计及控保协同的自适应电流差动保护方法-第2页-北极星输配电网

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04仿真验证与分析

为验证所提保护的有效性，本文在PSCAD中搭建图6所示的新能源经柔直送出系统仿真模型。共设置了6个故障点。其中，区内故障设置在新能源侧线路出口处f₂（10%）、线路中点处f₁（50%）以及柔直侧线路出口处f₃（90%）。区外故障设置在了f₄和f₅点处。此外，在相邻线路设置故障点f₆用于验证同塔双回线路下的相邻线路故障后的所提保护是否会发生误动。

图6 PSCAD故障测试仿真模型

Fig.6 PSCAD simulation test system

4.1 保护动作情况分析

在f₁—f₅故障点处分别设置了4种典型短路故障，分别为单相接地故障（AG）、两相相间故障（BC）、两相接地故障（BCG）以及三相相间故障（ABC）。仿真结果见表1。

表1 不同故障情况下所提保护仿真结果

Table 1 Simulation results of the proposed protection under different fault conditions

由表1可知，故障发生在区内时，各相灵敏度系数K_se均大于1的整定门槛，保护均正确动作，且动作性能表现良好；故障发生在区外时，K_se均未超过1，保护可靠不动作。说明所提保护在典型故障类型下，可满足系统安全稳定运行的需求。

为了更清晰地展示所提保护的动作性能，以故障点f₁（50%）处为例（t=2.5 s为故障时刻），仿真结果如图7所示。由图7可知，在交流线路发生不同短路故障时，所提保护方法均能够可靠动作，其速动性表现良好，动作所需时间不超过10 ms。验证了该方法可有效改善传统差动保护灵敏度下降的问题。

图7 交流线路故障后的保护动作性能

Fig.7 Protection performance after AC line fault

4.2 保护算法抗过渡电阻能力

为了验证过渡电阻对所提保护的影响，以故障点f₁（50%）处为例，设置在不同过渡电阻（25 Ω、50 Ω、75 Ω、100 Ω）情况下单相接地、两相接地和两相短路故障。受到过渡电阻的影响，导致I_d/I_res最大值有所下降，但是单相接地故障、两相故障、两相接地故障以及三相对称接地故障下所提保护依然可以正确识别区内故障，不会发生拒动，仿真结果如表2所示。

表2 不同过渡电阻情况下所提保护性能

Table 2 Performance of the proposed protection under different transition resistance scenarios

4.3 与传统差动保护性能对比

为了更好地展示所提保护的优越性，本文将所提保护与传统差动保护进行对比，以三相短路故障为例，得到仿真结果如图8所示。

图8 保护性能对比

Fig.8 Comparison of protection performances

由图8可知，三相故障发生后，所提保护的制动系数下降，与传统电流差动保护相比，灵敏度有明显提升。

为了全方面展现所提保护的动作性能，现于不同故障情况下进行仿真测试，取故障后7 ms时刻的灵敏度进行对比，计算结果如表3所示。由表3可知，所提保护相比于传统差动保护，性能更好，灵敏性提升了两到三倍。

表3 保护动作灵敏度对比

Table 3 Comparison of protection action times

4.4 抗邻线故障影响能力

新能源场站一般经多条线路汇集后再经过柔直系统送出，而相邻线路的故障也会导致柔直换流器启动低穿策略，因此要验证相邻线路故障时保护是否误动。

为了验证所提保护是否会发生误动，建立同塔双回线路下的相邻线路故障模型，于相邻线路f₄处设置单相接地故障、两相故障、两相接地故障以及三相对称接地故障，得到仿真结果如图9所示。

图9 邻线故障影响下所提保护动作性能

Fig.9 Performance of the proposed protection under the influence of adjacent line faults

因为相邻线路故障同样会导致换流器启动降压限流控制，同时保护门槛将自适应随着控制而改变，但是此时无论在哪种故障情况下的灵敏度系数都极小，不会超过保护门槛，因此在同塔双回线路下的相邻线路故障后所提保护具有较高的可靠性，不会发生误动。

05结论

本文针对新能源场站与柔直换流器之间的交流输电线路中传统差动保护灵敏度降低的问题，提出了计及控保协同的自适应电流差动保护方法，经仿真测试，得到如下结论。

1）所提保护可以准确判断区内外不同类型故障，在保证可靠性的前提下大大提高了差动保护的速动性和灵敏度。与传统差动保护原理相比，灵敏度提高两到三倍；

2）该方法在100 Ω过渡电阻故障条件下仍能可靠动作，且具有抗邻线故障影响的能力，适用性较好；

3）该方法结合柔直换流器控制参考值与保护判据，通过引入故障穿越策略的参考电压系数，实现了自适应调整纵联保护动作门槛，逻辑简单且易实现，工程实用性好。

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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