拟功率和差波形比较式海上风电送出线路纵联保护方法技术

本发明专利技术属于电力系统继电保护技术领域，提供了一种拟功率和差波形比较式海上风电送出线路纵联保护方法，包括在交流送出线路两端分别安装继电保护装置，并采集线路两侧电压瞬时值和电流瞬时值；当任意一侧连续三个电流瞬时值的突变量满足启动条件时，将第一个突变点作为故障发生时刻，选取第一个电流突变点之前一个周波的数据作为正常情况下的电压运行数据和电流运行数据，选取第一个突变点之后一周波的数据作为电压瞬时值和电流瞬时值的故障值，结合拟功率定理，计算拟功率和与拟功率差；采用肯德尔相关系数衡量拟功率和与拟功率差波形的差异程度，结合保护动作的整定值，控制保护动作。该方法具有不受故障类型影响以及耐过渡电阻能力较强的优点。渡电阻能力较强的优点。渡电阻能力较强的优点。

【技术实现步骤摘要】
拟功率和差波形比较式海上风电送出线路纵联保护方法


[0001]本专利技术属于电力系统继电保护
，具体涉及一种拟功率和差波形比较式海上风电送出线路纵联保护方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]随着“双碳”目标的提出，新能源发电技术得到空前发展，海上风电由于其不占用陆地资源、利用小时数高等显著优点受到研究人员的广泛关注。考虑到海上风电容量大、需要远距离输送的特点，往往采用经柔性高压直流输电(VSC
‑
HVDC)的方式与电网连接。同时，直驱式永磁同步电机(PMSG)效率高、体积小、风量调节范围广且具有良好的低压穿越性能，常被选作大规模海上风电场的主要发电机组。
[0004]但由于经柔直并网的海上风电场两侧均采用电力电子器件，使得线路两侧呈现出幅值受限、两侧电流相位存在相位差、容易出现频率偏移等特点导致传统纵联保护不能正确动作。
[0005]同时，随着海上风电场容量的增加，往往要求在发生故障后的一段时间具有故障穿越能力，线路两侧不同的控制策略也使得交流送出线路呈现出不同于传统电源的故障特征。

技术实现思路

[0006]本专利技术为了解决传统纵联保护在海上风电场交流送出线路不能适用的问题，提出了一种拟功率和差波形比较式海上风电送出线路纵联保护方法，本专利技术利用电路中基本的拟功率定理，通过采集线路两端电压、电流的瞬时值，对故障前后线路两端满足拟功率定理的表达式进行数学运算，通过衡量运算后拟功率和与拟功率差波形之间的差异程度，从而判断区内、外故障。该方法具有不受线路两侧控制策略、数据窗长影响，耐过渡电阻能力强，无需线路参数等优点。
[0007]根据一些实施例，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种拟功率和差波形比较式海上风电送出线路纵联保护方法，包括：
[0009]在交流送出线路两端分别安装继电保护装置，并采集线路两侧电压瞬时值和电流瞬时值；
[0010]当任意一侧连续三个电流瞬时值的突变量满足启动条件时，将第一个突变点作为故障发生时刻，选取第一个电流突变点之前一个周波的数据作为正常情况下的电压运行数据和电流运行数据，选取第一个突变点之后一周波的数据作为电压瞬时值和电流瞬时值的故障值，结合拟功率定理，计算拟功率和与拟功率差；
[0011]采用肯德尔相关系数衡量拟功率和与拟功率差波形的差异程度，结合保护动作的整定值，控制保护动作。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0013](1)不受海上风场弱馈性与两侧电流相角差的影响，能够解决分相比率制动保护方法面临的困境。
[0014](2)对于两侧均为电力电子器件的经柔直并网海上风场具有较强适应性，受分布电容、控制策略影响小，且具有较强的耐过渡电阻能力。
[0015](3)相对于利用相量值的保护方式，能够有效防止在进行傅里叶变换中的不准确与漏频现象，对含有大量电力电子器件的海上风电场具有重要意义。
附图说明
[0016]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0017]图1为本专利技术实施例提供的一种拟功率和差波形比较式海上风电送出线路纵联保护方法的流程示意图；
[0018]图2为经柔直并网的海上风电场交流送出线路等值系统单线示意图；
[0019]图3为本专利技术实施例提供的经柔直并网的海上风电场系统结构与故障位置示意图。
具体实施方式：
[0020]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0021]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0022]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0023]如图1所示，本实施例提供了一种拟功率和差波形比较式海上风电送出线路纵联保护方法流程图，具体步骤包括：
[0024]步骤一、在风电场交流送出线路M与W两侧分别安装相同的继电保护装置，两侧继电保护装置独立采集线路两侧电压、电流的瞬时值，并通过以下公式判断故障发生的时刻：
[0025][0026]式中：为电流相别，表示第k个采样点的电流突变量，表示第k个电流采样点，N表示电流一个周期的采样值。
[0027]若当任意一侧连续三个点满足时，则开始进行故障判断。
[0028]步骤二、当满足启动条件后，选取第一个突变点发生的时刻作为故障开始时刻，选取第一个突变点发生时刻前一周波电压、电流瞬时值作为正常运行时的数值，选取第一个突变点后一周波电压、电流瞬时值作为故障后的数值，结合图2与拟功率定理对线路可列写如式(1)所示：
[0029][0030]式中，d表示支路的总数，u
m
,i
m
,分别为正常运行时柔直侧与故障后柔直侧电压与电流瞬时值，u
w
,i
w
,分别为正常运行时风场侧与故障后风场侧电压与电流的瞬时值，u
c
,i
c
,分别为正常运行与故障后线路各支路电压、电流瞬时值，u
f
,i
f
,分别为故障支路故障前电压、电流与故障后电压、电流，一般情况下，当系统正常运行与发生区外故障时，线路内部的故障支路可以看作阻抗无穷大，此时可认为故障前的电流为i
f
＝0。
[0031]步骤三、对列写出的特勒根拟功率定理进行求和与做差运算，可得拟功率和与拟功率差，当系统正常运行时故障支路电流i
f
＝0，进而可得式(1)中此时拟功率和与拟功率差可分别表示为式(2)与式(3)所示：
[0032][0033][0034]步骤四、将电压瞬时值用电流瞬时值进行表示，如图2所示交流送出线路等值模型中的每一条支路的正常运行时与故障后的电压瞬时值，可分别表示为式(4)与式(5)：
[0035][0036][0037]式中：R
c
,C
c
,L
c
分别为图2中各支路等效阻抗包含的电阻、电容、电感，i
c
,分别为第c条支路故障前后电流瞬时值。
[0038]当交流送出线路发生故障后，此时各支路电流除含有基频分量外还包含直流分量与高频分量，因此可将故障后的电流写作如式(6)所示：
[0039][0040]式中：表示第c条支路故障后的电流，表示直流分量，表示发生故障后第c条支路n次高频分量幅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.拟功率和差波形比较式海上风电送出线路纵联保护方法，其特征在于，包括：在交流送出线路两端分别安装继电保护装置，并采集线路两侧电压瞬时值和电流瞬时值；当任意一侧连续三个电流瞬时值的突变量满足启动条件时，将第一个突变点作为故障发生时刻，选取第一个电流突变点之前一个周波的数据作为正常情况下的电压运行数据和电流运行数据，选取第一个突变点之后一周波的数据作为电压瞬时值和电流瞬时值的故障值，结合拟功率定理，计算拟功率和与拟功率差；采用肯德尔相关系数衡量拟功率和与拟功率差波形的差异程度，结合保护动作的整定值，控制保护动作。2.根据权利要求1所述的拟功率和差波形比较式海上风电送出线路纵联保护方法，其特征在于，所述启动条件为：其中，其中，表示电流相别，表示第k个采样点的电流突变量，表示第k个电流采样点，N表示电流一个周期的采样值，I
set
为保护启动整定值。3.根据权利要求1所述的拟功率和差波形比较式海上风电送出线路纵联保护方法，其特征在于，在计算拟功率和与拟功率差之前，需要先得到线路两端的拟功率定理表达式：式中，d表示支路的总数，u
m
,i
m
,分别为正常运行时柔直侧与故障后柔直侧电压与电流瞬时值，u
w
,i
w
,分别为正常运行时风场侧与故障后风场侧电压与电流的瞬时值，u
c
,i
c
,分别为正常运行与故障后线路各支路电压、电流瞬时值，u
f
,i
f
,分别为线路故障支路故障前电压、电流瞬时值与故障后电压、电流瞬时值。4.根据权利要求1所述的拟功率和差波形比较式海上风电送出线路纵联保护方法，其特征在于，所述拟功率和为：式中，d表示支路的总数，u
m
,i
m
,分别为正常运行时柔直侧与故障后柔直侧电压与电流瞬时值，u
w
,i
w
,分别为正常运行时风场侧与故障后风场侧电压与电流的瞬时值，u
c
,i
c
,分别为正常运行与故障后线路各支路电压、电流瞬时值，u
f
,i
f
,分别为线路故障支路故障前电压、电流瞬时值与故障后电压、电流瞬时值。5.根据权利要求1所述的拟功率和差波形比较式海上风电送出线路纵联保护方法，其特征在于，所述拟功率差为：

【专利技术属性】
技术研发人员：高厚磊，刘乃皓，袁通，徐彬，彭放，李林，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：