網(wǎng)型新能源機(jī)組的故障限流策略立即投入運(yùn)行，將場(chǎng)站側(cè)的故障電流限制在額定運(yùn)行電流的1.2倍左右，因此其正序分量的幅值變化不明顯。而系統(tǒng)側(cè)提供的故障電流不受故障限流策略的影響，僅與系統(tǒng)側(cè)等值阻抗與系統(tǒng)側(cè)線路阻抗相關(guān)，因此其正序分量幅值較大。可見，兩側(cè)正序分量幅值差別較大，因此能夠用于構(gòu)建保護(hù)判據(jù)。
圖3 對(duì)稱故障場(chǎng)景下系統(tǒng)側(cè)與場(chǎng)站側(cè)正序電流
Fig.3 Grid-side and power-side positive sequence current for symmetrical fault scenarios
4.1.2 不對(duì)稱性故障場(chǎng)景
保持構(gòu)網(wǎng)型新能源機(jī)組的容量不變，設(shè)置外送線路發(fā)生單相接地故障，故障發(fā)生時(shí)刻為2 s。提取故障發(fā)生后場(chǎng)站側(cè)與系統(tǒng)側(cè)的故障電流，利用傅里葉變換分離負(fù)序分量，兩側(cè)的負(fù)序分量如圖4所示。由圖4可知，故障發(fā)生后，構(gòu)網(wǎng)型新能源機(jī)組在負(fù)序抑制策略的作用下基本不提供負(fù)序電流，而系統(tǒng)側(cè)不受負(fù)序抑制策略的影響，所提供的負(fù)序電流幅值較大?？梢?，兩側(cè)負(fù)序電流的幅值有顯著差別，且這一特征在所有不對(duì)稱故障場(chǎng)景下均較為明顯，因此能夠用于構(gòu)建保護(hù)判據(jù)。
圖4 不對(duì)稱故障場(chǎng)景下系統(tǒng)側(cè)與場(chǎng)站側(cè)負(fù)序電流
Fig.4 Grid-side and power-side negative sequence current for unsymmetrical fault scenarios
保持故障條件不變，設(shè)置接地電阻分別為100 Ω、1 000 Ω、3 000 Ω和5 000 Ω，驗(yàn)證高阻接地對(duì)負(fù)序判據(jù)的影響。研究發(fā)現(xiàn)雖然接地電阻增大會(huì)削弱系統(tǒng)側(cè)提供的負(fù)序電流，但仍遠(yuǎn)大于場(chǎng)站側(cè)提供的負(fù)序電流，兩側(cè)負(fù)序電流幅值比較大。因此該判據(jù)反映的故障特征較為明顯，基本不受接地電阻的影響。
4.1.3 新能源機(jī)組集中外送系統(tǒng)故障場(chǎng)景
增加構(gòu)網(wǎng)型新能源機(jī)組的接入容量，模擬構(gòu)網(wǎng)型新能源集中接入場(chǎng)景。設(shè)置三相接地故障，故障發(fā)生時(shí)刻為2 s。由于外送線路發(fā)生故障后，場(chǎng)站側(cè)與系統(tǒng)側(cè)的故障電流方向相反，因此可以利用正序電流突變量特征識(shí)別故障。以正常運(yùn)行時(shí)外送線路的穿越電流為基準(zhǔn)，將兩側(cè)故障電流分別與穿越電流做差，并利用傅里葉變換分離正序分量，得到兩側(cè)正序突變量，如圖5所示。由圖5可知，由于構(gòu)網(wǎng)型新能源機(jī)組接入數(shù)量的增加，故障時(shí)場(chǎng)站側(cè)提供的故障電流與系統(tǒng)側(cè)相近，但在故障限流策略的影響下，其與正常運(yùn)行下的穿越電流仍保持1.2倍關(guān)系。因此在引入正序突變量進(jìn)行分析后，場(chǎng)站側(cè)正序電流突變量的幅值約為額定電流的0.2倍，而系統(tǒng)側(cè)提供的故障電流與穿越電流反向，其正序電流突變量的幅值約為額定電流的2倍。可見，利用系統(tǒng)側(cè)與場(chǎng)站側(cè)故障電流反向特性，引入穿越電流計(jì)算兩側(cè)正序電流突變量，有效放大了故障特征，因此能夠用于構(gòu)建保護(hù)判據(jù)。
圖5 新能源機(jī)組集中外送系統(tǒng)故障場(chǎng)景下系統(tǒng)側(cè)與場(chǎng)站側(cè)正序突變量
Fig.5 Grid-side and power-side positive sequence mutation current for new energy set centralized outward transmission scenarios
4.2 基于復(fù)合序電流的綜合判據(jù)及縱聯(lián)保護(hù)速動(dòng)性驗(yàn)證
本文設(shè)置不同的故障條件判斷在新能源集中外送場(chǎng)景下，采用的權(quán)重系數(shù)m1=m2=4，故障判別結(jié)果如表1所示。由表1可知，在構(gòu)網(wǎng)型新能源機(jī)組集中外送場(chǎng)景下，此時(shí)由正序分量構(gòu)造的保護(hù)判據(jù)幾乎無(wú)效，因此有必要利用復(fù)合序電流判據(jù)識(shí)別故障。當(dāng)外送線路發(fā)生故障時(shí)，為正序突變量設(shè)置的權(quán)重會(huì)放大兩側(cè)的故障特征，放大兩側(cè)復(fù)合序電流的幅值差異。其中，若發(fā)生不對(duì)稱故障，則為負(fù)序分量設(shè)置的權(quán)重會(huì)進(jìn)一步放大的兩側(cè)故障特征，使兩側(cè)復(fù)合序電流呈現(xiàn)出明顯差異。可見，在不同故障條件下系統(tǒng)側(cè)與場(chǎng)站側(cè)的復(fù)合序電流幅值比均大于可靠系數(shù)，因此本文提出的復(fù)合序電流判據(jù)可以準(zhǔn)確識(shí)別構(gòu)網(wǎng)型新能源集中外送場(chǎng)景下送出線路的故障。
表1 不同故障條件下綜合判據(jù)的故障識(shí)別效果
Table 1 Fault identification effect of the comprehensive criterion under different fault conditions
為了保證縱聯(lián)保護(hù)能夠快速切除故障，設(shè)置故障時(shí)間為2 s，分別設(shè)置不同故障條件，針對(duì)單相接地、兩相短路、兩相接地、三相短路、三相接地5種典型故障進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間均不超過(guò)5 ms。研究發(fā)現(xiàn)，在4種故障類型下保護(hù)動(dòng)作最長(zhǎng)時(shí)延分別為3.248 ms、3.421 ms、3.368 ms、4.622 ms、3.380 ms，縱聯(lián)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間均在5 ms以內(nèi)，本文所提方案能夠在故障發(fā)生后短時(shí)間內(nèi)識(shí)別并切除故障，因此能夠滿足繼電保護(hù)的速動(dòng)性要求。
5 結(jié)論
針對(duì)構(gòu)網(wǎng)型新能源集中外送系統(tǒng)因幅值受限、相角受控特性致使傳統(tǒng)縱聯(lián)保護(hù)適應(yīng)性下降問(wèn)題，提出了一種基于復(fù)合序電流的縱聯(lián)保護(hù)新原理，利用PSCAD構(gòu)建構(gòu)網(wǎng)型集中外送系統(tǒng)，設(shè)置不同故障條件分析驗(yàn)證，得到如下結(jié)論。
1）考慮構(gòu)網(wǎng)型新能源機(jī)組固有控制策略的影響，由故障電流正序分量與負(fù)序分量構(gòu)造的保護(hù)判據(jù)均能準(zhǔn)確識(shí)別故障。與傳統(tǒng)縱聯(lián)保護(hù)方案相比，所提判據(jù)充分利用場(chǎng)站側(cè)與系統(tǒng)側(cè)故障電流的幅值特征，并通過(guò)舍去相角判據(jù)規(guī)避相角受控的影響。
2）充分考慮了新能源集中外送場(chǎng)景的故障特征，提出利用正序突變量構(gòu)造保護(hù)判據(jù)，利用場(chǎng)站側(cè)與系統(tǒng)故障電流的反向特性放大故障特征，顯著提升了故障識(shí)別的準(zhǔn)確性。
3）在保護(hù)裝置的現(xiàn)實(shí)需求下，融合3種故障特征，構(gòu)造基于復(fù)合序電流比幅的縱聯(lián)保護(hù)新判據(jù)，仿真結(jié)果表明該判據(jù)在速動(dòng)性和靈敏性方面均有顯著提升。
本文研究主要針對(duì)構(gòu)網(wǎng)型新能源集中外送系統(tǒng)的保護(hù)新原理研究，提出適用于構(gòu)網(wǎng)型新能源大規(guī)模外送場(chǎng)景下的可靠縱聯(lián)保護(hù)方案。未來(lái)可以立足于“控保協(xié)同”思路，充分利用新能源機(jī)組的硬件優(yōu)勢(shì)，開發(fā)自主注入探測(cè)信號(hào)的故障識(shí)別方案，克服被動(dòng)保護(hù)始終受新能源滲透率制約的缺陷。
