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系统并网技术
★ 5.0
基于逆变器资源并网的输电线路保护功能实验分析
Experimental Analysis of Transmission Line Protection Functions in Grid-Connected IBR
| 作者 | Hai Huynh · Alish Khatiwada · Bikrant Poudel · Ebrahim Amiri · Milton I. Quinteros · Thomas E. Field |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industry Applications |
| 出版日期 | 2024年12月 |
| 技术分类 | 系统并网技术 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 逆变器资源 线路电流差动保护 距离保护 故障响应 保护方案分析 |
语言:
中文摘要
本文研究了基于逆变器的电源(IBR)接入输电系统给线路电流差动保护(87L)和距离保护功能(21)带来的保护挑战。在弱馈系统(其中IBR是故障电流的唯一来源)中研究了这些保护功能的可靠性。利用时域暂态程序(EMTP)对一个实际的25节点网络系统进行了保护方案分析。该测试系统与一个IBR电源互联,并根据IEEE 2800 - 2022标准将其转换为白盒模型,以匹配负序注入、相角、电压穿越和无功功率控制策略。模拟了IBR对15种故障情况的响应,并针对EMTP保护功能模型进行测试,然后将结果记录到COMTRADE文件中。利用这些文件在电力系统模拟器中测试三种不同类型的物理微处理器继电器中制造商的87L和21保护功能的响应。得出以下结论:仿真跳闸时间响应与硬件跳闸时间响应非常接近;由于IBR独特的故障响应特性,在同步发电机存在时采用的继电保护原理并不充分;必须仔细考虑对21和87L继电器过流监控器的影响;基于IBR中接地变压器的存在情况,接地保护功能会受到影响。
English Abstract
This paper investigates protection challenges for line current differential (87L) and distance protection function (21) posed by the integration of inverter-based resources (IBR) into transmission systems. The reliability of these functions is investigated in a weak in-feed system, where the IBR is the only source of fault current. The analysis of the protection schemes is performed on a real-world 25 bus network system, using a time-domain transient program (EMTP). The test system is interconnected with an IBR source, converted into a white-box model in accordance with IEEE 2800-2022 matching the negative sequence injection, phase angle, voltage ride through, and reactive power control strategy. The IBR response to 15 fault cases is simulated and tested against EMTP protection function models, then recorded into COMTRADE files. These files are used in a power system simulator to test the response of manufacturer's 87 L and 21 protection functions inside three different types of physical microprocessor relays. The following was concluded: the simulation tripping time response matches closely to the hardware tripping time response, the relaying philosophy used in the presence of synchronous generators is not sufficient due to the unique IBR fault response, the effect on overcurrent supervisors of 21 and 87 L relays must be carefully considered, and ground protection functions are impacted based on the presence of a grounding transformer in the IBR.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项研究直接关系到我们光伏逆变器及储能系统并网的核心安全问题。论文针对逆变器型电源(IBR)在输电系统中引发的线路差动保护(87L)和距离保护(21)挑战进行了深入实验分析,这对我们产品在弱馈入系统中的应用具有重要指导意义。
研究揭示的关键问题与阳光电源的技术路线高度相关。首先,IBR作为唯一故障电流源时,传统保护哲学已不再适用,这要求我们在逆变器控制策略设计中必须充分考虑与保护系统的协调性。论文基于IEEE 2800-2022标准建立的白盒模型,特别关注负序电流注入、相位角响应、电压穿越能力和无功功率控制策略,这些正是我们1+X模块化逆变器和液冷储能系统需要优化的核心参数。
研究通过EMTP仿真与实际微处理器继电器的对比测试,验证了仿真与硬件响应的高度一致性,这为我们建立数字孪生测试平台提供了方法论支撑。特别值得关注的是,过流监督功能在IBR环境下的适用性问题,以及接地变压器配置对接地保护的影响,这直接影响我们电站级保护方案的设计。
技术机遇在于,通过深度参与保护标准制定和算法优化,阳光电源可以将保护友好型特性作为产品差异化优势,提升在大型地面电站和独立储能项目中的竞争力。挑战则在于需要投入资源开发与传统保护设备兼容的自适应控制算法,并与电网公司、继电保护厂商建立更紧密的技术协同机制,确保我们的逆变器和储能系统在复杂电网环境下的保护可靠性。