新形态城市电网故障特性分析与保护方法研究

As the increasing integration of renewable power generations, electric vehicles and the fast development of metros, urban power grids show a new configuration with complex structures and operation states. Therefore, it exists great challenges for relay protection of urban power grids. This project aims to use advanced artificial intelligence algorithms and multi-source information to study the failure characteristics of urban power grids with large random fluctuation flexible power sources and loads, and the detection of failure characteristics under complex data environment. Based on this, this project will further study new protection principles, self-adaptive protection parameters design, novel islanding detection methods and interconnection protection principles of distributed renewable resources. Furthermore, the algorithm of chain failures in the urban power grid is also examined and the wide-area network protection is studied to stop the chain failures. To summarize, this project proposes self-adaptive local protection and wide-area protection methods based on the elaboration of fault characteristics and propagation characteristics. This study has great significance to ensure the safe, and stable operation of urban power grids with the new configuration.

随着分布式电源的广泛接入、电动汽车的大规模普及、城市轨道交通的迅速发展，城市电网呈现出结构与运行特性日趋复杂的新形态；随机波动柔性源/荷网络化地接入给城市电网的保护带来了严峻挑战。本项目旨在通过城市电网中多源信息的有效融合，结合先进的人工智能算法，研究柔性源/荷多点馈入后城市电网故障分析方法，揭示新形态城市电网的故障特性，实现复杂数据环境下各类故障特征的有效提取；在此基础上，研究新形态城市电网保护新原理及自适应定值整定方法；研究随机性源/荷互动耦合条件下的孤岛检测新技术和柔性电源并网保护新方法；研究含大量随机柔性源/荷的城市电网连锁故障传播机理及其关键影响因素，提出适应新形态城市电网的网络化广域保护。项目在阐明故障特性与故障传播机理的基础上，提出自适应元件保护和网络化广域保护，对保障新形态城市电网安全稳定运行具有重要意义。

分布式电源、电动汽车、城市轨道交通等柔性源/荷大量接入城市电网，导致城市电网呈现新的形态，给城市电网安全稳定运行带来了新的问题。本项目在传统电网故障诊断、保护方法的基础上，充分考虑了柔性源/荷波动出力、源荷二象性及系统复杂程度，对新形态城市电网故障特性、保护方案、连锁故障及紧急控制等方面进行了研究，具体包括以下几个方面：建立了含分布式电源及电动汽车的新形态城市电网故障等效模型，提出了适应随机柔性源/荷多点接入的城市电网故障分析方法。设计了适应随机柔性源/荷的新形态城市电网电流纵差保护方法，提出辅助保护判据以提高保护的灵敏性，改善了随机波动源/荷可能导致的保护误动问题，提出了针对随机柔性源/荷的保护定值整定方案。建立了新形态城市电网事故链模型与概率潮流模型，提出了基于半不变量与模式搜索法的连锁故障分析方法，实现了连锁故障传播过程的可靠模拟与连锁故障的风险评估。提出了基于双层优化规划的新形态城市电网线路过载紧急控制策略，实现了连锁故障的有效抑制。本项目开发的城市电网智能数据采集与分析单元已应用于湖南电网，实现了故障实时检测与数据智能处理。项目以故障发生时序为基准，阐明了含随机柔性源/荷的新形态城市电网故障特征及演化机理，提出的城市电网故障分析方法、改进保护策略、连锁故障分析方法及紧急控制策略等，对保障新形态城市电网安全稳定运行具有重要指导意义。