PDF《具有不对称故障穿越能力逆变型新能源电源故障电流特性》

具有不对称故障穿越能力逆变型新能源电源故障电流特性 刘素梅1 ,毕天姝1 ,王晓阳2 ,杨国生2 ,薛安成1 ,杨奇逊1 ( 1.

新能源电力系统国家重点实验室,华北电力大学,北京市

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0 6;

2. 中国电力科学研究院,北京市

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0 1

9 2 ) 摘要:新能源电源大规模接入电网背景下, 电网故障特征发生根本性改变, 电网继电保护正面临新 挑战.由于新能源电源故障特性与其所用变换器控制紧密相关, 而变换器具体采用的控制策略随 生产厂家不同而不同, 一般也不公开, 所以这些因素使得揭示新能源电源短路电流特性成为难题. 针对逆变型新能源电源( I I R E G) , 提出了基于并网逆变器与直流卸荷电路协调控制的故障穿越策 略, 确保I I R E G 穿越不对称度1

0 0%的故障.以此为基础, 分析逆变器控制策略与I I R E G 短路电 流特性间关联规律, 进一步从理论上推导出了不依赖逆变器控制结构及参数的I I R E G 稳态短路电 流计算公式.最终, 采用硬件在环实验, 验证了所提故障穿越策略与I I R E G 稳态短路电流表达式 的有效性和正确性, 同时通过分析故障类型、 位置及所接电网短路容量水平对I I R E G 故障电流特 性的影响, 揭示了I I R E G 与常规同步电机相比的差异.这为含I I R E G 电网继电保护适应性分析 及配置整定研究提供理论支撑. 关键词:逆变型电源;

故障电流;

不对称故障穿越控制;

风力发电;

光伏发电;

继电保护 收稿日期:

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1 5 -

0 3 -

2 7;

修回日期:

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1 5 -

0 6 -

1 2. 国家重点基础研究发展计划(973计划)资 助项目(2012CB215206);

中央 高校基本科研业务费专项资金资助项目(

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1 4 QN

2 0 ) ;

国家电网公司科技项目( J B

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2 ) .

0 引言 作为电网安全稳定运行第一道防线, 继电保护 的基本任务是电网故障后根据电气量( 或非电气量) 变化特征, 鉴别和隔离故障元件.目前以同步电机 为基础的故障特征分析理论和以工频稳态短路电流 为主导的继电保护技术已很成熟.但是, 近来风电 和光伏发电等新能源电源大规模接入[

1 - 3] 导致电网 故障特征发生根本性改变, 已有电网保护正面临挑 战, 这已成为电力企业当前最为棘手和紧迫的问题 之一[

4 - 6] . 为解决新能源电源接入现有电网保护所面临的 问题, 需要开展两方面研究: 一是认知并揭示新能源 电源故障特性;

二是评估现有电网保护适应性并提 出适应新能源电源接入电网保护新原理.其中, 新 能源电源故障特性认知是基础.按照接 口类型不 同, 新能源电源可分为部分功率变换型( 双馈风电机 组) 和全功率变换型( 永磁直驱风电机组和光伏电池 等) .本文针对全功率变换型电源, 又称逆变型新能 源电源(inverterinterfacedrenewableenergygenerator,IIREG) 短路电流特性开展研究. 但是, 由于I I R E G 故障电流特性与其并网逆变 器控制紧密相关, 而逆变器具体所采用控制策略随 生产厂商不同而不同, 且一般也并不公开, 这使得 I I R E G 短路电流特性研究 成为一个难题.目前仅 部分文献基于指定的逆变器控制策略研究I I R E G 短路电流特性. 文献[

7 -

8 ] 在考虑逆变器正常并网控制前提下, 分析了I I R E G 故障电流特性, 这是在新能源电源发 展初期开展的, 当时电网并未提出故障穿越要求[ 9] . 而文献[