一种基于电流频率差的含DFIG配电网的方向保护方法技术

本发明专利技术公开了一种基于电流频率差的含DFIG配电网的方向保护方法，首先通过仿真实验得到判断故障的电流频率差标准Hset，然后测量装有分布式风电的电路处电流的频率，将其与正常工作时电流频率50Hz的差值与Hset对比变来判别故障的位置，在保护方法的死区时，采用传统的方向识别方法，进而进行方向保护。本发明专利技术的方法可以正确可靠且快速的实现对含DFIG的配电网的方向保护，而且不需要电压的测量装置，保护方法简单、实施方便。此外，本发明专利技术的保护方法能够很好的解决传统电流保护在分布式电源弱馈情况下的据动问题，可以普遍适用于智能电网广泛接入风电的情况。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及配电网继电保护领域，提出了一种基于电流频率差的含DFIG配电网的方向保护方法。
技术介绍
随着清洁能源的应用日益增加，越来越多的清洁能源以分布式的方式接入到配电网中，而其中风力发电技术最为迅猛，实际中应用最为广泛的机型首当双馈式感应发电机(DFIG，Doubly-fed Induction Generator)。分布式风电的接入导致传统的配电网变为多端电源，而且由于风力发电受自然风资源的影响，导致配电网潮流形成了在理论上任意流动的情况。多电源的配电网结构造成了传统配电网保护的失效，而造成保护误动作的情况就是配电网保护缺失方向性。目前，国内外对于方向保护的方法主要有：(1)基于电流相角突变量方向的有源配电网保护；(2)基于正序电流故障分量相角突变量的方向元件的实现；(3)一种能有效满足重要用户高可靠性需求的，利用正序分量和负序分量结合的新型供电系统保护方向元件；(4)正序电压电流补偿的方向元件。前面两种均只利用电流相角进行故障方向判别，但是对于接有DFIG和带有分支线的配电网不能很好的实现其保护作用。而(3)只是对于重要用户是可靠性较高的方式，但是对于一般用户来说其保护方式过于复杂，对于(4)来说，其利用到了电流和电压两种电气量，但电压量采集在配电网中尚不具备充足的条件，因此还难以投入实用。综上所述，现有的对含DFIG的配电网的方向保护方法复杂，不具有普适性。专利技术内容本专利技术目的是提供一种基于电流频率差的含DFIG配电网的方向保护方法，解决了现有技术存在的对于接有DFIG的配电网的方向保护方法复杂、不具有普适性的技术问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种基于电流频率差的含DFIG的配电网的方向保护方法，采用的保护系统结构包括电源，其通过降压变压器连接到第一母线处，从第一母线处引出第一馈线和第二馈线；在第一馈线上设置有第二母线，在第二馈线上依次平行设置有第三母线、第四母线、第五母线，DFIG通过升压变压器接入到第四母线上；在第一母线的出口处第二馈线上设置有第一断路器和检测第一断路器处电流值的第一电流互感器，第一断路器与第一断路器动作控制器相连接，第一电流互感器和第一断路器动作控制器均与第一可编程处理器连接；在第三母线出口处设置有第二断路器和检测第二断路器处电流值的第二电流互感器，第二断路器与第二断路器动作控制器相连接，第二电流互感器和第二断路器动作控制器均与第二可编程处理器连接；在第四母线出口处设置有第三断路器，在的第一母线的出口处第一馈线上设置有第四断路器，在第四母线反向出口处设置有分布式风电接口出口断路器和检测分布式风电接口出口断路器处电流值的第三电流互感器，分布式风电接口出口断路器与第三断路器动作控制器相连接，第三电流互感器和第三断路器动作控制器均与第三可编程处理器连接；其方向保护的方法，按照以下步骤实施：步骤1：采用PSCAD仿真实验模拟配电网第一母线与第三母线之间发生的不同类型的故障，将得到的故障电流暂态数据导入matlab程序，通过Prony算法计算出不同故障下第一断路器处、第二断路器处与分布式风电接口出口断路器处电流的主频率，将配电网正常工作时与发生故障时第一断路器处、第二断路器处与分布式风电接口出口断路器处电流的主频率对比，得到电流频率差值判断标准值Hset＝2Hz；步骤2：通过第一电流互感器、第二电流互感器、第三电流互感器分别采集第一断路器、第二断路器、分布式风电接口出口断路器处的电流值，并将测得的电流值分别传递到第一可编程处理器，第二可编程处理器，第三可编程处理器，进行数据处理，具体过程为：2.1，首先采用Prony算法计算得出第一断路器、第二断路器、分布式风电接口出口断路器处的电流值对应的电流主频率值，分别记为f1、f2、f3；2.2，然后分别计算f1、f2、f3与配电网正常工作时的电流主频率50Hz的差值，将差值的绝对值与Hset进行比较，判断故障方向；步骤3：第一可编程处理器，第二可编程处理器，第三可编程处理器根据步骤2的故障方向的判断结果分别发出调控指令至第一断路器动作控制器、第二断路器动作控制器、第三断路器动作控制器来控制第一断路器、第二断路器、分布式风电接口出口断路器动作方式，实现了含DFIG的配电网的方向保护。本专利技术的特点还在于，步骤1和步骤2中的采用Prony算法计算第一断路器处、第二断路器处与分布式风电接口出口断路器处电流的主频率的方法为：Prony算法的原理为：x^(n)=Σm=1pbmzmn,(n=0,1,...,N-1,...)]]>bm＝Am exp(jθm)        (1)zm＝exp[(αm+j2πfm)Δt]式中：n—分解的正弦分量个数；p—Prony模型的阶数；N—采样数据点的个数；Am—振幅；αm—阻尼因子；fm—振荡频率；θm—相位；Δt—采样间隔；利用上述原理计算电流主频率的具体过程为：(1)定义：r(i,j)=Σn=pN-1x(n-j)x*(n-i);---(2)]]>式中：x*(.)为x(.)的共轭复数；(2)利用仿真试验得到的故障电流暂态数据，结合公式(2)，构造矩阵R=r(1,0)r(1,1)...r(1,pe)r(2,0)r(2,1)r(2,pe)..................r(pe,0)r(pe,1)...r(pe,pe),pe>>p;---(3)]]>(3)用SVD-TLS方法确定R的自回归参数a1,...,ap；(4)求解多项式1+a1z-1+...+apz-p＝0；        (4)得根zi(i＝1,...,p)(5)计算频率fifi=arctan[Imzi/Rezi2πΔt];---(5)]]>其中i＝1,...,p。步骤2.2中判断故障方向的具体步骤为：当风速大于11m/s或小于10.5m/s时，故障方向判断方法如下：(1)因为|f1-50|<Hset，判别故障发生在第一断路器的下游；(2)当|f2-50|≥Hset时，判断故障发生在第二断路器的上游；当|f2-50|＜Hset，判断为故障发生在第二断路器的下游；(3)当|f3-50|≥Hset时，判断故障发生在分布式风电接口出口断路器的上游；当|f3-50|＜Hset，判断故障发生在分布式风电接口出口断路器的下游；当风速为10.5～11m/s之间时，故障方向判断方法如下：此时，上述方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电流频率差的含DFIG的配电网的方向保护方法，其特征在于，采用的保护系统结构包括电源(1)，其通过降压变压器(2)连接到第一母线(3)处，从第一母线(3)处引出第一馈线(24)和第二馈线(25)；在第一馈线(24)上设置有第二母线(4)，在第二馈线(25)上依次平行设置有第三母线(5)、第四母线(6)、第五母线(7)，DFIG(12)通过升压变压器(11)接入到第四母线(6)上；在第一母线(3)的出口处第二馈线(25)上设置有第一断路器(19)和检测第一断路器(19)处电流值的第一电流互感器(13)，第一断路器(19)与第一断路器动作控制器(26)相连接，第一电流互感器(13)和第一断路器动作控制器(26)均与第一可编程处理器(8)连接；在第三母线(5)出口处设置有第二断路器(20)和检测第二断路器(20)处电流值的第二电流互感器(14)，第二断路器(20)与第二断路器动作控制器(27)相连接，第二电流互感器(14)和第二断路器动作控制器(27)均与第二可编程处理器(9)连接；在第四母线(6)出口处设置有第三断路器(21)，在的第一母线(3)的出口处第一馈线(24)上设置有第四断路器(22)，在第四母线(6)反向出口处设置有分布式风电接口出口断路器(23)和检测分布式风电接口出口断路器(23)处电流值的第三电流互感器(15)，分布式风电接口出口断路器(23)与第三断路器动作控制器(28)相连接，第三电流互感器(15)和第三断路器动作控制器(28)均与第三可编程处理器(10)连接；其方向保护的方法，按照以下步骤实施：步骤1：采用PSCAD仿真实验模拟配电网第一母线(3)与第三母线(5)之间发生的不同类型的故障，将得到的故障电流暂态数据导入matlab程序，通过Prony算法计算出不同故障下第一断路器(19)处、第二断路器(20)处与分布式风电接口出口断路器(23)处电流的主频率，将配电网正常工作时与发生故障时第一断路器(19)处、第二断路器(20)处与分布式风电接口出口断路器(23)处电流的主频率对比，得到电流频率差值判断标准值Hset＝2Hz；步骤2：通过第一电流互感器(13)、第二电流互感器(14)、第三电流互感器(15)分别采集第一断路器(19)、第二断路器(20)、分布式风电接口出口断路器(23)处的电流值，并将测得的电流值分别传递到第一可编程处理器(8)，第二可编程处理器(9)，第三可编程处理器(10)，进行数据处理，具体过程为：2.1，首先采用Prony算法计算得出第一断路器(19)、第二断路器(20)、分布式风电接口出口断路器(23)处的电流值对应的电流主频率值，分别记为f1、f2、f3；2.2，然后分别计算f1、f2、f3与配电网正常工作时的电流主频率50Hz的差值，将差值的绝对值与Hset进行比较，判断故障方向；步骤3：第一可编程处理器(8)，第二可编程处理器(9)，第三可编程处理器(10)根据步骤2的故障方向的判断结果分别发出调控指令至第一断路器动作控制器(26)、第二断路器动作控制器(27)、第三断路器动作控制器(28)来控制第一断路器(19)、第二断路器(20)、分布式风电接口出口断路器(23)动作方式，实现了含DFIG的配电网的方向保护。...

【技术特征摘要】
1.一种基于电流频率差的含DFIG的配电网的方向保护方法，其特征在
于，采用的保护系统结构包括电源(1)，其通过降压变压器(2)连接到第
一母线(3)处，从第一母线(3)处引出第一馈线(24)和第二馈线(25)；
在第一馈线(24)上设置有第二母线(4)，在第二馈线(25)上依次平行
设置有第三母线(5)、第四母线(6)、第五母线(7)，DFIG(12)通过
升压变压器(11)接入到第四母线(6)上；在第一母线(3)的出口处第二
馈线(25)上设置有第一断路器(19)和检测第一断路器(19)处电流值的
第一电流互感器(13)，第一断路器(19)与第一断路器动作控制器(26)
相连接，第一电流互感器(13)和第一断路器动作控制器(26)均与第一可
编程处理器(8)连接；在第三母线(5)出口处设置有第二断路器(20)和
检测第二断路器(20)处电流值的第二电流互感器(14)，第二断路器(20)
与第二断路器动作控制器(27)相连接，第二电流互感器(14)和第二断路
器动作控制器(27)均与第二可编程处理器(9)连接；在第四母线(6)出
口处设置有第三断路器(21)，在的第一母线(3)的出口处第一馈线(24)
上设置有第四断路器(22)，在第四母线(6)反向出口处设置有分布式风
电接口出口断路器(23)和检测分布式风电接口出口断路器(23)处电流值
的第三电流互感器(15)，分布式风电接口出口断路器(23)与第三断路器
动作控制器(28)相连接，第三电流互感器(15)和第三断路器动作控制器
(28)均与第三可编程处理器(10)连接；
其方向保护的方法，按照以下步骤实施：
步骤1：采用PSCAD仿真实验模拟配电网第一母线(3)与第三母线(5)
之间发生的不同类型的故障，将得到的故障电流暂态数据导入matlab程序，

\t通过Prony算法计算出不同故障下第一断路器(19)处、第二断路器(20)
处与分布式风电接口出口断路器(23)处电流的主频率，将配电网正常工作
时与发生故障时第一断路器(19)处、第二断路器(20)处与分布式风电接
口出口断路器(23)处电流的主频率对比，得到电流频率差值判断标准值
Hset＝2Hz；
步骤2：通过第一电流互感器(13)、第二电流互感器(14)、第三电
流互感器(15)分别采集第一断路器(19)、第二断路器(20)、分布式风
电接口出口断路器(23)处的电流值，并将测得的电流值分别传递到第一可
编程处理器(8)，第二可编程处理器(9)，第三可编程处理器(10)，进
行数据处理，具体过程为：
2.1，首先采用Prony算法计算得出第一断路器(19)、第二断路器(20)、
分布式风电接口出口断路器(23)处的电流值对应的电流主频率值，分别记
为f1、f2、f3；
2.2，然后分别计算f1、f2、f3与配电网正常工作时的电流主频率50Hz
的差值，将差值的绝对值与Hset进行比较，判断故障方向；
步骤3：第一可编程处理器(8)，第二可编程处理器(9)，第三可编
程处理器(10)根据步骤2的故障方向的判断结果分别发出调控指令至第一
断路器动作控制器(26)、第二断路器动作控制器(27)、第三断路器动作
控制器(28)来控制第一断路器(19)、第二断路器(20)、分布式风电接
口出口断路器(23)动作方式，实现了含DFIG的配电网的方向保护。
2.根据权利要求1所述的一种基于电流频率差的含DFIG的配电网的方
向保护方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：段建东，崔帅帅，刘吴骥，谭王景，孙磊，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61