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“西电东送”和“清洁能源”战略深入推进,浙江电网呈现高比例受电和高比例新能源接入的“双高”特征。电网单一故障若不能及时切除阻断,可引发特高压直流闭锁而导致巨大暂态能量冲击。继电保护作为电力系统安全防护的第一道防线,对于维护可靠供电至关重要。随着浙江“双高”电网演变,交直流电网设备紧密耦合而发生和应作用,故障暂态过程复杂多变,测量信号传变发生异化,作为电网贴身保镖的继电保护面临严峻挑战： ①大规模风电、光伏、柔性潮流控制器等电力电子设备的接入,改变了电网的结构与参数,其本体控制保护系统在线路故障期间与外部电网的和应作用使得故障暂态过程随机波动,传统基于工频相量的保护原理与基于同步电机的故障分析方法已难以适用;高压输电系统配置的电容式电压互感器（CVT）在短路故障期间由于电压暂降、电容充放电而存在暂态传变误差,进一步劣化保护的准确性与速动性。 ②变压器（包括换流变）在投运等常规操作期间由于铁芯饱和而产生励磁涌流,其幅值接近短路电流;投运变压器通过耦合交互使得近区运行的变压器以及直流系统产生和应涌流,导致涌流范围扩大、延时增长;特别是涌流期间电流互感器将发生饱和,信号传变进一步异化,保护易发生误动,严重威胁可靠供电,此种变压器、电流互感器等含有非线性铁磁元件的和应传变作用机理尚未明晰,缺乏对策。 项目团队揭示了一次设备之间电气量和应、一二次设备之间信号传变的复杂电磁暂态过程,研发了高性能线路及主变保护装置,主要创新内容包括： ①基于输电线路的物理模型,揭示了故障暂态电压电流的时空分布固有特性,克服了电力电子设备接入对传统线路保护的影响,应用等传变理论攻克了故障期间CVT传变误差的影响。 ②*了基于暂态信息的方向、距离、差动等快速保护算法,提出了基于异构边界的含电力电子设备线路单端量全线速动方法,研发暂态量保护装置,实验室测试表明：线路保护装置出口故障算法2.7ms内动作、全线故障整组5.8ms内动作。 ③采用涵盖运行变压器多侧复杂和应涌流的数学解析方法,填补了带负荷运行变压器和应涌流理论分析空白,构建了多种类型含磁滞特性的电流互感器高精度数字仿真模型,首次揭示了变压器、电流互感器多非线性铁磁元件和应传变作用机理。 ④发明了基于多维时空信息的保护应对策略,解决了继电保护在多非线性铁磁元件和应传变作用期间存在误动的难题,成果应用于变压器保护装置,提升了保护可靠性,在现场经受住了变压器空投以及互感器饱和的考验而未发生误动。 项目获授权发明专利11项,发表论文31篇,其中SCI论文8篇、Ei论文15篇。成果被微机保护创始人杨奇逊院士鉴定为整体国际领先水平。产品广泛应用于省内外电网,近三年新增销售额13.2亿元。成果深化了对电力电子化电网故障特性的认识,显著了提升继电保护的速动性、可靠性与适应性,对于促进清洁能源消纳、降低直流换相失败风险、保障“双高”电网的安全运行具有重要意义。
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