2023-12-31-国家电网-适应高比例分布式电源接入的配电网保护关键技术研究进展_39页_16mb

适应高比例分布式电源接入的配电网保护关键技术研究进展

背景分析：
随着“双碳”目标提出，能源转型推动高比例新能源接入电力系统，分布式电源、储能、电动汽车等多类新型负荷迅猛发展，配电网由传统无源网络向有源网络演化，潮流双向流动、传统保护机制失效，亟需新型保护策略。

主要问题与挑战：

1. 线路侧保护影响：
   分布式电源（DER）改造故障短路特性，改变线路电流幅值和方向，导致传统电流保护误动或拒动。亟需方向电流保护，且需考虑多种分布式电源并网特性（同步/异步/双馈/逆变器类型）。

2. 重合闸与馈线自动化问题：
   公共电网侧故障重合时，若用户侧DER未及时脱网，可能导致重合失败甚至反送电事故，需解决通信耦合、电压检测和自适应合闸时间的协调。

3. 孤岛保护与防误脱网：
   国标（GB/T 33593）和IEEE 1547要求DER在电压/频率异常时具备穿越能力，但防孤岛保护定值若过于灵敏会误动，影响系统扰动适应性；国际事故（如英国2019大停电）显示防孤岛失效风险。

4. 虚拟同步机（VSG）特殊检测需求：
   VSG类分布式电源在孤岛下不切换策略，传统被动检测方法盲区扩大，需研发电压/频率联合识别的在线检测方法。

关键技术解决方案

1. 多级方向电流保护法

• 原理：配置正序阻抗角判据，结合MMSE电流保护，联动断路器分段脱网，实现故障快速移除。
• 应用示例：
  • 出口配置三段式方向电流保护，避让DER电流干扰；
  • 分段/分支处部署两级方向电流保护，整定值按比例递减。
• 效果：在30%/70% DER渗透下，大幅减少误动/拒动，动作时间控制在≤0.5秒。

2. 故障精准定位隔离技术：

• 方法：基于5G/光纤对等通信，实现电流差动定位故障段，仅切除故障区段内的DER（如图9仿真实验）。
• 优势：最小化非故障段脱网，提升供电恢复速度。

3. DER防孤岛定值自适应配置：

• 双重灵敏度机制：
  • 低灵敏度组（动作时间≥1秒）：对应系统扰动，允许DER穿越运行；
  • 高灵敏度组（动作电流≤4kA，动作时间0.08秒）：故障/孤岛时快速脱网。
• 实施案例：

  基于频率变化率（ROCOF）判据，贵州电网案例验证在不同故障模式下可实现选择性动作。

4. 自适应重合闸技术：

• 原理：利用线路上游母线电压判断，实时调整重合闸时间，兼容防止DER反送电风险。
• 经济性：无需额外通信或电压互感器，直接依赖本地判据优化动作时序。

5. VSG孤岛检测优化：

• 创新方法：基于角速度误差反馈，识别角失调，实现宽频域检测。
• 鲁棒性：在垂特性弱化时仍能准确判断VSG类DER的离网/孤岛。

技术突破与应用展望

阶段目标：

• 近期（≤3年）：推广三级保护方案（方向电流+精准定位+防孤岛定值自适应），用于现网重载线路改造。
• 远期（>5年）：构建柔性交互式配电物联网，支持基于AGC的DC-DC撬板保护，实现配电网源-荷-储协同控制。

代表性创新：

1. 首创全国最大规模（5G+MMSE+差动）融合保护模型；
2. 微电网可自适应策略模式切换的防孤岛AI算法（CN202311214343.4）。