一种风电交流送出线路单相自适应重合闸方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种风电交流送出线路单相自适应重合闸方法及系统，属于电力系统继电保护领域

【技术实现步骤摘要】
一种风电交流送出线路单相自适应重合闸方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种风电交流送出线路单相自适应重合闸方法及系统，属于电力系统继电保护领域
。

技术介绍

[0002]近年来，我国风电产业发展迅速，随着风电送出工程的不断建设以及风电机组的不断投运，风电系统日益复杂，风电送出线路在发生故障后对风机系统以及电网的造成影响也更加严重
。
据相关统计，风电交流送出线路发生的故障绝大部分为单相接地瞬时性故障，在故障消失后重合故障相的断路器即可恢复供电，因此重合闸技术被广泛应用
。
但目前风电交流送出线路的自动重合闸装置多采用盲目重合闸的方式，缺乏选择性
。
当送交流出线路的断路器重合闸于永久性故障时，会对电气设备造成冲击，影响电网的安全稳定性运行，其危害甚至比线路发生短路故障更为严重
。
因此，有必要在断路器重合闸之前对故障性质进行辨识，若识别为永久性故障，则计算故障消失时刻，经过弧道绝缘恢复时间后进行重合闸操作，恢复系统供电；若判定为永久性故障，则闭锁断路器，防止重合闸对系统造成二次冲击
。
目前，自适应重合闸技术受到众多学者和专家关注
。
有学者针对故障发生时刻至故障相跳闸的一次电弧阶段，根据故障相的一侧的基频电流和电压以及三次谐波分量列出各序网电压方程，解出电弧电阻或电弧电压识别故障性质，但该方法只能识别故障性质，不能计算出瞬时性故障消失时刻
。
也有学者提出利用故障相端电压奇次谐波能量占总谐波能量的百分比来识别故障性质，利用三次谐波与基波的幅值比来识别瞬时性故障消失时刻，但由于电压互感器难以精确提取三次谐波分量，影响故障消失时刻的计算精度
。
亦有学者基于故障发生后故障相两端的电压相角差来识别故障性质，但需在线路两侧装设测量装置，且由于风电场系统的偏频特性可能会影响故障性质识别的结果
。
上述方法存在不能确定具体合闸时刻
、
计算精度较差
、
不具适普性
、
改造成本较高等问题
。

技术实现思路

[0003]鉴于上述，本专利技术提供一种风电交流送出线路自适应重合闸方法及系统，无需注入信号，无需额外增设装置，仅通过检测断路器跳闸后故障相工频电压幅值是否发生偏移即可识别故障性质，具有较高的普适性和精确性
。
[0004]当风电交流送出线路发生单相接地故障时，线路保护动作，故障相两端断路器同时跳闸，风电交流送出线路处于非全相运行状态
。
此时由于健全相与故障相的电容耦合和电磁耦合作用，故障相的工频电压不为零
。
当风电交流送出线路发生永久性单相接地故障时，由于线路可靠接地，对地电容稳定放电，导致故障相上的电容耦合电压接近于0，此时故障相的工频电压主要为电感耦合电压；当风电交流送出线路发生瞬时性单相接地故障时，二次电弧熄弧前故障相的工频电压与永久性故障接近，瞬时性故障二次电弧熄弧后，故障点消失，故障相的工频电压主要为电容耦合电压和电感耦合电压，此时故障相工频电压会发生明显偏移
。
因此通过检测断路器跳闸后故障相工频电压是否发生偏移即可识别故障性
质
。
本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种风电交流送出线路单相自适应重合闸方法，其具体步骤为：
[0006]Step1
：利用信号采集装置对故障相进行采样
。
该步骤的实现方法是，在送出线路风电场侧量测端装设电压互感器，当送出线路发生故障时，对故障相电压进行采样
。
[0007]Step2
：对所得故障相电压进行短时傅里叶变换，提取工频电压分量幅值
U
f
(k)。
具体为：
[0008]Step2.1
：定义采样时窗长度和滑动因子均为
20ms
的滑动时间窗
T
s1
。
执行该步骤的依据在于，全周波傅氏算法的采样数据窗为一个基频周期，即
20ms。
[0009]Step2.2
：在每个滑动时间窗
T
s1
内对所采集故障相电压进行短时傅里叶变换，提取工频电压分量幅值
U
f
(k)
，
k
表示当前采样点
。
执行该步骤的优势在于，瞬时性故障消失后的工频电压包括电磁耦合电压及电容耦合电压，而永久性故障的工频电压分量主要为电磁耦合电压，即可通过分析工频电压分量的特征识别故障性质
。
[0010]Step3
：对所得故障相工频电压分量幅值进行差分放大处理得到
U
d
(k)。
具体为：
[0011]Step3.1
：定义采样时窗长度为
a
，滑动因子为
b
的滑动时间窗
T
s2
。
执行该步骤的优势在于，差分放大处理在短时傅里叶变换之后，为分析故障信息随时间的实时变化，故
T
s2
的长度应小于
T
s1
，且滑动因子越小，检测结果误差越小
。
[0012]Step3.2
：在每个滑动时间窗
T
s2
内对工频电压分量幅值
U
f (k)
进行
j
次差分放大处理
。
执行该步骤的优势在于，故障相两侧断路器跳闸后，故障相上的电压仅靠健全相与故障相的电磁耦合和电容耦合维持，其值较小，进行差分变换是为了放大瞬时性故障消失前后工频电压分量幅值的差异
。
其公式如下：
[0013]；
[0014]式中
i
表示第
i
个滑动时间窗
T
s2
，
N
表示一个采样时间窗所含采样点数
。
[0015]Step4
：计算最大判别时限并构造故障性质识别判据
。
具体为：
[0016]Step4.1
：设置最大判别时限
t
max
为
470ms。
执行该步骤的依据在于，根据我国电网运行经验，自动重合闸固定时间为
0.6s~1.5s
，此处取
0.7s
，故障发生后大概
100ms
断路器断开，故障消失后，弧道的绝缘恢复需要一定的时间，弧道的绝缘恢复时间取
100ms
，且故障相断路器断开后，为防止跳闸产生的暂态过电压干扰判据准确性，对跳闸
30ms
之后的信号开始进行熄弧检测，因此最大判别时限检测时窗设为
470ms。
[0017]Step4.2
：构造故障性质识别判据：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种风电交流送出线路单相自适应重合闸方法，其特征在于，包括如下步骤：
Step1
：利用信号采集装置对故障相电压进行采样；
Step2
：对所得故障相电压进行短时傅里叶变换，提取工频电压分量幅值
U
f
(k)
；
Step3
：对所得故障相工频电压分量幅值
U
f
(k)
进行差分放大处理得到
U
d
(k)
；
Step4
：设置最大判别时限并构造故障性质识别判据；
Step5
：进行故障性质识别，若识别为永久性故障，则闭锁重合闸装置；若识别为瞬时性故障，则执行
Step6
；
Step6
：计算故障消失时刻
t
d
，通过故障消失时刻确定重合闸时刻
t
c
，并在
t
c
时刻进行重合闸
。2.
根据权利要求1所述的风电交流送出线路单相自适应重合闸方法，其特征在于，所述
Step1
具体为：
Step1.1
：在送出线路风电场侧装设电压信号采集装置；
Step1.2
：在风电场送出线路发生单相接地故障后，利用信号采集装置对故障相电压进行采样
。3.
根据权利要求1所述的风电交流送出线路单相自适应重合闸方法，其特征在于，所述
Step2
具体为：
Step2.1
：定义采样时窗长度和滑动因子均为
20ms
的滑动时间窗
T
s1
；
Step2.2
：在每个滑动时间窗
T
s1
内对所采集故障相电压进行短时傅里叶变换，提取工频电压分量幅值
U
f
(k)
，
k
表示当前采样点
。4.
根据权利要求1所述的风电交流送出线路单相自适应重合闸方法，其特征在于，所述
Step3
具体为：
Step3.1
：定义采样时窗长度为
a
，滑动因子为
b
的滑动时间窗
T
s2
；
Step3.2
：在每个滑动时间窗
T
s2
内对工频电压分量幅值
U
f (k)
进行
j
次差分放大处理：；式中
i
表示第
i
个滑动时间窗
T
s2
，
N
表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：束洪春，李聪，代月，曹耀仁，管普，管诚，龙宇，龚峰，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：