计及继电保护适应性的构网型变流器限流算法探讨

汇报人：吴恒工作单位：东南大学 电力电子化电力系统 对构网型控制的实际需求 电力系统的正常运行需要电压源 电力电子化电力系统 对构网型控制的实际需求 大扰动下构网型变流器的动态需求 限流暂态（同步）稳定性继电保护适应性构网支撑（服务）相跳功率·惯性功率一快速故障（无功）电流注入 大扰动下构网型变流器的动态需求 限流暂态（同步）稳定性继电保护适应性构网支撑（服务）相跳功率惯性功率一快速故障（无功）电流注入 E:内电势V:端电压Z：虚拟阻抗8=0,-0. 对内电势E和输出阻抗Z的动态需求？ 距离保护 选相元件和方向元件 距离保护 选相元件 距离保护 选相元件 Zeq20:负序和零序电路在故障点的等效并联阻抗 距离保护 选相元件 ·为了避免电源和负荷的景响，基于正序分量的判据往往关注故障分量 故障分量 LAi=LinAi=i-iprel角度关系ZA0=Zn=-Vprel 距离保护 选相元件 前提条件 ：输出阻抗：1)高感性2）故障前后基本不变·内电势：故障前后基本不变 距离保护 方向元件 距离保护 方向元件 前提条件 ·输出阻抗：1)）高感性2）故障前后基本不变·内电势：故障前后基本不变 继电保护可靠运行的前提条件 科学问题 问题 构网型变流器控制如何影响这些前提条件？ [1]Y.Li,H.Wu*,andX.Wang"lmpactotgrid-forming invertersonprotectiverelays:Aperspectiveforcurrent limitingcontroldesign,IEEETrans.ind.Electron,accepted,2025 构网型变流器对前提条件的影响 构网型变流器对前提条件的影响 慢时间尺度内电势 内电势由功率控制决定·为了保持构网能力，功率控制的带宽需低于5Hz(1] 前提条件：故障前后内电势相对恒定 构网型变流器对前提条件的影响 限流控制对输出阻抗的影响 构网型变流器对前提条件的影响 输出阻抗---虚拟阻抗/导纳限流 Fig.虚拟导纳 调参时选择高X/R，Z可被设置为高感性 Fig.虚拟阻抗 构网型变流器对前提条件的影响 输出阻抗---基于电流参考的限流控制 虚拟阻抗本质是通过控制构建电压电流的动态关系，从该视角触发可以推导出失量电压电流双闭环方案限流时的虚拟阻抗11 构网型变流器对前提条件的影响 输出阻抗基于电流参考的限流控制 构网型变流器的输出阻抗 圆形限流：阻性输出阻抗基于优先级限流和瞬时限流：输出阻抗的X/R不固定由故障情况决定 Fig.基于电流参考限流的方法 前提条件：高感性输出阻抗 难以虚拟电感，从保护视角来看该方案应该一票否决但实际中仍然被广泛应用 输出阻抗：1.Z2Kpug 构网型变流器对前提条件的影响 实验验证 RTboxes 构网型变流器对前提条件的影响实验验证基于负序的保护元件 采用高感性虚拟阻抗限流时，基于负序的保护元件仍可可靠工作。 矢量电压电流双闭环方案无法虚拟高感性阻抗，方向/选相元件会误动或拒动。 构网型变流器对前提条件的影响 基于故障分量保护元件的问题 故障分量电路 故障前电路 故障电路 限流未被触发e是F处的电压eprel是故障前变流器内电势 限流控制导致变流器输出阻抗变化。efau是故障时变流器内电势。 故障分量Au=U-VtprelAin=in-ipirel变流器：Aui =!Ain 前提条件：故障前后输出阻抗基本不变 构网型变流器对前提条件的影响 实验结果 协调保护的构网控制 基本思路 方案 调整故障时的变流器控制，使变流器在故障前与故障时表现出一致的端口动态特性，从而可将其等效为电压源efau串联阻抗Zv。 Fig.等效故障前电路 协调保护的构网控制 故障分量电路 Fig.故障分量电路 协调保护的构网控制 具体实现：功率控制 功率控制 内电势自动切换。 协调保护的构网控制 具体实现：功率控制 切换准则 最大相电流和值进行比较 t，为协调保护模式的最长持续时间t,=40ms 协调保护的构网控制 具体实现：限流控制 Fig.虚拟电抗 协调保护的构网控制 实验验证-基于故障分量的保护原件 所提出的协调保护故障穿越策略可以使基于故障分量的保护元件正确动作。 协调保护的构网控制 结论 前提条件 i）内电势：故障前后基本不变i输出阻抗：故障前后基本不变：高感性 构网型变流器对选相元件和方向元件的影响 ）经典的失量电压电流双闭环限流控制无法虚拟电感，与现有交流继电保护不适配（但仍有大量关于该方案的学术研究和工程应用）。i)基于高感性的虚拟阻抗限流可以使基于负序分量的保护元件可靠动作。m）基于故障分量的保护元件仍然可能误动作。 协调保护的故障穿越控制 i改进功率环以使基于故障分量的保护元件可靠动作。i仍然可以保证故障电流被有效限制。 致谢与参考文献 参考文献 [1]Y.Li,H.Wu*,andX.Wang*,"Impactofgrid-forminginvertersonprotectiverelays:Aperspectiveforcurrentlimitingcontroldesign,IEEETrans.Ind.Electron.,Accepted,2025. [2] Y.Li, H.Wu*,andX.Wang*,"Aprotection-interoperablefault ride-throughcontrolforgrid-forminglnverters,.IEEETrans.Ind.Electron.,Accepted,2025. YifeiLi .PhD@AAU,Denmark 谢谢大家！