一种基于余弦相似度的新能源场站多端纵联保护的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于余弦相似度的新能源场站多端纵联保护的方法，针对通过电力电子换流器并网的新能源场站，结合常用的抑制负序电流的控制策略，获得新能源场站故障的暂态电流解析式以及新能源场站短路电流解析式；根据所述新能源场站短路电流解析式，分析获得新能源场站短路电路波形呈非工频衰减的正弦波与非工频正弦波叠加的特性，并由此构造出基于余弦相似度的新能源场站多端纵联保护判据；根据系统正常运行时的角度误差与幅值误差对所述多端纵联保护判据中的保护定值进行整定。上述方法不受新能源容量、运行方式影响，其具有高可靠性和灵敏性、且速动性好的特点，提高了规模化新能源并网系统运行的安全性和可靠性。

A Method of Multi-terminal Longitudinal Protection for New Energy Station Based on Cosine Similarity

【技术实现步骤摘要】
一种基于余弦相似度的新能源场站多端纵联保护的方法
本专利技术涉及新能源电源并网保护
，尤其涉及一种基于余弦相似度的新能源场站多端纵联保护的方法。
技术介绍
为了解决日益严峻的能源危机和环境污染问题，光伏、风电等新能源电源得到了迅速发展。规模化新能源场站大都采用集中升压并网的结构，为了节省电力设备投资，新能源场站经110/220kV并网的线路中T接型拓扑比较常见。多个新能源场站T接在同一条送出线路，故保护不正确动作对系统影响范围更大，为了提高新能源电力利用的安全性，需要电网继电保护可靠、快速地切除故障，所以研究新能源场站T接型送出线路的保护具有重要意义。新能源电源的出力具有波形性、随机性等特征导致故障特征量提取困难，且由于新能源场站一般采用电力电子换流器并入电网，其短路电流呈现出幅值受限、频率偏移、畸变、谐波等独特特性，与同步发电机的故障特性截然不同。上述原因导致传统的基于同步发电机故障特性的保护原理出现灵敏度下降的适应性问题、甚至存在误、拒动风险，传统保护面临挑战，因此有必要研究新能源场站故障后短路电流特征并且构造适用于新能源场站T接并网系统的保护手段。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于余弦相似度的新能源场站多端纵联保护的方法，该方法不受新能源容量、运行方式影响，其具有高可靠性和灵敏性、且速动性好的特点，提高了规模化新能源并网系统运行的安全性和可靠性。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于余弦相似度的新能源场站多端纵联保护的方法，所述方法包括：步骤1、针对通过电力电子换流器并网的新能源场站，结合常用的抑制负序电流的控制策略，获得新能源场站故障的暂态短路电流解析式；步骤2、根据所述新能源场站暂态短路电流解析式，分析获得新能源场站短路电路波形呈非工频衰减的正弦波与非工频正弦波叠加的特性，并由此构造出基于余弦相似度的新能源场站多端纵联保护判据；步骤3、根据系统正常运行时的角度误差与幅值误差对所述多端纵联保护判据中的保护定值进行整定。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，上述方法不受新能源容量、运行方式影响，其具有高可靠性和灵敏性、且速动性好的特点，提高了规模化新能源并网系统运行的安全性和可靠性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例提供的基于余弦相似度的新能源场站多端纵联保护的方法流程示意图；图2为本专利技术所举实例中规模化新能源场站T接型送出线路拓扑及故障位置示意图；图3为本专利技术所举实例中新能源场站T接型送出线路继电保护装置连接示意图；图4为本专利技术所举实例中区内T接点处发生A相接地故障时保护动作情况(区内故障)示意图；图5为本专利技术所举实例中区内T接点处发生BC两相短路故障时保护动作情况(区内故障)示意图；图6为本专利技术所举实例中区内T接点处发生BC两相接地故障时保护动作情况(区内故障)示意图；图7为本专利技术所举实例中区内T接点处发生ABC三相故障时保护动作情况(区内故障)示意图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。下面将结合附图对本专利技术实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本专利技术实施例提供的基于余弦相似度的新能源场站多端纵联保护的方法流程示意图，所述方法包括：步骤1、针对通过电力电子换流器并网的新能源场站，结合常用的抑制负序电流的控制策略，获得新能源场站故障的暂态短路电流解析式；该步骤的具体过程为：首先，在dq坐标系下新能源场站逆变器并网回路方程表示为：式中，L为逆变器并网拓扑的等值电感；R为逆变器并网拓扑的等值电阻；id为dq坐标系下的d轴电流；iq为dq坐标系下的q轴电流；ud为逆变器出口的d轴电压；uq为逆变器出口的q轴电压；ed为电网电动势d轴分量；eq为电网电动势q轴分量；ω为角频率；上述新能源场站逆变器采用电压-电流双闭环控制器时，在抑制负序电流的控制策略下，逆变器的控制方程可以写为：式中，kip、kii分别是电流控制环比例、积分时间常数；分别表示d轴电流参考值与q轴电流参考值；id，iq分别表示d轴、q轴电流实际值；L为逆变器并网拓扑的等值电感；ed为电网电动势d轴分量；eq为电网电动势q轴分量。逆变器暂态响应时会断开电压外环，这时dq轴电流主要受电流控制内环影响，PI电流环只需要追踪给定的参考值即可，结合逆变器并网的回路方程与逆变器控制方程，可以得到逆变器暂态响应方程为：式中，kip、kii分别是电流控制环比例、积分时间常数；分别表示d轴电流参考值与q轴电流参考值；id，iq分别表示d轴、q轴电流实际值；L为逆变器并网拓扑的等值电感。由于正常运行时，新能源场站一般保持额定功率因数运行，所以dq轴初始电流id0＝1p.u.,iq0＝0p.u.，求解逆变器暂态响应方程可以得到dq轴下的暂态电流解析式为：其中，id，iq分别表示d轴、q轴电流实际值；分别表示d轴电流参考值与q轴电流参考值；ξ为二阶系统的阻尼比，其值为ωn为二阶系统自然振荡角频率，其值为ωd代表阻尼振荡频率，其值为β为阻尼角，其值为进一步通过坐标变换将所述暂态电流解析式转换为ABC坐标系下的新能源场站短路电流解析式，具体表示为：其中，iφ为三相中其中任一相的短路电流；θφ代表三相故障后的初相角；ω代表锁相环检测到的角频率；t0为故障开始时刻。步骤2、根据所述新能源场站短路电流解析式，分析获得新能源场站短路电路波形呈非工频衰减的正弦波与非工频正弦波叠加的特性，并由此构造出基于余弦相似度的新能源场站多端纵联保护判据；该步骤中，传统同步电源的短路电流解析式表示为：式中，i为三相中其中任一相的短路电流；Eq|0|和xd分别为同步机内电势和同步电抗；x″d和x′d、T″d和T′d分别为次暂态和暂态过程中的同步机电抗、交流分量衰减时间常数；ω是工频角频率；Ta是直流分量衰减时间常数；为故障初始角。根据上式可知，传统同步电源短路电流波形表现为按指数规律衰减的工频正弦波；而新能源场站短路电路波形呈现非工频衰减的正弦波与非工频正弦波叠加的特性。这两种特性存在巨大的差异，利用这种差异就可以构造出基于余弦相似度的新能源场站多端纵联保护判据，具体来说：结合新能源场站T接型送出线路拓扑，将所有T接新能源场站10ms窗长内时钟同步的电流采样值对应相加，运算结果记为场站侧和电流向量式中，N代表T接型送出线路上共有N个新能源场站接入；iwk为第k个新能源场站10ms窗长内时钟同步的电流采样值向量；n为10ms窗长内所有采样点的总数目；同步系统侧10ms窗长内时钟同步的电流采样值记作系统侧电流向量，表示为：is＝(is1,is2,…,isn)；再将上述两个电流向量代入下面的余弦相似度公式中进行计算：式中，cos(iw,is)代表两个电流向量的余弦相似度计算；其中，当发生区外故障时，场站侧和电流与系统侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于余弦相似度的新能源场站多端纵联保护的方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1、针对通过电力电子换流器并网的新能源场站，结合常用的抑制负序电流的控制策略，获得新能源场站故障的暂态短路电流解析式；步骤2、根据所述新能源场站暂态短路电流解析式，分析获得新能源场站短路电路波形呈非工频衰减的正弦波与非工频正弦波叠加的特性，并由此构造出基于余弦相似度的新能源场站多端纵联保护判据；步骤3、根据系统正常运行时的角度误差与幅值误差对所述多端纵联保护判据中的保护定值进行整定。

【技术特征摘要】
1.一种基于余弦相似度的新能源场站多端纵联保护的方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1、针对通过电力电子换流器并网的新能源场站，结合常用的抑制负序电流的控制策略，获得新能源场站故障的暂态短路电流解析式；步骤2、根据所述新能源场站暂态短路电流解析式，分析获得新能源场站短路电路波形呈非工频衰减的正弦波与非工频正弦波叠加的特性，并由此构造出基于余弦相似度的新能源场站多端纵联保护判据；步骤3、根据系统正常运行时的角度误差与幅值误差对所述多端纵联保护判据中的保护定值进行整定。2.根据权利要求1所述基于余弦相似度的新能源场站多端纵联保护的方法，其特征在于，在步骤1中，所获得的dq轴下的暂态电流解析式为：其中，id，iq分别表示d轴、q轴电流实际值；分别表示d轴电流参考值与q轴电流参考值；ξ为二阶系统的阻尼比，其值为ωn为二阶系统自然振荡角频率，其值为ωd代表阻尼振荡频率，其值为β为阻尼角，其值为进一步通过坐标变换将所述暂态电流解析式转换为ABC坐标系下的新能源场站短路电流解析式，具体表示为：其中，iφ为三相中其中任一相的短路电流；θφ代表三相故障后的初相角；ω代表锁相环检测到的角频率；t0为故障开始时刻。3.根据权利要求1所述基于余弦相似度的新能源场站多端纵联保护的方法，其特征在于，在步骤2中，所述构造出基于余弦相似度的新能源场站多端纵联保护判据的过程具体为：结合新能源场站T接型送出线路拓扑，将所有T接新能源...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾科，郑黎明，毕天姝，杨哲，方煜，朱正轩，董雄鹰，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11