《新能源接入的复杂大电网继电保护关键技术及设备研制》

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该项目属于电气工程学科,大力建设可再生新能源电力(风电、光伏等)是解决中国经济发展与日益枯竭的化石能源和环境恶化之间矛盾的重要措施,而大规模新能源电力的可靠送出、安全并网和高效消纳需要特高压、高压等各级电网作为保障。该项目攻克新能源接入的复杂大电网继电保护关键技术,研制出适用于新能源接入复杂大电网的110kV~1000kV电压等级继电保护设备,可以全面支撑新能源接入电网的建设。

随着新能源规模化集中接入,交直流混联电网的建成,各种电力电子设备在电网中大规模应用,中国的电网形态发生了较大变化,电力电子设备取代了传统的同步电机,电网复杂的故障特征和间歇性的运行方式会严重劣化传统电网继电保护性能,进而影响电网的安全稳定运行。主要影响在以下方面:①对于高占比新能源的复杂大电网,从故障特征方面看,由于新能源电源特征和传统电机的差别,使得传统的频域距离保护都存在适应性问题;②孤岛运行时,由于频率变化会影响到工频量保护计算准确度。③风电机组及光伏电站在系统故障时,电压降低导致撬棒动作后故障点短路电流降低,甚至消失,故障特征不明显,尤其是在发生转换性故障时,会降低差动保护灵敏度,导致差动保护动作速度变慢,从而影响整体系统的稳定性。④特高压、大容量直流输电已成为“西电东送”的主要输电模式,使系统稳定特性发生较大变化,再加上大规模风电、光伏汇集群的接入,电力系统频率稳定问题愈加突出,这对继电保护设备的适应性性提出了很高的要求。

该项目针对上述问题,建立了直驱风机、双馈风机、大规模储能电站的数字仿真模型,通过仿真计算掌握了各自的故障暂态及稳态特性并进行了深入的研究,取得了一些关键性技术突破,攻克了上述问题:①研究并提出了一种新型的快速频率测量算法,有效解决了孤岛运行时由于频率变化影响到工频量保护计算准确度的问题;②提出了一种基于微分方程复合最小二乘法求解测量阻抗的计算方法,阻抗方向利用线路背后系统特征进行方向判别,解决了新能源接入电网阻抗保护的超越及误动、拒动问题,提高了保护动作可靠性;③提出了一种继电保护差动电流采样数据综合处理的方法,解决了由于故障特征不明显造成转换性故障差动保护速度慢的难题。利用该技术的1000kV母线保护装置通过了河南省科技成果鉴定,该技术研究达到了国际同类产品的领先水平;④成功研制了适用于新能源接入的110kV~1000kV电压等级继电保护设备,解决了继电保护设备对新能源接入的适应性问题,为系统稳定提供了保障。

该项目已获授权发明专利10项,在中文核心期刊上发表学术论文5篇。

运用该项目的创新成果,研制了适用于新能源接入复杂大电网的110kV~1000kV电压等级继电保护设备,包括常规变电站及智能变电站的母线保护装置、线路成套保护装置、变压器保护装置等3大类20余种产品。自2015年12月投产以来至2018年底,已经累计生产销售5000余套系列保护装置,完成销售产值50712万元,新增利润近14178万元。项目已经在中广核南召留山风电项目、山西寿阳光伏升压站、华能如东海上风电场300MW工程、浙江舟山500kV联网输变电工程、±1100kV古泉换流站、湖北龙泉±500kV换流站、淮南-南京-上海特高压1000kV交流工程等新能源和特高压等重点工程中成功实施。

通过推广应用该项目,可以有效地提高电力设备继电保护的性能水平。该项目的成功实施,一方面保持了该公司在电网继电保护领域的技术领先水平,并带来了可观的经济效益。另一方面为中国新能源输电技术和设备在更大范围内应用创造了十分有利的条件,为中国构建清洁低碳、安全高效的新一代能源系统提供了保障。

成果说明

基于本项目技术的产品自2015年12月投入市场以来,由许继电气股份有限公司生产、制造、销售,主要用于国网公司、南方电网公司,截止2018年已经在全国2100座变电站投入使用,包括中广核南召留山风电项目、山西寿阳光伏升压站、华能如东海上风电场300MW工程、浙江舟山500kV联网输变电工程、±1100kV古泉换流站、湖北龙泉±500kV换流站、淮南-南京-上海特高压交流1000kV工程等新能源和特高压等重点工程。本项目产品在现场运行稳定可靠,可有效保证大规模新能源电网系统的稳定性。

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