新型电力系统继电保护技术探索与展望报告

NARI新型电力系统继电保护技术探索与展望报告人：郑玉平公众号·电力干货智能电网保护和运行控制国家重点实验室内容NARI新型电力系统形态继电保护技术挑战继电保护新技术探索总结与展望智能电网保护和运行控制国家重点实验室新型电力加系统形态NARI口构建新型电力系统是我国实现“双碳”目标的必然选择新型电力系统将以新新型电力系统将支撑新型电力系统将发挥电能源为供应主体，实电能广泛替代，服务网互联优势，实现各类现电力脱碳。全社会降碳脱碳发电资源的共享和互济。2020年我围各种燃料发电量占比请瓶（30%75%01.10%深中国美世界工业（30%50%11.73%交通（5%-50%）22.37%26.95%66.54%2060年61.32%我国高达66.54%的电力来自煤炭，石油、天然气，电我国电力占终端能源消费比重目前为26%实现碳达构建风光水火储一体化”，发挥大电网互联力脱碳是实现碳中和自标的关键。掉碳中和目标，到2060年我国电能消费比重预计达到优势，实现各类发电资源在就地微网、区域电70%以上，终端能源消费电气化进程加快，两以及互联大电网的共享和互济。新型电力泵统形态NARI口新型电力系统形态：交流电技术为基础，大电网与微电网、直流组网等多种组网技术融合发展高比例新能源高比例电力电子设备接入是电网基本特征交流电技术仍然是基础新能源集中/分布接入电网电力电子设备发挥重要作用装机容量海上风电基能投产时期占比双饱风机井网（万千瓦）2000年前9500%88直能风机井2000-20105562551.5%光伏储能升网2010-20152361821.9%光伏发电基地全国光多分入2015-20201925717.8%支择新能预拌畅和拍送自前我国不同寿食期媒电机组构成统潮流静止同步故障电流2060年，预计同步电源装机25.5亿千瓦（其中光预计2060年全国新能源装机占比将超过60%控制器补装限制器热2.5亿）占比36%：考虑新能源出力的随机波发电量将超过50%，新能源通过中或分布接动性，网步电源开机容品占比18%-77%发电出入电网，逐新在电源结构中占主体地位静止无功可控井联书联电容器力占比10%~67%*补偿装置电抗器补偿装置作为爽滤控制宇段新型电力系统形态NARI口新型电力系统设备脆弱性、故障连锁性，对继电保护提出更高要求。口新型电力系统故障特征将发生深刻变化现有继电保护体系面临严峻挑战大电网单一故障大型设备安全故障离散变流器本体保护全局化特征问题依然严峻非线性特征及控制策略对保护性能要求更高故障形态发生深刻变化挑战1挑战2.挑战3.新型电力系统故障规律传统继电保护技术难以分布式电源影响配电网分析和共性特征提取困难适应新故障形态故障快速隔离和自愈保障设备和系统安全运行，继电保护责任重大， 任重道远内容NARI新型电力系统形态继电保护技术挑战继电保护新技术探索总结与展望智能电网保护和运行控制国家重点实验室继电保护技术挑战NARI挑战1：新型电力系统故障规律分析和共性特征提取围难口光伏故障暂态特性分析阶段1：暂态自然响应，不受电力电子控制策略影响阶段2：本体保护响应，功率管控制脉冲封锁保护及重新恢复阶段3：控制器动态响应，对故障期间电流指令值的动态响应及跟踪速度阶段4：控制器稳态控制，不同故障电流控制目标（负序电流抑制、有功/无功出力比例等）的精准控制?封脉冲时长10ms稳定电流限值1.2pu电流限值PEHOU1.5pu201.991.9902.00520120152.03时间/s继电保护技术挑战NARI挑战1：新型电力系统故障规律分析和共性特征提取困难口光伏故障暂态特性分析折随着电压跌落深度变小支撑电压的无功电流减小，并在系统容量许可的范围内输出一定的有功电流，故障期间的电流相位对比无故障时的电流相位差值随之减少。当发生不对称故障时，暂态过程中的负序电流尖峰随着跌落深度增加明显增大，随着逆变器负序电流抑制策略的介入，负序电流经过控制器闭环动态调节后，实现有效抑制我大值摄近Q.32pU电压洗至院电压联至10%南压肤至30%电压跌至30%电压跌霸 0%10%￥30%-54°电压跌落深度对故障电流相位变化-108--90°-72幅值及相位的影响不对称跌落深度对故障电流负序分量影响（投入负序抑制）幅值比1.21.050.960.98继电保护技术挑战NARI挑战1：电网故障形态发生深刻变化，故障暂稳态发展过程驱待厘清口双馈风机故障暂态特性分析阶段1：暂态自然响应，不受电力电子控制策略影响阶段2：控制器暂态响应，转子功率管脉冲闭锁，携棒电路投入，定子电流感应出转速频率分量阶段3：控制器动态响应，对故障期间电流指令值的动态响应及跟踪阶段4：控制器稳态控制 按照故障穿越控制目标（有功/无功出力比例）对输出电流精准控制②?④5.015.025.035.045.055.075.08特子电话1000转子功率管封脉冲及-2000投撬棒时长约30ms时间/54995.015.025.045.055.065.075od:继电保护技术挑战NARI挑战1新型电力系统故障规律分析和共性特征提取困难口双馈风机故障暂态特性分析随着电压跌落深度变小，支撑电压的无功电流减小并在系统容量许可的范围内输出一定的有功电流，故障期间的交流电流相位对比无故障时的电流相位差值随之减少当网压跌落程度较深时转子变流器过流封锁，定子电流在暂态响应阶段出现转速频率分量，谐波含量较大：当跌落程度较浅时，定子电流动态过程由变换器及网压共同决定定子电缆正常态电流电压联量20%电话电压跌至50%506029时间/5电压对称跌落深度对故障电流幅值及相位的影响继电保护技术挑战NARI挑战1：新型电力系统故障规律分析和共性特征提取围难口柔直交流侧敌障暂态特性分析阶段1：暂态自然响应，不受电力电子控制策略影响阶段2：控制器动态响应，对故障期间电流指令值的动态响应及跟踪阶段3：控制器稳态控制 故障电流控制自标对负序电流抑制以及有功出力的精准控制230.60.4电流/KA020.20.40.60.10.110.120.130.140.150.160.170.18时间/s11继电保护技术挑战NARI挑战1：新型电力系统救障规律分析和共性特征提取团难口柔直交流测故障暂态特性分析当发生对称跌落故障时，随着电压跌落深度变大，为了在系统容量许可的范围内保持有功功率传输，故障期间交流电流的幅值对比无故障时的电流辐值变大，位基本不变当发生不对称故障时暂态过程中的负序电流尖峰随着跌落深度增加明显增大由于负序电流抑制策略的作用负序电流经过控制器闭环动态调节后，实现有效抑制0.1正常态电济0.08掌相电压胜至70%电压联车W联警50%单拍电压族至0%0020.02004-006负厚电涨尖晴0.1pu电压铁至85%%0Z幅值比1.251.62.5时间/$-0.08时间／S012D.14电压跌落深度对故障电流幅值的影响不对称跌落深度对故障电流负序分量影响（投入负序抑制）12NARI继电保护技术挑战挑战1新型电力系统故障规律分析和共性特征提取困难四个阶段：新能源电源和柔直在故障穿越的整个过程可以体现为暂态自然响应、本体保护响应、控制器动态响应和控制器稳态控制四个阶段电流幅值受限受电力电子器件自身安全性要求，故