CN104569669A - 基于动模风光互补的继电保护适应性检测***和方法 - Google Patents

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陈争光
詹荣荣
李岩军
董明会
王晓阳
周春霞
余越
詹智华
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Abstract

本发明具体涉及基于动模风光互补的继电保护适应性检测***和方法，包括，等值风机***物理模拟单元、光伏电源物理模拟单元、负荷物理模拟单元、无穷大***物理模拟单元、变压器物理模拟单元和输电线路物理模拟单元；所述等值风机***物理模拟单元、光伏电源物理模拟单元通过变压器物理模拟单元和输电线路物理模拟单元接入无穷大***物理模拟单元；同时将负荷物理模拟单元接入无穷大***物理模拟单元；该检测方法提高了故障分析的准确性，为风光互补***的继电保护适应性研究提供了科学的依据，在工程实践中具有很强的实用性。

Description

基于动模风光互补的继电保护适应性检测***和方法
技术领域
本发明涉及一种检测***和方法，具体涉及基于动模风光互补的继电保护适应性检测***和方法。
背景技术
随着分布式电源的大规模接入，从根本上改变了传统的单电源辐射型配电网结构，配电***故障后的电气特征量发生巨大变化，从而使得传统配电网的继电保护难以适应分布式电源接入后电网运行安全的要求。一方面，以光伏和风电为代表的可再生能源具有间歇性和随机性的特征，它们分布式接入将会对配电网的短路水平、无功功率和电压分布、继电保护配置及参数整定、故障清除和隔离等带来广泛的影响。另一方面，随着逆变型分布式电源所占的比例越来越大，而电力电子器件承受的故障电流有限，其内部保护的动作特性决定着短路电流的特征。同时，大量电力电子设备的高频动作与微电网中储能元件相互作用，可能引起谐波电流放大，危害电网设备安全。单独的风能、光伏发电***很难保证稳定的能量输出，风能和太阳能在时间和地域上具有很强的天然互补性。风光互补联合发电***与单纯风电/光伏发电相比，电力输出更可靠平稳，是一种比单一风力/光伏发电更经济可靠的选择。
为检测风光互补***继电保护装置的适应性，根据实际风光互补***的参数合理建模，能够提供不同运行的方式，为建设风光互补***继电保护装置适应性检测平台提供技术支持。
发明内容
为了实现上述目的，本发明根据实际***中风电和光伏电源的***结构和控制策略，设计与实际工程等效的继电保护适应性检测***和方法；检测方法结合动模实验室现有的试验条件，可以模拟实际风光互补***不同的故障类型及运行方式；在此基础上开展风光电源不同接入位置、接入容量对继电保护以及对自动重合闸影响的研究，同时可开展孤岛检测技术以及其他功能的检测工作，该检测方法提高了故障分析的准确性，为风光互补***的继电保护适应性研究提供了科学的依据，在工程实践中具有很强的实用性。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
基于动模风光互补的继电保护适应性检测***，其特征在于，所述***包括，等值风机***物理模拟单元、光伏电源物理模拟单元、负荷物理模拟单元、无穷大***物理模拟单元、变压器物理模拟单元和输电线路物理模拟单元；
所述等值风机***物理模拟单元、光伏电源物理模拟单元通过变压器物理模拟单元和输电线路物理模拟单元接入无穷大***物理模拟单元；同时将负荷物理模拟单元接入无穷大***物理模拟单元。
优选的，所述等值风机***物理模拟单元包括依次连接的：双馈异步风机模型和永磁直驱风机模型。
优选的，所述等值风机***物理模拟单元包括依次连接的：直流电机、双馈发电机、永磁同步发电机、双向变流器以及对电机和变流器进行驱动的控制器。
优选的，所述光伏电源物理模拟单元包括依次连接的：储能***、变流器单元以及采用最大功率点跟踪技术的控制***，实现对储能***并网电流的控制。
优选的，所述负荷物理模拟单元包括依次连接的电动机负荷、阻性负荷、感性负荷和容性负荷。
优选的，所述电源***物理模拟单元为地区等值***。
优选的，所述变压器物理模拟单元包括依次连接的两卷变压器模型、三卷变压器模型和自耦变压器模型。
优选的，所述输电线路物理模拟单元包括依次连接的电阻元件、电感元件、电容元件、长线模型、短线模型和环线模型，所述的无穷大***能够通过10kV外部电源串接隔离变压器和可调电阻进行模拟。
优选的，基于动模风光互补的继电保护适应性检测方法，所述方法包括下述步骤：
(1)根据实际拓扑结构和设备参数，构建等值风机***物理模拟单元；
(2)等效光伏电源现场光伏电源的接入方式，构建物理模拟检测平台；
(3)通过风光互补***的短路容量和现场***实际接线方式，确定风光互补模拟***的容量及模拟***接线方式，其中所述物理模拟检测平台的***为所述风光互补模拟***；
(4)根据风光互补***的运行特性，建立风光互补模拟***，并运行适应性检测。
优选的，所述步骤(1)包括，根据风光电源接入电网的检测需求，调研风光电源接入电网实际拓扑结构和设备参数；其中，所述实际拓扑结构包括，风光电源接入电网具体形式、电压等级和接入负荷情况；所述设备参数包括线路参数、变压器参数和继电保护功能配置。
优选的，所述步骤(2)中，根据电网拓扑结构和设备参数构建分布式电源接入电网的继电保护装置的物理模拟检测平台；根据线路、变压器参数和实际模拟比例设置所述物理模拟检测平台的线路模拟参数和变压器模拟参数；并在每相电路与地之间设置故障点和开关，接通开关，模拟接地故障和相间短路故障。
优选的，所述步骤(3)中，根据风光互补***的短路容量和现场***实际接线方式，确定风光互补模拟***的容量及模拟***接线方式，同时为保护装置设置定值参数；并将所述物理模拟检测平台中被保护模拟元件的模拟电流互感器和模拟电压互感器输出接入被保护装置和故障录波器。
与现有技术比，本发明达到的有益效果是：
1.基于物理模型的风光电源互补***继电保护适应性检测方法可用于分布式电源继电保护装置的动态模拟试验检测工作，具有良好的拓展性和实用性；
2.模型中风机和光伏电源能够完全等效实际***中风机和光伏电源的运行特性，通过改变风光电源容量的大小，可模拟风光电源接入容量对继电保护的影响；
3.所设计的风光互补***物理模型与实际***等效，通过改变***运行方式，可模拟风光电源不同的接入位置对继电保护及重合闸的影响；
4.通过模拟***区内外金属性及过渡电阻等不同类型故障，实现风光互补***检验测试的功能，可用于分布式电源接入的继电保护适应性研究，同时可开展孤岛检测技术以及其他功能的检测工作。
附图说明
图1为本发明提供的继电保护装置物理模拟检测方法接线示意图。
图2为本发明提供的用于动模拟试验的光伏电源物理模拟***结构示意图；
具体实施方式
如图2所示，基于动模风光互补的继电保护适应性检测***，其特征在于，所述***包括，等值风机***物理模拟单元、光伏电源物理模拟单元、负荷物理模拟单元、无穷大***物理模拟单元、变压器物理模拟单元和输电线路物理模拟单元；
所述等值风机***物理模拟单元、光伏电源物理模拟单元通过变压器物理模拟单元和输电线路物理模拟单元接入无穷大***物理模拟单元；同时将负荷物理模拟单元接入无穷大***物理模拟单元。
所述等值风机***物理模拟单元包括依次连接的：双馈异步风机模型和永磁直驱风机模型。
所述等值风机***物理模拟单元包括依次连接的：直流电机、双馈发电机、永磁同步发电机、双向变流器以及对电机和变流器进行驱动的控制器。
所述光伏电源物理模拟单元包括依次连接的：储能***、变流器单元以及采用最大功率点跟踪技术的控制***，实现对储能***并网电流的控制。
所述负荷物理模拟单元包括依次连接的电动机负荷、阻性负荷、感性负荷和容性负荷。
所述电源***物理模拟单元为地区等值***。
所述变压器物理模拟单元包括依次连接的两卷变压器模型、三卷变压器模型和自耦变压器模型。
所述输电线路物理模拟单元包括依次连接的电阻元件、电感元件、电容元件、长线模型、短线模型和环线模型，所述的无穷大***能够通过10kV外部电源串接隔离变压器和可调电阻进行模拟。
如图1所示，基于动模风光互补的继电保护适应性检测方法，所述方法包括下述步骤：
(1)根据实际拓扑结构和设备参数，构建等值风机***物理模拟单元；所述步骤(1)包括，根据风光电源接入电网的检测需求，调研风光电源接入电网实际拓扑结构和设备参数；其中，所述实际拓扑结构包括，风光电源接入电网具体形式、电压等级和接入负荷情况；所述设备参数包括线路参数、变压器参数和继电保护功能配置。
(2)等效光伏电源现场光伏电源的接入方式，构建物理模拟检测平台；所述步骤(2)中，根据电网拓扑结构和设备参数构建分布式电源接入电网的继电保护装置的物理模拟检测平台；根据线路、变压器参数和实际模拟比例设置所述物理模拟检测平台的线路模拟参数和变压器模拟参数；并在每相电路与地之间设置故障点和开关，接通开关，模拟接地故障和相间短路故障。
(3)通过风光互补***的短路容量和现场***实际接线方式，确定风光互补模拟***的容量及模拟***接线方式，其中所述物理模拟检测平台的***为所述风光互补模拟***；所述步骤(3)中，根据风光互补***的短路容量和现场***实际接线方式，确定风光互补模拟***的容量及模拟***接线方式，同时为保护装置设置定值参数；并将所述物理模拟检测平台中被保护模拟元件的模拟电流互感器和模拟电压互感器输出接入被保护装置和故障录波器。
(4)根据风光互补***的运行特性，建立风光互补模拟***，并运行适应性检测。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (12)

1.基于动模风光互补的继电保护适应性检测***，其特征在于，所述***包括，等值风机***物理模拟单元、光伏电源物理模拟单元、负荷物理模拟单元、无穷大***物理模拟单元、变压器物理模拟单元和输电线路物理模拟单元；
所述等值风机***物理模拟单元、光伏电源物理模拟单元通过变压器物理模拟单元和输电线路物理模拟单元接入无穷大***物理模拟单元；同时将负荷物理模拟单元接入无穷大***物理模拟单元。
2.如权利要求1所述的基于动模风光互补的继电保护适应性检测***，其特征在于，所述等值风机***物理模拟单元包括依次连接的：双馈异步风机模型和永磁直驱风机模型。
3.如权利要求2所述的基于动模风光互补的继电保护适应性检测***，其特征在于，所述等值风机***物理模拟单元包括依次连接的：直流电机、双馈发电机、永磁同步发电机、双向变流器以及对电机和变流器进行驱动的控制器。
4.如权利要求1所述的基于动模风光互补的继电保护适应性检测***，其特征在于，所述光伏电源物理模拟单元包括依次连接的：储能***、变流器单元以及采用最大功率点跟踪技术的控制***，实现对储能***并网电流的控制。
5.如权利要求1所述的基于动模风光互补的继电保护适应性检测***，其特征在于，所述负荷物理模拟单元包括依次连接的电动机负荷、阻性负荷、感性负荷和容性负荷。
6.如权利要求1所述的基于动模风光互补的继电保护适应性检测***，其特征在于，所述电源***物理模拟单元为地区等值***。
7.如权利要求1所述的基于动模风光互补的继电保护适应性检测***，其特征在于，所述变压器物理模拟单元包括依次连接的两卷变压器模型、三卷变压器模型和自耦变压器模型。
8.如权利要求1所述的基于动模风光互补的继电保护适应性检测***，其特征在于，所述输电线路物理模拟单元包括依次连接的电阻元件、电感元件、电容元件、长线模型、短线模型和环线模型，所述的无穷大***能够通过10kV外部电源串接隔离变压器和可调电阻进行模拟。
9.如权利要求1-8任一项所述的基于动模风光互补的继电保护适应性检测方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
(1)根据实际拓扑结构和设备参数，构建等值风机***物理模拟单元；
(2)等效光伏电源现场光伏电源的接入方式，构建物理模拟检测平台；
(3)通过风光互补***的短路容量和现场***实际接线方式，确定风光互补模拟***的容量及模拟***接线方式，其中所述物理模拟检测平台的***为所述风光互补模拟***；
(4)根据风光互补***的运行特性，建立风光互补模拟***，并运行适应性检测。
10.如权利要求9所述的基于动模风光互补的继电保护适应性检测方法，其特征在于，所述步骤(1)包括，根据风光电源接入电网的检测需求，调研风光电源接入电网实际拓扑结构和设备参数；其中，所述实际拓扑结构包括，风光电源接入电网具体形式、电压等级和接入负荷情况；所述设备参数包括线路参数、变压器参数和继电保护功能配置。
11.如权利要求9所述的基于动模风光互补的继电保护适应性检测方法，其特征在于，所述步骤(2)中，根据电网拓扑结构和设备参数构建分布式电源接入电网的继电保护装置的物理模拟检测平台；根据线路、变压器参数和实际模拟比例设置所述物理模拟检测平台的线路模拟参数和变压器模拟参数；并在每相电路与地之间设置故障点和开关，接通开关，模拟接地故障和相间短路故障。
12.如权利要求9所述的基于动模风光互补的继电保护适应性检测方法，其特征在于，所述步骤(3)中，根据风光互补***的短路容量和现场***实际接线方式，确定风光互补模拟***的容量及模拟***接线方式，同时为保护装置设置定值参数；并将所述物理模拟检测平台中被保护模拟元件的模拟电流互感器和模拟电压互感器输出接入被保护装置和故障录波器。
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