一种适用于DFIG并网线路的负序方向元件判别方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于DFIG并网线路的负序方向元件判别方法。该方法首先离线获取不同工况下DFIG负序阻抗的相角集合，将相角集合进行平均化处理，以用于确定灵敏角

【技术实现步骤摘要】
一种适用于DFIG并网线路的负序方向元件判别方法
本专利技术涉及新能源并网继电保护领域，特别是涉及一种适用于DFIG并网线路的负序方向元件判别方法。
技术介绍
双馈风力发电机，即DFIG作为风力发电厂的主力机型之一，被大量地接入电网。与同步发电机不同，DFIG属于异步发电机并采用变流器实现与电网的双向功率交换。DFIG控制策略的多样性、复杂性使得含DFIG电网的故障特征明显不同于以同步发电机为主要电源的传统电网。目前，尚没有针对DFIG的特殊保护原理，因此对传统继电保护原理在含DFIG电网中的适应性研究显得尤为重要。在较高电压等级的DFIG并网线路上通常配置纵联保护以满足快速切除全线故障的要求。负序方向元件是目前方向纵联保护中最常用的方向元件，但应用于DFIG并网线路时，其动作性能并不理想。针对负序方向元件在含DFIG并网线路中的应用，张保会，王进，原博等著的《风电接入对继电保护的影响(四)—风电场送出线路保护性能分析》，电力自动化设备，2013，33(4)：1-5页通过数字仿真发现传统负序方向元件在DFIG并网线路上存在不正确动作的情况。负序阻抗是负序方向元件的研究基础，传统负序方向元件动作判据整定依据正是传统电源负序阻抗稳定。然而，DFIG有别于传统电源，已有研究表明：DFIG的特殊结构及非线性控制环节使其故障特征明显不同于传统的同步发电机，故障后DFIG表现出来的负序阻抗与传统电源的负序阻抗特性也完全不同。例如宋国兵，陶然，李斌等著的《含大规模电力电子装备的电力系统故障分析与保护综述》，电力系统自动化，2017，41(12)：2-12、黄涛，陆于平，凌启程等著的《适应于双馈风电场的改进故障序分量选相方法》，电力自动化设备，2016，36(4)：123-128、黄涛，陆于平，蔡超著的《DFIG等效序突变量阻抗相角特征对故障分量方向元件的影响分析》，中国电机工程学报，2016，36(14)：3929-3939均有所提及。另外，按并网规程要求，DFIG应具备低电压穿越能力。实现低电压穿越的方式有两种：一是电网电压跌落较轻时，通过转子侧变流器的不间断控制，即RSC控制实现；二是电网电压跌落严重时，通过投入撬棒电路实现。上述两种方式下DFIG的负序阻抗也存在较大差异。因此，传统负序方向元件应用于DFIG并网线路进行故障方向判别时，动作性能将无法得到保证。传统负序方向元件无法自适应DFIG状态，存在灵敏角固定的弊端，应用于DFIG并网线路时会出现灵敏度下降甚至不正确动作的问题，性能明显降低。由此，需要一种适用于DFIG并网线路的负序方向元件判别方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适用于DFIG并网线路的负序方向元件判别方法，以解决上述技术问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案：一种适用于DFIG并网线路的负序方向元件判别方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，保护装置进行初始化：利用定值离线计算不同工况下DFIG负序阻抗的相角集合，将相角集合进行平均化处理，用于确定灵敏角，所述初始化过程具体为：（1）上述用于离线计算的定值包括定、转子电阻Rs、Rr，定、转子间的等效电感Ls、Lr，定转子间的互感Lm，控制器比例系数kp及DFIG转差率s∈[-0.3~0.3]、撬棒电阻Rc，以上定值通过DFIG设计手册均可直接获到，将上述定值及传统负序方向元件灵敏角进行存储；（2）DFIG故障后不同工况对应RSC控制和撬棒投入两种工况，离线情况下，事先将上述定值代入RSC控制和撬棒投入两种工况对应的DFIG负序阻抗解析式，RSC控制下DFIG负序阻抗Zsr-的表达式为：撬棒投入时DFIG负序阻抗Zsc-的表达式为：其中，Zac-、Zbc-的表达式分别为：式中，Usf-为故障后定子负序电压，ωs为同步速角频率，标幺化后ωs=1，其中，K=kp+Rr，Rrc=Rc+Rr，Lrr=Lr-Lm2/Ls，均可通过定值求得；（3）计算Zsr-和Zsc-的相角，在s取值范围内，Zsr-的相角集合记为和Zsc-的相角集合记为，s范围内间隔步长取值一次，根据步长可以确定n值：其中，优选为0.1，此时n=7；（4）对Zsr-和Zsc-相角集合、进行平均处理，记为和，和将用于确定灵敏角；至此，初始化过程结束，保护装置投入工作，并在采样中断服务程序中进行故障启动和负序方向判别，而且负序方向元件的动作判据根据事先计算的灵敏角，以及撬棒投入信号进行实时调整；步骤2，采样中断服务程序中的处理：故障启动后，根据撬棒投入信号确定DFIG当前工况，再由当前工况和处理后的相角、确定灵敏角，通过和传统负序方向元件灵敏角之间的偏移角实时调整动作区域，得到负序方向元件动作判据，所述采样中断服务程序处理过程具体为：（1）故障启动后，根据撬棒信号是否投入确定DFIG当前工况，撬棒信号未投入，DFIG运行于RSC控制工况，撬棒信号投入，DFIG运行于撬棒投入工况；（2）由DFIG当前工况和相角、确定灵敏角，RSC控制时，灵敏角取为；撬棒投入时，灵敏角取为/2；（3）确定和传统负序方向元件灵敏角之间的偏移角度：（4）根据偏移角度实时调整动作区域，得到负序方向元件的动作判据：式中，分别为故障后测量到的负序电压和负序电流，的计算公式如下：其中，是三相电压相量，是三相电流相量，常量；步骤3，利用步骤2所提动作判据判断故障方向：计算保护安装处测量到的之间的相角，利用动作判据(9)，完成故障方向判别，满足式(9)时，判为正方向故障，反之，判为反方向故障。所述的一种适用于DFIG并网线路的负序方向元件判别方法，有益效果在于：（1）本专利技术方法能正确可靠地判断DFIG并网线路的故障方向，原理简单，容易实现；（2）可根据DFIG参数及运行工况自适应调整灵敏角，实时调整负序方向元件的动作区域，使负序方向元件始终工作于最佳状态，具备自适应能力强，灵敏度和可靠性高的特点。附图说明图1是本专利技术所述的负序方向元件在采样中断服务程序中的处理流程；图2是应用本专利技术方法实施例中DFIG并网线路模型；图3是应用本专利技术方法实施例中负序方向元件的动作特性对比；图4是应用本专利技术方法实施例中不同撬棒阻值下负序方向元件的动作特性对比。具体实施方式本专利技术提出的一种适用于DFIG并网线路的负序方向元件判别方法实施例详细说明如下：应用本专利技术方法的一种电压等级为110kV的DFIG并网线路模型如图2所示。并网线路长15km，其中单位电阻r=0.081Ω/km，单位电感x=0.401Ω/km。保护1、2安装在并网线路两端。仿真中共设置5个故障点，其中f1、f2、f3为正方向区内故障点，分别位于线路全长的10%、50%、90%处，f4为正方向区外故障点，f5为反方向故障点。DFIG通过风机箱变和主变后接入电网，DFIG参数如表1所示。根据表1的DFIG参数，下文对应用本专利技术方法实施例具体步骤进行了描述。应用本专利技术方法对保护装置进行初始化过程为：（1）根据表1，将所需定值及DFIG转差率s∈[-0.3~0.3]、撬棒电阻Rc和传统负序方向元件灵敏角进行存储，DFIG可设定多组Rc，本实施例取Rc=0.1pu和Rc=0.4pu两种情况（Rc其他取值情况与此类似），传统负序方向元件灵敏角=90°；（2）离线情况下，将上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于DFIG并网线路的负序方向元件判别方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，保护装置进行初始化：利用定值离线计算不同工况下DFIG负序阻抗的相角集合，将相角集合进行平均化处理，用于确定灵敏角

【技术特征摘要】
1.一种适用于DFIG并网线路的负序方向元件判别方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，保护装置进行初始化：利用定值离线计算不同工况下DFIG负序阻抗的相角集合，将相角集合进行平均化处理，用于确定灵敏角，所述初始化过程具体为：（1）上述用于离线计算的定值包括定、转子电阻Rs、Rr，定、转子间的等效电感Ls、Lr，定转子间的互感Lm，控制器比例系数kp及DFIG转差率s∈[-0.3~0.3]、撬棒电阻Rc，以上定值通过DFIG设计手册均可直接获到，将上述定值及传统负序方向元件灵敏角进行存储；（2）离线情况下，将上述定值代入RSC控制和撬棒投入两种工况对应的DFIG负序阻抗解析式，RSC控制下DFIG负序阻抗Zsr-的表达式为：撬棒投入时DFIG负序阻抗Zsc-的表达式为：其中，Zac-、Zbc-的表达式分别为：式中，Usf-为故障后定子负序电压，ωs为同步速角频率，标幺化后ωs=1，其中，K=kp+Rr，Rrc=Rc+Rr，Lrr=Lr-Lm2/Ls，均可通过定值求得；（3）计算Zsr-和Zsc-的相角，在s取值范围内，Zsr-的相角集合记为和Zsc-的相角集合记为，s范围内间隔步长取值一次，根据步长可以确定n值：其中，优选为0.1，此时n...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨启帆，刘益青，武凯，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37