一种适用于双馈风电场送出变的差动保护方法技术

本发明专利技术涉及一种适用于双馈风电场送出变的差动保护方法，属于电力系统继电保护技术领域。本发明专利技术包括步骤：首先利用相电流突变量判别故障是否发生；当没有故障发生时，保护不启动，当发生故障时，保护启动，进行三段式比率差动、励磁涌流闭锁、差动速断元件动作逻辑判断。当任意一相差动速断动作值大于差动速断整定值时，保护动作；任意一相三段式比率差动满足动作条件且一定时间间隔内的励磁电感的方差小于整定值时，保护动作。否则，保护不动作。该差动保护方法能解决双馈风电场送出变内部故障时因二次谐波较大导致比率差动保护被闭锁的问题，可有效提高双馈风电场送出变差动保护的可靠性，效果良好。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于双馈风电场送出变的差动保护方法
本专利技术涉及一种适用于双馈风电场送出变的差动保护方法，属于电力系统继电保护

技术介绍
随着全球经济的发展和能源消耗量的大幅度增长，能源的储量、生产和使用之间的矛盾日益突出，成为目前世界各国急待解决的重要问题之一。因此，为解决能源危机、环境污染等问题，风能、太阳能等新能源的研究开发已成当前人类十分迫切的需求。其中，风能是一种清洁永续的能源，与传统能源相比，风力发电具有不依赖外部能源、没有燃料价格风险、发电成本稳定、没有碳排放等环境成本优点；与太阳能、潮汐能相比，风能的产业基础最好，经济优势最为明显，没有大的环境影响；而且，全球范围内可利用的风能分布十分广泛。由于风力发电具有的这些独特优势，使其逐渐成为许多国家可持续发展战略的重要组成部分，并在世界各国得到迅速发展。风力发电机组种类较多，双馈风机凭借其调速范围宽，对励磁变频器容量需求小等优点，成为兆瓦级风力发电机组的主流机型之一。随着电网对风电机组并网性能要求的不断提高，双馈风机在机端短路故障时也暴露出承受冲击能力弱等弊端。电网短路故障会引起风电机组转子侧的大电流和高电压，造成风电机组脱网，给电网稳定性带来不利。双馈式风电机组一般采用Crowbar保护电路实现低压穿越，该阶段时间短暂，波形复杂，风电机组提供的短路电流与传统同步电机提供的短路电流具有明显的差异，其故障特性是发电机本身和变换器控制与保护策略的综合响应。我国风能资源相对集中，风电场多为大规模集中式接入，电能通过风电场送出变压器(110kV/35kV、330kV/110kV)外送至系统。目前风电场送出变压器上使用常规的电力变压器保护，其原理为基于双侧或三侧在故障前后电压、电流具有相同的频率，利用电流差动原理判别区内外故障。由于风力发电机的控制技术与并网方式有别于常规同步发电机，风力发电集中接入区域电网在故障期间的电磁暂态特性上存在显著差异，基于传统电力系统故障暂态响应特性的继电保护动作性能无法保证。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供了一种适用于双馈风电场送出变的差动保护方法，本专利技术根据变压器等值电路图，推导了励磁电感计算公式，计算一定时间间隔内的励磁电感的方差，根据励磁电感在不同情况下的数值特征制定判据，从而判断变压器是发生励磁涌流还是发生故障，结合三段式比率差动与差动速断元件，构成双馈风电场送出变的差动保护方案。本专利技术采用的技术方案是：一种适用于双馈风电场送出变的差动保护方法，首先利用相电流突变原理判别故障是否发生；当没有故障发生时，保护不启动，当发生故障时，保护启动，进行三段式比率差动、励磁涌流闭锁、差动速断元件动作逻辑判断，当任意一相差动速断动作值大于差动速断整定值时，保护动作；任意一相三段式比率差动满足动作条件且一定时间间隔内的励磁电感的方差小于整定值时，保护动作。否则，保护不动作。所述双馈风电场送出变的差动保护方法的具体步骤如下：Step1、根据相电流突变量判断是否发生故障，如式(1)所示；当A、B、C三相中任意一相相电流突变量大于差动保护启动值Icd时，判断为发生故障，保护启动；反之，判断为无故障。式中，分别为第k个采样点A、B、C相的相电流突变量，分别为第k个采样点A、B、C相的电流值，分别为前一周期A、B、C相的电流值，分别为前两个周期A、B、C相的电流值，N为一个工频周期的采样点数，k为第k个采样点，Icd为差动保护启动值，kk为可靠系数，kb为变压器分接头系数，kTA为电流互感器TA的误差系数，IN为变压器高压侧的额定电流；Step2、判断故障发生后，差动保护启动，差动保护逻辑包含三个部分：比率差动元件、涌流闭锁元件和差动速断元件；(1)三段式比率差动式中，Iop为差动保护动作电流，Iop.min为最小动作电流，Ires.min为最小制动电流，Ires为制动电流，In为变压器二次侧额定电流，k1为比率差动系数；A、B、C相的差动电流和制动电流如式(3)和式(4)所示；式中，IAop、IBop、ICop分别为变压器A、B、C相差动电流，IAres、IBres、ICres分别为变压器A、B、C相制动电流，iA、iB、iC分别为变压器一次侧A、B、C相电流，ia、ib、ic分别为变压器二次侧A、B、C相线电流；将式(3)和式(4)中A、B、C相的差动电流和制动电流分别带入式(2)中，当三相中任意一相差动电流满足动作条件时，三段式比率差动元件动作；(2)涌流闭锁1)根据Y/Δ接线的三相变压器T形等效电路图(见附图1)，形成三相回路方程，如式(5)所示；式(5)中，uA、uB、uC分别为变压器Y形侧A、B、C相电压，分别为变压器Δ侧A、B、C相绕组电流，LA、LB、LC分别为变压器Y侧A、B、C相漏感，RA、RB、RC分别为变压器A、B、C相电阻，RmA、RmB、RmC分别为变压器A、B、C相励磁电阻，LmA、LmB、LmC分别为变压器A、B、C相励磁电感，ip为Δ绕组中的环流，t为时间；2)LA、RA、RmA均远小于LmA，LB、RB、RmB均远小于LmB，LC、RC、RmC均远小于LmC，故式(5)可近似表示为式(6)；3)利用式(6)消去ip，如式(7)所示；4)求取式(7)中变压器Δ侧A、B、C相绕组电流如式(8)-(9)所示；求解式(8)得到Δ侧A、B、C相绕组电流如式(9)所示；5)将式(9)带入式(7)，如式(10)所示；6)令对式(10)进行离散化，如式(11)所示；式中，uA(k)、uB(k)、uC(k)分别为第k个采样点变压器Y侧A、B、C相电压，uA(k+1)、uB(k+1)、uC(k+1)分别为第k+1个采样点变压器Y侧A、B、C相电压，ΔT为第k+1个采样点与第k个采样点的时间差，i'abY侧A、B两相电流差与Δ侧a、b两相电流差之和，i′bc为Y侧B、C两相电流差与Δ侧b、c两相电流差之和，i′ca为Y侧C、A两相电流差与Δ侧c、a两相电流差之和，i′ab(k)为第k个采样点Y侧A、B两相电流差与Δ侧a、b两相电流差之和，i′bc(k)为第k个采样点Y侧B、C两相电流差与Δ侧b、c两相电流差之和，i'ca(k)为第k个采样点Y侧C、A两相电流差与Δ侧c、a两相电流差之和，i'ab(k+1)为第k+1个采样点Y侧A、B两相电流差与Δ侧a、b两相电流差之和，i′bc(k+1)为第k+1个采样点Y侧B、C两相电流差与Δ侧b、c两相电流差之和，i'ca(k+1)为第k+1个采样点Y侧C、A两相电流差与Δ侧c、a两相电流差之和，i'ab(k-1)为第k-1个采样点Y侧A、B两相电流差与Δ侧a、b两相电流差之和，i′bc(k-1)为第k-1个采样点Y侧B、C两相电流差与Δ侧b、c两相电流差之和，i'ca(k-1)为第k-1个采样点Y侧C、A两相电流差与Δ侧c、a两相电流差之和，i'ab(k+2)为第k+2个采样点Y侧A、B两相电流差与Δ侧a、b两相电流差之和，i'bc(k+2)为第k+2个采样点Y侧B、C两相电流差与Δ侧b、c两相电流差之和，i′ca(k+2)分别为第k+2个采样点Y侧C、A两相电流差与Δ侧c、a两相电流差之和；7)求解式(11)分别得到A、B、C相的励磁电感，如式(12)所示；式中，Δ本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于双馈风电场送出变的差动保护方法，其特征在于：首先利用相电流突变量判别故障是否发生；当没有故障发生时，保护不启动，当发生故障时，保护启动，进行三段式比率差动、励磁涌流闭锁、差动速断元件动作逻辑判断，当任意一相差动速断动作值大于差动速断整定值时，保护动作；任意一相三段式比率差动满足动作条件且一定时间间隔内励磁电感的方差小于整定值时，保护动作，否则，保护不动作。

【技术特征摘要】
1.一种适用于双馈风电场送出变的差动保护方法，其特征在于：首先利用相电流突变量判别故障是否发生；当没有故障发生时，保护不启动，当发生故障时，保护启动，进行三段式比率差动、励磁涌流闭锁、差动速断元件动作逻辑判断，当任意一相差动速断动作值大于差动速断整定值时，保护动作；任意一相三段式比率差动满足动作条件且一定时间间隔内励磁电感的方差小于整定值时，保护动作，否则，保护不动作。2.根据权利要求1所述的双馈风电场送出变的差动保护方法，其特征在于：所述双馈风电场送出变的差动保护方法的具体步骤如下：Step1、根据相电流突变量判断是否发生故障，如式(1)所示，当A、B、C三相中任意一相相电流突变量大于差动保护启动值Icd时，判断为发生故障，保护启动，反之，判断为无故障；式中，分别为第k个采样点A、B、C相的相电流突变量，分别为第k个采样点A、B、C相的电流值，分别为前一周期A、B、C相的电流值，分别为前两个周期A、B、C相的电流值，N为一个工频周期的采样点数，k为第k个采样点，Icd为差动保护启动值，kk为可靠系数，kb为变压器分接头系数，kTA为电流互感器TA的误差系数，IN为变压器高压侧的额定电流；Step2、判断故障发生后，差动保护启动，差动保护逻辑包含三个部分：比率差动元件、涌流闭锁元件和差动速断元件；(1)三段式比率差动式中，Iop为差动保护动作电流，Iop.min为最小动作电流，Ires.min为最小制动电流，Ires为制动电流，In为变压器二次侧额定电流，k1为比率差动系数；A、B、C相的差动电流和制动电流如式(3)和式(4)所示；式中，IAop、IBop、ICop分别为变压器A、B、C相差动电流，IAres、IBres、ICres分别为变压器A、B、C相制动电流，iA、iB、iC分别为变压器一次侧A、B、C相电流，ia、ib、ic分别为变压器二次侧A、B、C相线电流；将式(3)和式(4)中A、B、C相的差动电流和制动电流分别带入式(2)中，当三相中任意一相差动电流满足动作条件时，三段式比率差动元件动作；(2)涌流闭锁1)根据Y/Δ接线的三相变压器T形等效电路图，形成三相回路方程，如式(5)所示；式(5)中，uA、uB、uC分别为变压器Y形侧A、B、C相电压，分别为变压器Δ侧A、B、C相绕组电流，LA、LB、LC分别为变压器Y侧A、B、C相漏感，RA、RB、RC分别为变压器A、B、C相电阻，RmA、RmB、RmC分别为变压器A、B、C相励磁电阻，LmA、LmB、LmC分别为变压器A、B、C相励磁电感，ip为Δ绕组中的环流，t为时间；2)LA、RA、RmA均远小于LmA，LB、RB、RmB均远小于LmB，LC、RC、RmC均远小于LmC，故式(5)可近似表示为式(6)；3)利用式(6)消去ip，如式(7)所示；4)求取式(7)中变压器Δ侧A、B、C相绕组电流如式(8)-(9)所示；求解式(8)得到Δ侧A、B、C相绕组电流如式(9)所示；5)将式(9)带入式(7)，如式(10)所示；6)令对式(10)进行离散化，如式(11)所示；式中，uA(k)、uB(k)、uC(k)分别为第k个采...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙德娟，孙士云，范小红，张雪娟，王杨，郑新宇，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53