CN104316788A - 一种双馈风电机组风电场送出线路跳闸判断方法 - Google Patents

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王小立
徐海波
刘志远
李雪明
温靖华
颜云松
丁茂生
罗建波
方勇杰
李祝昆
任建锋
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Nari Technology Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种双馈风电机组风电场送出线路跳闸判断方法。其特点是，包括如下步骤：(1)首先检测风电场送出线路的电流和有功功率，判断是否满足电流变化量启动或者有功功率变化量启动条件，若满足条件，则判断风电场送出线路受到扰动，进入步骤(2)判断，并记录启动时刻，保存启动前风电场送出线路的电压、电流和有功功率这几项机组运行状态信息；否则判断风电场送出线路没有受到扰动，不再继续判断；(2)判断启动前有功功率是否大于设定值PS1。本发明方法解决了既有风电场送出线路跳闸判据在风电场某些运行方式下机组Crowbar保护动作时存在的误问题，可以快速识别送出线路跳闸、Crowbar保护动作等电气量扰动过程。

Description

一种双馈风电机组风电场送出线路跳闸判断方法
技术领域
本发明涉及一种双馈风电机组风电场送出线路跳闸判断方法。
背景技术
近年来，风力发电在国内得到大力发展，在西北、华北和东北地区，已经形成了数个大规模风电集中接入的风电基地。这些风电基地电网容量较小，结构比较薄弱，且由于风电机组自身的特性复杂，***的安全稳定问题突出，不能满足“电力***安全稳定导则”的相关标准要求。特别的，在***发生扰动时，风电机组自身的保护***往往会导致大规模风电机组脱网，此时如果不能及时识别并采取有效的安全稳定控制措施，容易导致电网崩溃。因此，双馈风电机组风电场送出线路的跳闸判据非常必要。
随着作为电网第二道防线的区域安全稳定控制的大力发展，对于输电线路跳闸过程中电气量的变化过程得以充分掌握，如图1所示，9.1s时刻风电场送出线路发生了无故障跳闸。相应的跳闸判据已经比较成熟，基于本地电气量的跳闸判据也有较多的研究，目前针对线路跳闸的判据为：1、突变量启动；2、事故前功率|P_|>Ps1(定值)；3、事故过程中电流变化率|ΔI|>ΔIs(定值)；4、事故后功率|Pt|≤Ps2(定值)；5、有跳闸信号(选用)；6、事故后有两相电流有效值I≤Is1(定值)；装置启动后且同时满足以上条件Ts1(定值)延时后，即判为线路跳闸。
然而，由于双馈风电机组的Crowbar保护动作影响，这样的跳闸判据在应用于双馈风电机组风电场送出线路时存在误判的可能。理论分析与现场实际运行情况均证明，当风电场风电机组Crowbar保护动作时，Crowbar保护电路将短接发电机的转子绕组，而机组定子仍与电网连接，此时双馈风电机组按鼠笼异步方式运行，风电场与电网的交换功率与Crowbar保护动作前机组的转差率有关。当双馈风电机组运行于额定风速时Crowbar保护动作，则动作后风电场送出线路有功功率和无功功率均为0，既不向电网输送功率，也不从电网吸收功率。相应的送出线路扰动后电流较小，上述线路跳闸判据的各个条件均得以满足，导致稳控装置可能误判为线路跳闸并采取控制措施。电气量特征如图2所示，其中9.2-9.36s时间段是扰动恢复但机组Crowbar保护仍然动作未恢复过程。
现场运行情况表明，由于接线过于复杂或者不符合相关运行管理规定，安全稳定控制***对于风电场送出线路的跳闸判断往往无法接入保护动作信号以及位置信号，只能通过电气量来进行送出线路的跳闸判断。
发明内容
本发明的目的是提供一种双馈风电机组风电场送出线路跳闸判断方法，能够不利用接点信号，仅依靠本地电气量判断双馈风电机组风电场送出线路跳闸，无论何种运行方式下何种原因引起的线路跳闸，均能准确识别；在风电场风电机组Crowbar保护动作时，送出线路的跳闸判据可靠不误动；在***受到其它扰动后，送出线路的跳闸判据可靠不误动。
一种双馈风电机组风电场送出线路跳闸判断方法，其特别之处在于，包括如下步骤：
(1)首先检测风电场送出线路的电流和有功功率，判断是否满足电流变化量启动或者有功功率变化量启动条件，若满足条件，则判断风电场送出线路受到扰动，进入步骤(2)判断，并记录启动时刻，保存启动前风电场送出线路的电压、电流和有功功率这几项机组运行状态信息；否则判断风电场送出线路没有受到扰动，不再继续判断；
(2)判断启动前有功功率是否大于设定值PS1；
(3)判断扰动过程中电流有效值是否出现急速下降过程，即每周波电流有效值下降量达到或超过设定值ΔIs；
(4)判断扰动过程中电压是否出现上升过程并达到或超过设定值Uups；
(5)判断扰动后有功功率绝对值是否小于等于设定值PS2；
(6)判断扰动后电流有效值是否较低，即至少有两相电流有效值小于等于设定值IS2；
(7)启动后，若同时满足步骤(2)至步骤(6)的条件，则延时Ts1后判断为风电场送出线路跳闸，否则认为送出线路未出现跳闸。
步骤(1)中有功功率变化量是否启动的判断方法为：实时检测当前风电场送出线路的有功功率Pt与200ms前有功功率Pt－200ms的差值，若该差值的绝对值连续3-6次大于设定值ΔPS，则启动风电场送出线路跳闸判断；
所述步骤(1)中电流变化量是否启动的判断方法为：实时检测当前任意一相电流瞬时值it与20ms前电流it－20ms的差值，若该差值的绝对值连续3-6次大于设定值ΔIs，则启动风电场送出线路跳闸判断。
所述步骤(3)和步骤(4)电流下降和电压上升的条件，需3-6次满足条件。
步骤(5)和步骤(6)中扰动后有功功率和电流所需满足的条件要求一直有效。
本发明方法解决了既有风电场送出线路跳闸判据在风电场某些运行方式下机组Crowbar保护动作时存在的误问题，可以快速识别送出线路跳闸、Crowbar保护动作等电气量扰动过程；判据适应性强，可靠性高，可实现与涉网保护完美配合；大大节省了人力、物力和财力，提高了自动化程度及效率。
附图说明
图1是背景技术中风电场送出线路跳闸过程中关键电气量变化图；
图2是背景技术中风电场送出线路跳闸过程中关键电气量变化图；
图3是背景技术中风电场送出线路跳闸过程中关键电气量变化图；
图4是背景技术中风电场送出线路Crowbar保护动作过程中关键电气量变化图；
图5是背景技术中风电场送出线路Crowbar保护动作过程中关键电气量变化图；
图6是背景技术中风电场送出线路Crowbar保护动作过程中关键电气量变化图；
图7是本发明的风电场送出线路跳闸判据逻辑框图。
具体实施方式
本发明涉及一种双馈风电机组风电场送出线路跳闸判断方法。属电力***自动化领域，包括下列步骤：采集风电场送出线路的三相电流和电压，计算电压电流的有效值和功率，通过检测电流突变和功率突变判断装置启动；若启动前功率高于设定定值；扰动过程中每周波电流下降量高于设定定值；电压升高并达到设定定值；扰动后的有功功率和有功电流均低于设定值；满足条件后经过设定延时，则判断为风电场送出线路跳闸采取相应的控制措施。采用本发明的方法，解决了既有方法在风电场某些运行方式下Crowbar保护动作后存在误判的问题。
本发明是采取以下的技术方案来实现的：
(1)首先检测风电场送出线路的电流和有功功率，判断是否满足电流变化量启动或者有功功率变化量启动条件，若满足条件，则判断风电场送出线路受到扰动，进入步骤(2)判断，并记录启动时刻，保存启动前风电场送出线路的电压、电流、功率等线路运行状态信息；
(2)根据步骤(1)保存的信息量，判断扰动前有功功率绝对值是否大于等于设定值PS1(该值一般设定为此线路潮流下，送出线路跳闸时会对电网稳定造成影响的值)；如果有功功率达到设定值则继续步骤(3)，如果未达到，则判出未出现送出线路跳闸。
(3)根据步骤(1)保存的信息量，判断扰动过程中电流有效值是否出现急速下降过程，每周波电流下降量是否达到设定值ΔIs(该值根据电网实际情况来设定，通常可设为额定电流的5％～10％；如果电流下降量达到定值则继续步骤(4)，如果未达到，则判出未出现送出线路跳闸。
(4)根据步骤(1)保存的信息量，判断扰动过程中送出线路电压是否出现逐步升高过程，且每周波上升量是否达到定值Uups(通常可设为额定电压的115％～120％)；如果电压逐步升高达到定值则继续步骤(5)，如果未达到，则判出未出现送出线路跳闸。
(5)判断扰动结束后有功功率绝对值是否小于等于设定值PS2(该值一般取风电场运行的最小技术出力值，通常可设为额定功率的10％)；如果有功功率达到设定值则继续步骤(6)，如果未达到，则判出未出现送出线路跳闸。
(6)判断扰动结束后电流绝对值是否至少有两相小于等于设定值IS2(该值一般取风电场运行的最小电流出力值，通常可设为额定电流的10％)；如果电流达到设定值则继续步骤(7)，如果未达到，则判出未出现送出线路跳闸。
(7)若满足以上所有步骤的条件，则装置延时Ts1(该值在***所能承受的时间内越大越好，但需注意与风电场涉网保护相配合通常设定为20～100ms)后判断为风电场送出线路跳闸。
本发明中，步骤(1)功率变化量启动判断方法为：实时检测当前有功功率Pt与200ms前有功功率Pt－200ms的差值，若其绝对值连续3-6次大于定值ΔPS，则启动风电场送出线路跳闸判断装置；电流变化量启动判断方法为：实时检测当前任意一相电流瞬时值it与20ms前电流it－20ms的差值，若其绝对值连续数次大于定值ΔIs，则启动风电场送出线路跳闸判断装置。定值ΔPS、ΔIs的设定则应保证躲过正常的功率波动和功率调节的前提下适当较小，以保证灵敏度。通常对于500kV及以上电压等级的送出线路ΔPS可设定为50MW，对于220/330kV电压等级的送出线路ΔPS可设10MW；ΔIs则通常设定为额定电流的10％。
步骤(2)反映了送出线路事故前的潮流情况，只有在潮流较重的情况下发生线路跳闸才会对电网稳定造成影响，PS1定值的设定可根据稳定计算给出。
步骤(3)(4)反映了送出线路跳闸过程中电气量的变化特征，可根据***能承受的电流扰动设定△Is，通常可设为额定电流的5％～10％；而Uups的设定则需躲过正常运行时的电压波动，通常不低于1.1倍的额定值，并可与涉网保护相配合。
步骤(5)(6)反映了送出线路跳闸后的稳态电气量，理论值为0，只需躲过装置的测量误差，定值PS2一般取风电场运行的最小技术出力值，可设定为额定功率的10％，相应的定值IS2也可据此设定为额定电流的10％。
步骤(7)保证了装置在风电场送出线路非跳闸而功率过零以及测量干扰时可靠不误动，TSI定值在***所能承受的时间内越大越好，但需注意与风电场涉网保护相配合，通常设定为20～100ms。
实施例1：
以下结合附图7对本发明作进一步描述。假设某一风电场送出线路正常送出功率为100MW，额定电压是110kV，额定电流是1000A，该送出线路最小技术出力是40MW。分析计算结果是当该线路跳闸后40ms内需要采取控制措施，否则将导致电网失去稳定。
跳闸判断装置首先采集风电场送出线路的电流电压量，并计算电压电流有效值、有功功率等电气量；
若装置没有启动，则根据电流变化量或功率变化量判断装置启动，当前有功功率与200ms之前的功率之差大于定值△PS＝10MW，或者任意一相电流瞬时值与20ms前电流之差大于定值ΔIs＝100A，连续5ms后则认为装置启动。
进入启动状态后(保持5s时间)，记录下启动前的有功功率P-1s，判断扰动前有功功率是否大于定值PS1＝30MW，若满足则继续进行送出线路跳闸判断，否则将启动计数器减1，跳出本次中断判断。
启动后判断启动过程中电流下降量，即当前电流有效值Ik与一个周波之前电流Ik-20ms之差|△I|＝|Ik-Ik-20ms|≥△Is＝100A是否满足？若满足则继续进行送出线路跳闸判断，否则将送出线路跳闸延时计数器减1，跳出本次中断判断。
接下来检测***电压是否升高至Uups＝126kV，若未升高则将送出线跳闸延时计数器减1，跳出本次中断判断。若升高了则继续送出线路跳闸判断。
满足条件后，接着检测扰动过程中的电流、有功功率等电气量，若有功功率|Pk|＜Ps2＝10MW，两相有功电流小于IS1＝100A，则继续判断送出线路跳闸，否则将送出线路跳闸延时计数器减1，跳出本次中断判断。上述条件都满足后，送出线路跳闸延时计数器加1，当跳闸延时大于Ts1＝40ms后判断为送出线路跳闸。

Claims (4)

1.一种双馈风电机组风电场送出线路跳闸判断方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)首先检测风电场送出线路的电流和有功功率，判断是否满足电流变化量启动或者有功功率变化量启动条件，若满足条件，则判断风电场送出线路受到扰动，进入步骤(2)判断，并记录启动时刻，保存启动前风电场送出线路的电压、电流和有功功率这几项机组运行状态信息；否则判断风电场送出线路没有受到扰动，不再继续判断；
(2)判断启动前有功功率是否大于设定值PS1；
(3)判断扰动过程中电流有效值是否出现急速下降过程，即每周波电流有效值下降量达到或超过设定值ΔIs；
(4)判断扰动过程中电压是否出现上升过程并达到或超过设定值Uups；
(5)判断扰动后有功功率绝对值是否小于等于设定值PS2；
(6)判断扰动后电流有效值是否较低，即至少有两相电流有效值小于等于设定值IS2；
(7)启动后，若同时满足步骤(2)至步骤(6)的条件，则延时Ts1后判断为风电场送出线路跳闸，否则认为送出线路未出现跳闸。
2.如权利要求1所述的一种双馈风电机组风电场送出线路跳闸判断方法，其特征在于：
步骤(1)中有功功率变化量是否启动的判断方法为：实时检测当前风电场送出线路的有功功率Pt与200ms前有功功率Pt－200ms的差值，若该差值的绝对值连续3-6次大于设定值ΔPS，则启动风电场送出线路跳闸判断；
所述步骤(1)中电流变化量是否启动的判断方法为：实时检测当前任意一相电流瞬时值it与20ms前电流it－20ms的差值，若该差值的绝对值连续3-6次大于设定值ΔIs，则启动风电场送出线路跳闸判断。
3.如权利要求1所述的一种双馈风电机组风电场送出线路跳闸判断方法，其特征在于：所述步骤(3)和步骤(4)电流下降和电压上升的条件，需3-6次满足条件。
4.如权利要求1所述的一种双馈风电机组风电场送出线路跳闸判断方法，其特征在于：步骤(5)和步骤(6)中扰动后有功功率和电流所需满足的条件要求一直有效。
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