《Protection and Control of Modern Power Systems》：Definite time overcurrent protection for distribution networks based on piecewise linear modeling and a fault distance coefficient
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为应对高比例逆变型分布式电源（IIDG）并网导致的传统过电流保护性能下降问题，研究人员开展了基于分段线性建模与保护范围系数的保护新方法研究。该方法非迭代计算故障电流，提升了保护的选择性、灵敏性与速动性，为含高渗透率IIDG的配电网提供了可靠保护方案，极具现实意义。
在追求绿色低碳的能源转型浪潮中，光伏、风电、生物质能等可再生能源正以前所未有的速度接入电力系统。它们大多通过逆变器并网，形成了一个庞大的“逆变型分布式电源”（Inverter-interfaced Distributed Generators, IIDG）家族。然而，当这些“绿色心脏”大规模跳动时，也给电网的“免疫系统”——继电保护——带来了全新的挑战。传统的过电流保护，这个因简单、经济而在配电网中广泛应用的“老哨兵”，突然发现敌人（故障电流）的“脚步声”变了：IIDG输出的故障电流受到其控制策略的严格限制，幅值低且特性复杂，导致传统的保护定值难以整定，常常出现该动（跳闸）时不动、不该动时乱动的尴尬局面，严重威胁电网安全。一边是保护性能因IIDG而“退化”的现实困境，一边是通信保护成本高昂难以全面推广的现状，如何在不动摇无通信过电流保护这一“基本盘”的前提下，为其注入新的“智慧”，成为了一个亟待解决的工程难题。
为此，研究人员在《Protection and Control of Modern Power Systems》上发表论文，致力于提升高IIDG渗透率配电网中定时限过电流保护的性能。他们的核心思路是“精准认知”与“主动优化”：首先，需要精确掌握IIDG接入后，故障电流与故障位置之间的内在规律；其次，基于这一规律，设计更智能的保护整定方法。
为开展研究，作者主要运用了以下几个关键技术方法：首先，建立了逆变型分布式电源（IIDG）的分段线性化（piecewise-linear）数学模型，该模型结合了电压估计与校正机制，能够实现对故障电流快速、准确的非迭代计算。其次，在包含多个IIDG的配电网场景下，理论推导了故障电流与故障距离之间的解析关系，并识别了其保持单调性的条件，这是优化保护逻辑的基础。最后，引入了“保护范围系数”（protection range coefficient）这一新概念，用以替代传统的可靠性系数（reliability factor），从而在整定阶段直接提升保护性能。
研究结果部分展示了该方法的有效性与优势：
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IIDG模型验证与故障分析：通过将所提的分段线性IIDG模型与详细的电磁暂态（EMT）仿真模型进行对比，验证了前者在计算故障电流幅值与相位上的准确性。分析表明，IIDG的故障电流特性主要受其电流限幅控制和并网点电压跌落程度的影响。
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故障电流-距离关系推导：针对辐射状配电网，严格推导了在单点及多点接入IIDG情况下，保护安装处测量的故障电流与故障距离之间的函数关系。研究明确指出，只有在满足特定条件（如系统参数、IIDG容量与位置）时，该关系才保持单调，这是传统过电流保护原理仍能适用的理论基础。
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基于保护范围系数的整定方法：提出了用“保护范围系数”kpr替代传统“可靠性系数”krel的新整定流程。该系数直接关联本级保护范围末端与下级线路首端故障电流的比值，通过优化该系数，可以在保证选择性的前提下，最大化保护范围或最小化动作时间。
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保护方案性能评估：在PSCAD/EMTDC仿真平台上搭建了含高渗透率IIDG的典型配电网模型，对所提保护方案进行了测试。与传统整定方法相比，新方案在不同故障类型（三相短路、两相短路）、不同故障位置以及不同IIDG渗透率水平下，均表现出更优的性能：选择性方面，能有效防止越级跳闸；灵敏性方面，对远处故障的检测能力更强；速动性方面，动作时间显著缩短。
结论与讨论部分总结并强调了本研究的重要意义：
本文提出并验证了一种适用于高比例逆变型分布式电源（IIDG）配电网的改进型定时限过电流保护方法。该方法的核心贡献在于两方面：一是通过分段线性建模与电压校正，实现了对复杂IIDG故障电流的快速精准估算；二是创新性地引入保护范围系数，重新设计了整定原则，从根本上优化了保护的性能指标。仿真结果表明，该方法能有效应对IIDG接入带来的挑战，在不依赖通信的前提下显著提升了保护的选择性、灵敏性和速动性。这项工作为现有大量配备传统过电流保护的配电网进行升级改造、以适应高比例可再生能源接入，提供了一条经济且有效的技术路径，具有重要的工程实用价值。未来研究可进一步考虑更复杂的电网拓扑、不同类型的IIDG控制策略以及与其他保护元素的配合问题。
