计及继电保护适应性的构网型变流器限流算法探讨

电力电子化电力系统对构网型控制提出了实际需求，尤其是在大扰动下。正常运行时，电力系统需要电压源支持，而构网型变流器需满足动态需求，包括限流暂态稳定性、继电保护适应性、构网支撑、相跳功率、惯性功率和快速故障电流注入等。

构网型变流器的动态需求

1. 内电势和输出阻抗的动态需求：要求内电势在故障前后基本不变，输出阻抗需高感性且故障前后基本稳定。
2. 距离保护的影响：基于正序分量的判据需关注故障分量，前提是输出阻抗高感性且内电势稳定。方向元件和选相元件也需满足类似条件。

构网型变流器对前提条件的影响

1. 内电势：由功率控制决定，带宽需低于5Hz以保持构网能力，但限流控制可能改变内电势。
2. 输出阻抗：
   • 虚拟阻抗/导纳限流：通过高X/R比实现高感性输出阻抗。
   • 基于电流参考的限流控制：矢量电压电流双闭环方案无法虚拟高感性阻抗，可能导致方向/选相元件误动或拒动。
   • 圆形限流和瞬时限流：输出阻抗的X/R不固定，难以满足保护需求。

实验验证

• 高感性虚拟阻抗限流：基于负序的保护元件仍可靠工作，而矢量双闭环方案会导致保护误动。
• 故障分量保护元件问题：限流控制改变输出阻抗，导致故障分量计算偏差，可能误动保护元件。

协调保护的构网控制

• 基本思路：调整故障时变流器控制，使其端口动态特性与故障前一致，等效为电压源串联阻抗。
• 具体实现：
  • 功率控制：内电势自动切换，切换准则为最大相电流和值比较，最长持续时间为40ms。
  • 限流控制：通过虚拟电抗实现高感性输出阻抗。
• 实验结果：协调保护策略使基于故障分量的保护元件正确动作，同时保证故障电流有效限制。

结论

1. 前提条件：内电势和输出阻抗需故障前后稳定且高感性。
2. 关键发现：
   • 矢量双闭环限流控制不兼容现有保护。
   • 高感性虚拟阻抗限流可兼容负序保护元件。
   • 故障分量保护仍可能误动。
3. 解决方案：改进功率环以协调保护，兼顾限流和可靠性。