【现货速发】新型电力系统继电保护

为应对化石能源危机、环境污染等问题给人类生存带来的巨大挑战，能源体系正朝着低碳化、清洁化的方向发展。能源电力行业碳减排是我国实现双碳目标的关键环节，大规模开发和利用新能源，构建以新能源为主体能源的新型电力系统是实现双碳目标的重要途径。而柔性直流输电（柔直）和电池储能可以实现大规模新能源外送和中远海风电并网，提升新型电力系统运行安全性，因此柔直和电池储能是构建新型电力系统的关键支撑技术和不可或缺的关键要素。新能源、柔直、电池储能等均以电力电子变流器为接口接入电网，其故障特征受变流器自身的过流能力及控制的灵活性影响，显著区别于同步发电机，导致依赖同步发电机故障特征的传统继电保护方法无法适应新型电力系统，存在失效风险，严重威胁电力系统的运行安全性。因此，研究电力电子电源与同步发电机故障特征间的差异性，揭示传统继电保护方法适应性下降的根本原因，提出能适应新型电力系统故障特征并对多种非理想情况具有较好鲁棒性的继电保护新方法，具有重要的理论意义和工程应用价值。本书围绕包含新能源、储能、柔直等电力电子电源的新型电力系统继电保护诸多问题，系统介绍了新能源、电池储能系统、柔性直流换流站等电力电子电源的工作原理和故障特征，深入而细致地阐释了传统继电保护方法在新型电力系统中适应性下降的根本原因，并从改进传统保护方法、控保协同、时域保护新原理等角度提出了多种能适应新型电力系统故障特征的保护方法。主要研究内容如下。

(1) 对光伏发电系统、双馈风力发电系统、永磁直驱风力发电系统、电池储能系统、柔性直流输电系统等几类电源的拓扑结构和工作原理进行介绍。将这些系统的电源按照故障特征分为全功率型电力电子电源（全功率型电源）和双馈型电源，深入分析了这两种类型的电源与同步发电机故障特征的根本差异，为后续继电保护适应性分析及保护新原理的提出奠定基础。

(2) 分析了全功率型电源对测量阻抗的影响及全功率型电源侧等效阻抗特性，揭示了基于测量阻抗的传统距离保护及基于工频故障分量距离保护性能恶化的根本原因。为适应全功率型电源故障特征，提出一种基于自适应方向圆特性的距离保护，通过自适应调整方向圆特性的动作区域，避免距离保护的误动或拒动。搭建了含光伏电站的IEEE 39节点仿真模型，设置了不同的故障条件和不同的控制策略，验证了自适应距离保护的有效性，该方案可以准确地识别区内外故障及其故障方向，具有较好的抗过渡电阻的能力，对不同的并网导则均有较好的适应性。

(3) 推导了相电流差突变量幅值关系表达式和各序分量之间的相位关系表达式，分析了控制目标、控制参数、故障条件等诸多因素对选相元件性能的影响，揭示了相电流差突变量选相元件和序分量选相元件无法正确选相的根本原因。为此，从控保协同的角度，提出了一种基于序阻抗角重构技术的变流器控制策略，以提升各序分量选相元件的适应性，确保其正确选相。

(4)根据电力电子电源、同步电源与输电线路的连接关系，将交流输电线路分为Ⅰ型线路和Ⅱ型线路，给出相应的划分方法。由此，将全功率型电源对所有交流线路上负序方向元件性能影响的研究分为两类，并得出相应的结论。为解决Ⅰ型线路上负序方向元件误判故障方向的问题，改进传统变流器的控制策略，通过主动注入具有受限幅值和特定相角的负序电流，辅助负序方向元件正确且灵敏地识别故障方向。

(5) 从理论上推导了电流差动保护临界动作的幅值和相角条件； 深入分析了全功率型电源不同运行模式下，电流差动保护动作性能的差异性，揭示了全功率型电源导致电流差动保护灵敏度下降甚至拒动的根本原因； 从改进传统差动保护、时域保护新原理的角度提出高灵敏度电流差动保护、基于电流轨迹系数的时域差动保护、基于区内故障因子的时域差动保护等3种保护新方法，解决传统差动保护灵敏度不足甚至拒动的问题，并提升了差动保护对电流互感器（current transformation,CT）饱和、测量误差、异常数据的鲁棒性。

本书以各种电力电子电源工作原理和故障特征—传统继电保护保护适应性下降原因分析—提出适应新型电力系统继电保护新方法为主线，由浅入深，层层递进，逻辑清晰，凝聚了作者近几年在新型电力系统继电保护领域的部分研究成果。本书非常适合电气类相关专业的本科生、研究生及从事该领域研究的科研人员阅读。本书的撰写过程得到课题组杨小洋、潘存跃等在读及已毕业的研究生的大力协助，在此表示感谢； 感谢中国矿业大学（北京）电气系的同事们给予的支持与帮助； 本书的撰写参考了大量的文献资料，感谢相关学者在本领域做出的贡献对本书撰写的启发。同时，感谢清华大学出版社的编辑和相关人员为本书的出版付出的辛勤努力。限于作者水平，书中难免存在不完善和不妥之处，恳请读者和同行专家批评指正，作者将不胜感激。

作者
2023年10月于北京

主要内容：系统介绍了新能源、电池储能系统、柔性直流换流站等电力电子电源的工作原理和故障特征，深入而细致地阐释了传统继电保护方法在新型电力系统中的适应性下降的根本原因，并从改进传统保护方法、控保协同、时域保护新原理等角度提出了多种能适应新型电力系统故障特征的保护方法。
特色：覆盖面广，内容丰富且深入，针对含光伏、风电、电池储能和柔直等多种电力电子电源的新型电力系统，分析其故障特征，研究传统继电保护的适应并提出保护新方法，填补市场上没有新型电力系统继电保护相关专著的空白。本专著以各种电力电子电源工作原理和故障特征—传统继电保护保护适应性下降原因分析—提出适应新型电力系统继电保护新方法为主线，由浅入深，层层递进，逻辑清晰。本专著凝聚了作者长期的教学经验和科研成果，深入浅出，在保证理论深度的同时具备良好的阅读体验。
读者对象：本专著非常适合电气工程专业（新能源、储能、柔性直流、继电保护等方向）的硕士、博士生以及从事该领域研究的其他科研人员阅读。

梁营玉，男，副教授，博导，越崎青年学者。主要从事新型电力系统保护与控制的相关研究工作。第一兼通讯作者发表SCI/EI期刊论文三十余篇，第一发明人授权发明专利十余项。主持和参与国家级科研项目6项，其中主持国家自然科学基金2项。指导的硕士学位论文获得 2021 年度中国电子学会优秀硕士学位论文。2021和2022年北京市普通高校优秀本科毕业设计（论文）指导教师。担任《中国电力》首届青年编委及多个国际期刊和国内权威期刊的审稿专家。

第1章绪论
1.1背景与意义
1.2新能源交流侧线路继电保护研究综述
1.3四象限电力电子电源交流侧线路继电保护研究综述
1.4本章小结

第2章电力电子电源工作原理及故障特征
2.1引言
2.2光伏发电系统工作原理及控制策略
2.3双馈风力发电系统工作原理及控制策略
2.4永磁直驱风力发电系统工作原理及控制策略
2.5电池储能系统工作原理及控制策略
2.6柔性直流输电系统工作原理及控制策略
2.7全功率电力电子电源故障特征
2.8双馈型电源故障特征
2.9本章小结

第3章距离保护适应性分析及距离保护新方法
3.1引言
3.2距离保护适应性分析
3.2.1基于测量阻抗的距离保护适应性分析
3.2.2工频故障分量距离保护适应性分析
3.3基于自适应方向圆特性的新型距离保护方法
3.3.1基本原理
3.3.2自适应整定阻抗的计算
3.3.3故障电流相角的求解方法
3.4性能评估
3.4.1不同故障位置
3.4.2不同过渡电阻
3.4.3不同非对称故障类型及不同并网导则
3.5本章小结

第4章选相元件适应性分析及解决方案
4.1引言
4.2选相元件适应性分析
4.2.1相电流差突变量选相元件适应性分析
4.2.2序故障分量选相元件适应性分析
4.3增强序分量选相元件适应性的序阻抗角重构方案
4.3.1序阻抗角重构实现方法
4.3.2阻抗角求解
4.4性能评估
4.4.1不同过渡电阻
4.4.2不同故障类型
4.4.3抗噪声能力测试
4.4.4含光伏电源的IEEE 15节点系统仿真测试 
4.5本章小结

第5章负序方向元件适应性分析及控保协同方案
5.1引言
5.2负序方向元件适应性分析 
5.2.1Ⅰ型线路负序方向元件的性能分析
5.2.2Ⅱ型线路负序方向元件的性能分析
5.3基于控保协同的负序方向元件改进方案
5.4性能评估
5.4.1控保协同方案的性能评估
5.4.2在改进IEEE 39节点系统中的性能评估
5.4.3不平衡负载和高过渡电阻下的性能评估
5.5本章小结

第6章电流差动保护适应性分析及新型差动保护方法
6.1引言
6.2电流差动保护适应性分析
6.2.1电流差动保护临界动作条件分析
6.2.2电流差动保护动作性能问题分析
6.2.3理论分析验证
6.3高灵敏度电流差动保护［98］
6.3.1基本原理
6.3.2CT饱和的影响及解决措施
6.3.3性能评估
6.4基于电流轨迹系数的时域差动保护方案
6.4.1电流轨迹描述
6.4.2基于电流轨迹系数的时域差动保护基本原理
6.4.3对CT饱和的鲁棒性分析
6.4.4性能评估
6.5基于区内故障因子的时域差动保护方案
6.5.1双差动电流轨迹描述
6.5.2基于区内故障因子时域差动保护基本原理
6.5.3动作性能分析
6.5.4性能评估
6.6本章小结

参考文献

主要内容：系统介绍了新能源、电池储能系统、柔性直流换流站等电力电子电源的工作原理和故障特征，深入而细致地阐释了传统继电保护方法在新型电力系统中的适应性下降的根本原因，并从改进传统保护方法、控保协同、时域保护新原理等角度提出了多种能适应新型电力系统故障特征的保护方法。
特色：覆盖面广，内容丰富且深入，针对含光伏、风电、电池储能和柔直等多种电力电子电源的新型电力系统，分析其故障特征，研究传统继电保护的适应并提出保护新方法，填补市场上没有新型电力系统继电保护相关专著的空白。本专著以各种电力电子电源工作原理和故障特征—传统继电保护保护适应性下降原因分析—提出适应新型电力系统继电保护新方法为主线，由浅入深，层层递进，逻辑清晰。本专著凝聚了作者长期的教学经验和科研成果，深入浅出，在保证理论深度的同时具备良好的阅读体验。
读者对象：本专著非常适合电气工程专业（新能源、储能、柔性直流、继电保护等方向）的硕士、博士生以及从事该领域研究的其他科研人员阅读。

梁营玉，男，副教授，博导，越崎青年学者。主要从事新型电力系统保护与控制的相关研究工作。第一兼通讯作者发表SCI/EI期刊论文三十余篇，第一发明人授权发明专利十余项。主持和参与国家级科研项目6项，其中主持国家自然科学基金2项。指导的硕士学位论文获得 2021 年度中国电子学会优秀硕士学位论文。2021和2022年北京市普通高校优秀本科毕业设计（论文）指导教师。担任《中国电力》首届青年编委及多个国际期刊和国内权威期刊的审稿专家。