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基于故障模型判别的风电系统时域全量纵联保护方法技术方案

技术编号:19218760 阅读:52 留言:0更新日期:2018-10-20 07:49
本发明专利技术公开了基于故障模型判别的风电系统时域全量纵联保护方法,包括:通过对集群风电送出线区内外不同时域全量故障模型特征分析,获得差动电压、电流时域全量信息区内故障时呈现阻感特征,区外呈现电容特征,由此提出基于阻感/电容模型相关性判别的两套保护原理,进而构建了两种保护原理的相关性判别式和保护判据。仿真结果表明,基于阻感/电容模型识别方法的两种时域全量故障模型相关性判别纵联保护均能适用于集群风电送出线。本发明专利技术的优点是:不受风电系统背侧阻抗变化、弱馈性、频率偏移、高谐波的影响,在长距离送出线发生故障时,保护动作仍能可靠性高,并且具有较强的抗过渡电阻性能。

【技术实现步骤摘要】
基于故障模型判别的风电系统时域全量纵联保护方法
本专利技术涉及风力发电领域,特别涉及基于故障模型判别的风电系统时域全量纵联保护方法。
技术介绍
随着风电事业的发展,风机装机容量逐年增加,伴随着大规模集中式并网,这将导致其故障特征在很大程度上区别于常规线路,给电网的安全稳定运行带来了极大地挑战。而继电保护作为电网安全稳定运行的重要保证,意义尤为重要。其中纵差保护因全线速动、可靠性高的特点作为220kV及以上电压等级输电线路的主保护。但现有纵差保护是针对常规能源线路提出的,应用于集群风电送出线时,可能导致保护不正确动作,可靠性面临挑战。目前针对纵联保护原理,其中工频差动保护性能易受风电场故障特征中的频率偏移、弱馈性、高谐波会造成受到影响,保护不再适用。针对规模化风电基地送出750kV输电线路,提出了一种利用差动电压、电流故障分量得到综合阻抗的纵联保护新原理,该原理适用于带串补的输电线路。但受背侧电源阻抗变化的影响,保护应用于风电系统时,适应性仍然存在问题。基于模型识别的纵联保护原理不受电气量变化、过渡电阻及系统振荡的影响,在常规能源线路中,保护性能优越。但该原理以故障网络为基础,采用电气量的时域故障分量信息构成保护原理,应用于风电系统时,考虑到风电系统运行方式和控制策略的变化,风电侧系统阻抗会发生改变,保护性能受到影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供基于故障模型判别的风电系统时域全量纵联保护方法,以解决上述问题。为实现上述目的,本专利技术采用以下技术方案:基于故障模型判别的风电系统时域全量纵联保护方法,包括以下步骤:步骤一,针对集群风电送出线区内外发生故障时,差动电压、电流对应的模型进行等效,构成阻感/电容等效模型;步骤二,以集群风电送出线发生区内外故障时对应的阻感/电容等效模型,提出集群风电送出线区内外故障模型特征识别方法;步骤三,以集群风电送出线区内外故障模型特征识别方法为基础,引入相关性判别的数学表达式;步骤四,结合步骤三中相关性判别数学表达式,分别以集群风电送出线区内外故障模型特征及其识别方法为基础,构造集群风电送出线阻感/电容模型相关性判别纵联保护原理。进一步的,步骤一中,针对集群风电送出线区内外发生故障时,差动电压、电流对应的模型进行等效,构成分别对应区内/区外故障时的阻感/电容等效故障模型;(1)针对集群风电送出线区内故障:送出线两端保护安装处测量电压如式(1)、式(2)所示;忽略流过送出线容抗电流,则保护安装处的电流iF(t)、iS(t)即流过送出线阻感参数的电流;定义差动电流icd(t)和差动电压ucd(t)如式(3)所示;icd(t)=iF(t)+iS(t)ucd(t)=uF(t)+uS(t)(3)区内故障时,设定电流分配系数KS和KF,其中:KF=ZS/(ZF+ZS),KS=ZF/(ZF+ZS);由式(1)~式(3)可得:由式(1)~式(4)得到区内故障时的送出线两端差动电压、电流满足:式中,R=KSRS+KFRF;L=KSLS+KFLF;令:R'=R+2Rf(6)得到:当送出线发生区内故障时,差动电压、电流符合阻感模型特征;发生区外故障时,送出线两端流过阻感参数的电流iF1(t)和iS1(t)大小相等、方向相反,即差动电流icd(t)=0,则式(7)等式不成立,故不符合阻感模型特征;将基于时域全量的集群风电送出线内部故障模型等效为阻感模型。(2)针对集群风电送出线区外故障:当发生区外故障时,则有式(8)、式(9)成立:式(8)、(9)中,iF1(t)和iS1(t)大小相等,方向相反,即iF1(t)+iS1(t)=0(10)定义区外故障时的差动电流icd(t)、电压ucd(t)如式(11)所示。icd(t)=iF(t)+iS(t)ucd(t)=uF(t)+uS(t)(11)由式(8)~式(11)可得,发生区外故障时的送出线两端差动电压电流满足式(12);当送出线发生区外故障时,差动电压、电流符合电容模型特征;发生区内故障时,由于线路两端阻感参数不等,流过阻感参数的电流不满足等大反向的特点,即iF1(t)+iS1(t)≠0,则式(12)等式不成立,故不符合电容模型特征;将基于时域全量的集群风电送出线外部故障模型等效为电容模型。进一步的,步骤二中,针对阻感模型,当发生不对称接地短路故障时,对式(7)中各相差动电流进行零序补偿;补偿后的差动电流如式(13)、式(14)所示;icd'(t)=icd(t)+Kz×i0(t)(13)式中,i'cd(t)为补偿后每相对应的差动电流;i0(t)为两侧保护安装处的零序电流;Kz为零序补偿系数,其中Kz=z0/z1-1,z0、z1分别为线路单位长度的零序、正序阻抗参数;针对电容模型,当发生不对称接地短路故障时,对式(12)中,各相的差动电压进行零序补偿,补偿后的差动电压如式(15)所示;式中,u'cd(t)为补偿后的每相对应的差动电压;u0(t)为两侧保护安装处的零序电压;Kc为零序补偿系数,其中Kc=c0/c1-1,c0、c1分别为线路单位长度的零序、正序电容参数;将式(14)、式(15)中补偿后的差动电流、电压带入阻感、电容模型中,构成区内外故障模型;当集群风电送出线发生区内故障时,等效为阻感模型而区外故障不符合阻感模型特征;当发生区外故障时,等效为电容模型而区内故障不符合电容模型特征;利用上述特征对集群风电送出线故障区域进行判别。进一步的,步骤三中,基于时域全量相关性判别式按积差方法计算,以时域全量w(t)、x(t)与各自平均值的离差为基础,通过两个变量之间离差相乘的形式反映变量间的相关程度;r(w(t),x(t))为相关性系数,取值范围为[-1,+1];当r<0时,表示负相关,其含义为一个变量的增加可能引起另一个变量的减少;当r=0时,所判别的两组变量不具有相关性,即两组变量近似无关;当r>0,满足正相关性,其含义为表达为一个变量的增加可能引起另一个变量的增加;其中0<r<0.5时,满足弱正相关性,即表示两组变量的相关性程度较低;当0.5≤r<1时,满足强正相关性,表示两组变量的相关性程度很高;当r=1时,为完全正相关;式中,M为数据窗长度,分别为x(t)、w(t)的平均值,式中变量全部为时域全量信息;将式(16)进行离散化处理可得:式中,i为第i个采样点;设定采样间隔Ts;M为数据窗长度;N为总采样点数,即N=M/TS。进一步的,步骤四中,结合步骤三中相关性判别数学表达式,分别以集群风电送出线区内外故障模型特征及其识别方法为基础,构造集群风电送出线阻感/电容模型相关性判别纵联保护原理;(1)阻感故障模型相关性判别的纵联保护原理:根据送出线发生区内故障时,差动电压随着差动电流及其导数值的增加而增加,具有正相关性;而区外故障不符合阻感模型特征,不具有正相关性的特点;可对式(7)进行变形:式(18)中,R'=R+2Rf,这里可令K=(R+2Rf)/L,如式(19)所示:式中,L为线路电感值,恒为正数;K值中Rf为变量,故K值应满足K≥R/L,且恒为正数。发生区内故障时,差动电压ucd(t)随着Kicd(t)与dicd(t)/dt之和的增加而增加,符合正相关性特点。考虑到K值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于故障模型判别的风电系统时域全量纵联保护方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一,针对集群风电送出线区内外发生故障时,对差动电压、电流对应的模型进行等效,构成阻感/电容等效模型;步骤二,以集群风电送出线发生区内外故障时对应的阻感/电容等效模型,提出集群风电送出线区内外故障模型特征识别方法;步骤三,以集群风电送出线区内外故障模型特征识别方法为基础,引入相关性判别的数学表达式;步骤四,结合步骤三中相关性判别数学表达式,分别以集群风电送出线区内外故障模型特征及其识别方法为基础,构造集群风电送出线阻感/电容模型相关性判别纵联保护原理。

【技术特征摘要】
1.基于故障模型判别的风电系统时域全量纵联保护方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一,针对集群风电送出线区内外发生故障时,对差动电压、电流对应的模型进行等效,构成阻感/电容等效模型;步骤二,以集群风电送出线发生区内外故障时对应的阻感/电容等效模型,提出集群风电送出线区内外故障模型特征识别方法;步骤三,以集群风电送出线区内外故障模型特征识别方法为基础,引入相关性判别的数学表达式;步骤四,结合步骤三中相关性判别数学表达式,分别以集群风电送出线区内外故障模型特征及其识别方法为基础,构造集群风电送出线阻感/电容模型相关性判别纵联保护原理。2.根据权利要求1所述的基于故障模型判别的风电系统时域全量纵联保护方法,其特征在于,步骤一中,针对集群风电送出线区内外发生故障时,差动电压、电流对应的模型进行等效,构成分别对应区内/区外故障时的阻感/电容等效故障模型;(1)针对集群风电送出线区内故障:送出线两端保护安装处测量电压如式(1)、式(2)所示;忽略流过送出线容抗电流,则保护安装处的电流iF(t)、iS(t)即流过送出线阻感参数的电流;定义差动电流icd(t)和差动电压ucd(t)如式(3)所示;icd(t)=iF(t)+iS(t)ucd(t)=uF(t)+uS(t)(3)区内故障时,设定电流分配系数KS和KF,其中:KF=ZS/(ZF+ZS),KS=ZF/(ZF+ZS);由式(1)~式(3)可得:由式(1)~式(4)得到区内故障时的送出线两端差动电压、电流满足:式中,R=KSRS+KFRF;L=KSLS+KFLF;令:R'=R+2Rf(6)得到:当送出线发生区内故障时,差动电压、电流符合阻感模型特征;发生区外故障时,送出线两端流过阻感参数的电流iF1(t)和iS1(t)大小相等、方向相反,即差动电流icd(t)=0,则式(7)等式不成立,故不符合阻感模型特征;将基于时域全量的集群风电送出线内部故障模型等效为阻感模型;(2)针对集群风电送出线区外故障:当发生区外故障时,则有式(8)、式(9)成立:式(8)、(9)中,iF1(t)和iS1(t)大小相等,方向相反,即iF1(t)+iS1(t)=0(10)定义区外故障时的差动电流icd(t)、电压ucd(t)如式(11)所示;icd(t)=iF(t)+iS(t)ucd(t)=uF(t)+uS(t)(11)由式(8)~式(11)可得,发生区外故障时的送出线两端差动电压电流满足式(12);当送出线发生区外故障时,差动电压、电流符合电容模型特征;发生区内故障时,由于线路两端阻感参数不等,流过阻感参数的电流不满足等大反向的特点,即iF1(t)+iS1(t)≠0,则式(12)等式不成立,故不符合电容模型特征;将基于时域全量的集群风电送出线外部故障模型等效为电容模型。3.根据权利要求2所述的基于故障模型判别的风电系统时域全量纵联保护方法,其特征在于,步骤二中,针对阻感模型,当发生不对称接地短路故障时,对式(7)中各相差动电流进行零序补偿;补偿后的差动电流如式(13)、式(14)所示;icd'(t)=icd(t)+Kz×i0(t)(13)式中,i'cd(t)为补偿后每相对应的差动电流;i0(t)为两侧保护安装处的零序电流;Kz为零序补偿系数,其中Kz=z0/z1-1,z0、z1分别为线路单位长度的零序、正序阻抗参数;针对电容模型,当发生不对称接地短路故障时,对式(12)中,各相的差动电压进行零序补偿,补偿后的差动电压如式(15)所示;式中,u'cd(t)为补偿后的每相对应的差动电压;u0(t)为两侧保护安装处的零序电压;Kc为零序补偿系数,其中Kc=c0/c1-1,c0、c1分别为线路单位长度的零序、正序电容参数;将式(14)、式(15)中补偿后的差动电流、电压带入阻感、电容模型中,构成区内外故障模型;当集群风电送出线发生区内故障时,等效为阻感模型而区外故障不符合阻感模型特征;当发生区外故障时,等效为电容模型而区内故障不符合电容模型特征;利用上述特征对集群风电送出线故障区域进行判别。4.根据权利要求2所述的基于故障模型判别的风电系统时域全量纵联保护方法,其特征在于,步骤三中,基于时域全量相关性判别式按积差方法计算,以时域全量w(t)、x(t)与各自平均值的离差为基础,通过两个变量之间离差相乘的形式反映变量间的相关程度;r(w(t),x(t))为相关性系数,取值范围为[-1,+1];当r<0时,表示负相关;当r=...

【专利技术属性】
技术研发人员:樊艳芳侯俊杰李广林马健
申请(专利权)人:新疆大学
类型:发明
国别省市:新疆,65

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