CN105004959A - 适应于稳定控制装置的风电场送出线路相间故障判断方法 - Google Patents

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徐海波
李雪明
薛峰
苏波
罗剑波
方勇杰
颜云松
张丽全
李祝昆
司庆华
任建锋
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Abstract

本发明公开了适应于稳定控制装置的风电场送出线路相间故障判断方法，属于电力***自动化领域。本发明在传统相间故障跳闸判断方法的基础上计及了双馈风电机组风电场送出线路独特的电气特性，克服了传统相间故障跳闸判断方法在双馈风电机组风电场送出线路上存在将相间故障误判为单相故障的缺陷，可使稳定控制装置准确判断风电场送出线路上的故障类型。包括下列步骤：首先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变化和功率，通过检测电流和功率突变判断装置启动；判断故障过程中电压降低并达到设定定值；电流升高并达到设定定值；相间余弦电压低于设定值；在重合闸时间内有两相跳闸信号；装置满足判断方法条件后判出相间故障并采取相应的控制措施。

Description

适应于稳定控制装置的风电场送出线路相间故障判断方法
技术领域
本发明属于电力***自动化技术领域，更准确地说本发明涉及一种适应于稳定控制装置的风电场送出线路相间故障判断方法。
背景技术
稳定控制装置对于保证电力***的安全稳定运行有着举足轻重的意义，其拒动或误动都会给电力***带来灾难性的后果。由于风力发电这类间歇性能源的独立发电特性和源网协调性与常规能源相比有较大的差别，送出***的暂态特性与传统电网相比也大为不同。
风电场侧的正负序等值阻抗远远大于***侧的等值阻抗，而由于升压站主变压器的低压侧中性点通常不接地，故障期间风电场侧的零序等值阻抗仅包括输电线路与主变的零序阻抗。因此风电场侧的稳定控制装置测得的正负序阻抗远大于零序阻抗，属于典型的弱馈***，风电场侧的稳定控制装置感受到的故障电流几乎全部为零序分量，非故障相电流在幅值与相位上均与故障相电流近乎相同，使装置的正确动作受到很大影响。
传统的稳定控制装置在进行故障跳闸识别时，普遍假设发电机正、负序阻抗近似相等。而对于双馈风电机组，由于crowbar阻值和励磁阻抗相比不能忽略，DFIG撬棒电路的投入增加了风电机组的正负序阻抗，尤其是正序阻抗，从而使风电场的弱馈程度加强，无论在何种转速状态下，其正、负序阻抗都存在很大差异。这将使得以电源正、负序阻抗相等为前提的故障跳闸识别原理失去依据，或使得以电源正、负序阻抗相等为条件推导出的稳定控制装置动作特性发生变化。
基于本地量的相间故障判断方法已有较多的研究，目前针对线路的相间故障判断方法为：
1、突变量启动
2、事故后有两相电流升高
3、事故后有两相电压降低
4、有两相跳闸信号
5、两相跳闸信号之间的时间差小于重合闸时间
装置启动后且同时满足以上条件后，即判为线路相间故障。
在双馈机组风电场送出线路发生相间故障时，电压电流的变化特征和传统电网相比不太相同，故障期间出现了仅有一相电流增加的现象，此时已不能够满足上述的相间故障判断方法2，这将导致装置发生误判。因此，研究提出新的适用于双馈机组风电场送出线路的相间故障识别判断方法非常必要。
发明内容
本发明的发明目的是：
克服传统稳定控制装置中线路相间故障跳闸判断方法应用于双馈机组风电场送出线路时存在会将相间故障误判为单相故障的缺陷，提供一种涉及相间余弦电压的适用于双馈机组风电场送出线路相间故障的识别判断方法，以保证稳控装置正确的动作。
为了实现上述目的，本发明是采取以下的技术方案来实现的：
(1)原始正弦输入信号即三相电压ua、ub、uc、三相电流ia、ib、ic信号经过低通滤波模块进行低通滤波，以消除原始正弦输入信号中二次及二次以上谐波分量的干扰；
(2)计算三相电压有效值Ua、Ub、Uc并与20ms前的电压有效值相减得到电压有效值的变化率并记为dUa、dUb、dUc；
(3)计算三相电流有效值Ia、Ib、Ic并与20ms前的电流有效值相减得到电流有效值的变化率并记为dIa、dIb、dIc；
(4)计算三相相间余弦电压以及线路有功功率Pt；
(5)检测是否出现电流或功率突变量启动，若满足启动条件，则判断风电场送出线路受到扰动，进入步骤(6)判断，并记录启动时刻；
(6)根据步骤(2)保存的信息量，判断故障时-dUa、-dUb、-dUc中是否有两相大于设定值ΔUs1(通常可设为额定电压的20％)，如满足条件则继续步骤(7)，否则判断线路未发生相间故障；
(7)根据步骤(3)保存的信息量，判断故障时dIa、dIb、dIc中与步骤(6)中相同两相的电流变化率是否大于设定值ΔIs1(通常可设为额定电流的10％)，，如满足条件则转到步骤(10)，否则继续步骤(8)；
(8)判断故障时是否有步骤(7)中所述两故障相的其中一相电流有效值变化率大于设定值ΔIs1，如有则继续步骤(9)，否则判断线路未发生相间故障；
(9)根据步骤(4)保存的信息量，判断故障时是否有步骤(7)中所述两故障相的相间余弦电压是否大于设定值(通常可设为额定电压的50％)，有则继续步骤(10)，否则判断线路未发生相间故障；
(10)判断故障时是否有两相以上跳闸信号，且两相跳闸信号之间的时间差小于重合闸时间Tchz。如满足则判断线路了发生相间故障；否则判断线路未发生相间故障。
本发明中，步骤(5)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故障跳闸判断；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，若其绝对值连续数次大于定值ΔPs，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5％-10％。
本发明中，满足所述步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)、步骤(6)、步骤(7)的同时满足步骤(10)，或者在满足步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)、步骤(6)、步骤(8)、步骤(9)的同时满足步骤(10)都可以判断线路发生相间短路故障。所述步骤(7)、步骤(8)和步骤(9)电压、电流条件，只需数次满足条件即可。
步骤(6)(7)反映了传统电网中线路相间故障过程中电气量的变化特征，相间短路故障时一般有两相电压降低，相同两相电流增加。
步骤(8)(9)为保证线路发生相间故障的故障期间出现仅有一相电流增加的现象时判断方法能够适用。
步骤(10)反映了线路相间故障过程中开关量的变化特征，相间短路故障时有两相跳闸信号且其时间差小于重合闸时间。
本发明的有益效果如下：
本发明解决了既有双馈机组风电场送出线路故障跳闸判断方法在风电场某些运行方式下存在的误判问题，能快速识别线路相间短路故障；该判断方法适应性强，可靠性高，可实现与涉网保护完美配合；本发明大大节省了人力、物力和财力，提高了自动化程度及效率。
附图说明
图1是线路相间短路故障跳闸判断方法逻辑框图。
具体实施方式
以下结合附图1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，重合闸时间Tchz为1s。
装置首先对原始正弦输入信号即三相电压ua、ub、uc、三相电流ia、ib、ic信号进行低通滤波；进一步计算三相电压有效值变化率dUa、dUb、dUc，三相电流有效值变化率dIa、dIb、dIc，三相相间余弦电压 以及线路有功功率Pt；
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。
启动后检测-dUa、-dUb、-dUc中是否有两相大于设定值ΔUs1＝12kV，若满足则继续进行线路相间故障判断，否则判断结束。
接下来检测dIa、dIb、dIc中电压下降两相的电流变化率大于设定值ΔIs1＝100A，若满足则继续进行后面线路相间故障判断，否则需要经行涉及相间余弦电压的辅助判断。
涉及相间余弦电压的辅助判断为:dIa、dIb、dIc中是电压下降两相之一的一相电流有效值变化率是否大于设定值ΔIs1＝100A，并且 中电压下降两相相间余弦电压是否大于设定值这两条都满足则继续后面线路跳闸信号的判断，否则判断结束。
接下来判断是否有两相以上跳闸信号并且两相跳闸信号之间的时间差大于定值Tchz＝1s。若满足则判为线路相间短路故障，否则判断结束。
综上所述，本发明的适应于稳定控制装置的风电场送出线路相间故障判断方法，在传统相间故障跳闸判断方法的基础上计及了双馈风电机组风电场送出线路独特的电气特性，克服了传统相间故障跳闸判断方法在双馈风电机组风电场送出线路上存在将相间故障误判为单相故障的缺陷，可使稳定控制装置准确判断风电场送出线路上的故障类型。包括下列步骤：首先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变化和功率，通过检测电流和功率突变判断装置启动；判断故障过程中电压降低并达到设定定值；电流升高并达到设定定值；相间余弦电压低于设定值；在重合闸时间内有两相跳闸信号；装置满足判断方法条件后判出相间故障并采取相应的控制措施。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.适应于稳定控制装置的风电场送出线路相间故障判断方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)原始正弦输入信号即三相电压ua、ub、uc、三相电流ia、ib、ic信号经过低通滤波模块进行低通滤波，以消除原始正弦输入信号中二次及二次以上谐波分量的干扰；
(2)计算三相电压有效值Ua、Ub、Uc并与20ms前的电压有效值相减得到电压有效值的变化率并记为dUa、dUb、dUc；
(3)计算三相电流有效值Ia、Ib、Ic并与20ms前的电流有效值相减得到电流有效值的变化率并记为dIa、dIb、dIc；
(4)计算三相相间余弦电压以及线路有功功率Pt；
(5)检测是否出现电流或功率突变量启动，若满足启动条件，则判断风电场送出线路受到扰动，进入步骤(6)判断，并记录启动时刻；
(6)根据步骤(2)保存的信息量，判断故障时-dUa、-dUb、-dUc中是否有两相大于设定值ΔUs1，如满足条件则继续步骤(7)，否则判断线路未发生相间故障；
(7)根据步骤(3)保存的信息量，判断故障时dIa、dIb、dIc中与步骤(6)中相同两相的电流变化率是否大于设定值ΔIs1，如满足条件则转到步骤(10)，否则继续步骤(8)；
(8)判断故障时是否有步骤(7)中所述两故障相的其中一相电流有效值变化率大于设定值ΔIs1，如有则继续步骤(9)，否则判断线路未发生相间故障；
(9)根据步骤(4)保存的信息量，判断故障时是否有步骤(7)中所述两故障相的相间余弦电压是否大于设定值有则继续步骤(10)，否则判断线路未发生相间故障；
(10)判断故障时是否有两相以上跳闸信号，且两相跳闸信号之间的时间差小于重合闸时间Tchz，如满足则判断线路了发生相间故障；否则判断线路未发生相间故障。
2.根据权利要求1所述的适应于稳定控制装置的风电场送出线路相间故障判断方法，其特征在于，满足所述步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)、步骤(6)、步骤(7)的同时满足步骤(10)，或者在满足步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)、步骤(4)、步骤(5)、步骤(6)、步骤(8)、步骤(9)的同时满足步骤(10)都可以判断线路发生相间短路故障。
3.根据权利要求1所述的适应于稳定控制装置的风电场送出线路相间故障判断方法，其特征在于，所述步骤(5)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，则启动装置；所述步骤(5)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，若其绝对值连续数次大于定值ΔPs，则启动装置。
4.根据权利要求1所述的适应于稳定控制装置的风电场送出线路相间故障判断方法，其特征在于，所述步骤(7)、步骤(8)和步骤(9)电压、电流条件，只需数次满足条件即可。
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