CN104155540A - 风电场故障预警装置 - Google Patents

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CN104155540A CN201410332398.9A CN201410332398A CN104155540A CN 104155540 A CN104155540 A CN 104155540A CN 201410332398 A CN201410332398 A CN 201410332398A CN 104155540 A CN104155540 A CN 104155540A
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孙勇
施慎行
郑太一
董新洲
蔡宏毅
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State Grid Corp of China SGCC
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Tsinghua University
State Grid Corp of China SGCC
State Grid Jilin Electric Power Corp
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Abstract

本发明提出了一种基于零模电流行波极性的风电场故障预警装置，包括：采集单元，用于采集风电场的集电线路和风机线路上的零模电流行波；第一比较单元，用于比较任一零模电流行波的测量值与行波扰动阈值之间的关系；第二比较单元，用于比较发生行波扰动时所有集电线路上的零模电流行波极性；第三比较单元，用于比较与其他集电线路不同的集电线路所连接的风机线路上的零模电流行波极性；计算单元，用于计算行波扰动源线路最近连续三次发生行波扰动的时间间隔；第四比较单元，用于比较时间间隔与整定时间间隔，判断行波扰动源线路上是否将发生故障。通过本发明的技术方案，能够及时提供风电场内部的故障预警信息，以保证风电场的安全运行。

Description

风电场故障预警装置
技术领域
本发明涉及电力技术领域，具体而言，涉及一种基于零模电流行波极性的风电场故障预警装置。
背景技术
如图1所示的风电场是新一代电网的重要组成部分，连接有多条集电线路，每条集电线路上连接有多条风机线路。风电场频繁发生的大规模风电场故障导致的脱网事故，给电力系统的稳定和安全运行带来了巨大的隐患。
然而，目前电力系统的故障处理主要为在故障发生后快速有选择地隔离故障设备，属于事后处理策略，不利于防止故障发生。如果能准确识别故障发展过程，实现故障预警，将大大提高电力系统的可靠性，减少故障损失，也将有力促进电力系统故障处理技术的发展。
因此，提出一种新的风电场故障预警装置显得十分必要。
发明内容
本发明正是基于上述技术问题，提出了一种基于零模电流行波极的风电场故障预警装置，能够及时提供风电场内部的故障预警信息，减少风电场故障，降低风电场故障损失，以保证风电场的安全运行。
本发明提出的风电场故障预警装置正是基于图1所示的风电场而提出的，包括：采集单元，用于实时采集风电场的集电线路和风机线路上的零模电流行波；第一比较单元，用于比较任一所述零模电流行波的测量值与行波扰动阈值之间的关系；当所述任一所述零模电流行波的测量值大于所述行波扰动阈值时，判定所述风电场发生行波扰动，同时记录所述行波扰动发生的时间；第二比较单元，用于比较发生所述行波扰动时所有所述集电线路上的所述零模电流行波极性；当所有所述集电线路上的所述零模电流行波极性相同时，判定所述行波扰动发生在汇流母线上或者电网侧；当所有所述集电线路上的所述零模电流行波极性不全部相同时，选出所述零模电流行波极性与其他所述集电线路不同的集电线路，判断所述行波扰动是否发生在与其他所述集电线路不同的所述集电线路所连接的风机线路上；第三比较单元，用于比较与其他所述集电线路不同的所述集电线路所连接的风机线路上的零模电流行波极性；当所有所述风机线路的零模电流行波极性相同时，判定与其他所述集电线路不同的所述集电线路的干线为所述行波扰动的源线路；当所有所述风机线路的零模电流行波极性不全部相同时，选出所述零模电流行波极性与其他所述风机线路不同的风机线路，并判定所述零模电流行波极性与其他所述风机线路不同的风机线路为所述行波扰动的源线路；计算单元，当所述行波扰动的源线路为所述集电线路的干线或者所述零模电流行波极性与其他所述风机线路不同的风机线路时，计算所述行波扰动的源线路最近三次发生所述行波扰动的时间间隔；第四比较单元，用于比较所述行波扰动的源线路最近三次发生所述行波扰动的时间间隔的计算值与整定值的关系；当所述计算值小于所述整定值时，发出故障预警信号。
在上述技术方案中，故障发生是一个过程，故障过程中将出现反复的行波扰动，因此，行波扰动的频率可以作为故障的预兆。运行中的风电场线路，如某一点绝缘降低，在工频电压作用下，将重复地间歇性地引起在风电场中传播的行波。扰动发生的线路，其零模电流行波机芯与其他线路极性相反。另外，开关操作、雷击等外在干扰也将在风电场线路上产生干扰行波，但是，开关操作、雷击等干扰行波，相比由于线路自身原因引起的在工频电压激励下的产生的行波而言是随机的。因此，基于线路上干扰行波出现的统计规律，可实现风电场线路故障预警。
当运行中的电力线路出现绝缘薄弱点，或者运行环境变坏，在交流周期性工频电压作用下，电力线路绝缘薄弱点将发生闪络，产生扰动行波，该扰动行波将在电力系统中传播，在线路测量点，该扰动行波可被获取。
由于行波将在系统中传播，所有线路上都将检测到扰动行波。当扰动源行波的极性与其他线路的行波极性相反时，基于所有线路上获取的电流行波的极性关系，就可以有效地识别行波扰动源。
另外，线路上的扰动行波不一定都是故障前兆，也可能是由于断路器开关操作引起的，或者雷击电力系统引起的。线路故障前由于运行中设备绝缘降低引起的行波是有规律的，因为三相交流电力系统运行电压是周期性电压，因此故障前兆行波是有规律的，会在一定时间间隔内反复出现，而其他扰动行波相对而言是随机的，离散的，扰动时间间隔相对较长。因此，扰动行波出现的规律，可用于区分故障前兆和系统扰动。本发明中引入了扰动行波的连续性检测，识别行波扰动是故障前兆还是系统扰动，以实现线路故障预警。
通过本发明的技术方案，能够及时提供风电场内部的故障预警信息，减少风电场故障，降低风电场故障损失，以保证风电场的安全运行。
附图说明
图1示出了现有技术中的风电场的示意图。
图2示出了根据本发明的实施例的风电场故障预警装置的框图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
图2示出了根据本发明的实施例的风电场故障预警装置的流程图。
如图2所示，根据本发明的实施例的风电场故障预警装置200，包括：采集单元201，用于实时采集风电场的集电线路和风机线路上的零模电流行波；第一比较单元202，用于比较任一零模电流行波的测量值与行波扰动阈值之间的关系；当任一零模电流行波的测量值大于行波扰动阈值时，判定风电场发生行波扰动，同时记录行波扰动发生的时间；第二比较单元203，用于比较发生行波扰动时所有集电线路上的零模电流行波极性；当所有集电线路上的零模电流行波极性相同时，判定行波扰动发生在汇流母线上或者电网侧；当所有集电线路上的零模电流行波极性不全部相同时，选出零模电流行波极性与其他集电线路不同的集电线路，判断行波扰动是否发生在与其他集电线路不同的集电线路所连接的风机线路上；第三比较单元204，用于比较与其他集电线路不同的集电线路所连接的风机线路上的零模电流行波极性；当所有风机线路的零模电流行波极性相同时，判定与其他集电线路不同的集电线路的干线为行波扰动的源线路；当所有风机线路的零模电流行波极性不全部相同时，选出零模电流行波极性与其他风机线路不同的风机线路，并判定零模电流行波极性与其他风机线路不同的风机线路为行波扰动的源线路；计算单元205，当行波扰动的源线路为集电线路的干线或者零模电流行波极性与其他风机线路不同的风机线路时，计算行波扰动的源线路最近三次发生行波扰动的时间间隔；第四比较单元206，用于比较行波扰动的源线路最近三次发生行波扰动的时间间隔的计算值与整定值的关系；当计算值小于整定值时，发出故障预警信号。
在上述技术方案中，故障发生是一个过程，故障过程中将出现反复的行波扰动，因此，行波扰动的频率可以作为故障的预兆。运行中的风电场线路，如某一点绝缘降低，在工频电压作用下，将重复地间歇性地引起在风电场中传播的行波。扰动发生的线路，其零模电流行波机芯与其他线路极性相反。另外，开关操作、雷击等外在干扰也将在风电场线路上产生干扰行波，但是，开关操作、雷击等干扰行波，相比由于线路自身原因引起的在工频电压激励下的产生的行波而言是随机的。因此，基于线路上干扰行波出现的统计规律，可实现风电场线路故障预警。
当运行中的电力线路出现绝缘薄弱点，或者运行环境变坏，在交流周期性工频电压作用下，电力线路绝缘薄弱点将发生闪络，产生扰动行波，该扰动行波将在电力系统中传播，在线路测量点，该扰动行波可被获取。
由于行波将在系统中传播，所有线路上都将检测到扰动行波。当扰动源行波的极性与其他线路的行波极性相反时，基于所有线路上获取的电流行波的极性关系，就可以有效地识别行波扰动源。
另外，线路上的扰动行波不一定都是故障前兆，也可能是由于断路器开关操作引起的，或者雷击电力系统引起的。线路故障前由于运行中设备绝缘降低引起的行波是有规律的，因为三相交流电力系统运行电压是周期性电压，因此故障前兆行波是有规律的，会在一定时间间隔内反复出现，而其他扰动行波相对而言是随机的，离散的，扰动时间间隔相对较长。因此，扰动行波出现的规律，可用于区分故障前兆和系统扰动。本发明中引入了扰动行波的连续性检测，识别行波扰动是故障前兆还是系统扰动，以实现线路故障预警。
以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，通过上述技术方案，能够及时提供风电场内部的故障预警信息，减少风电场故障，降低风电场故障损失，以保证风电场的安全运行。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于零模电流行波极性的风电场故障预警装置，其特征在于，包括：
采集单元，用于实时采集风电场的集电线路和风机线路上的零模电流行波；
第一比较单元，用于比较任一所述零模电流行波的测量值与行波扰动阈值之间的关系；当所述任一所述零模电流行波的测量值大于所述行波扰动阈值时，判定所述风电场发生行波扰动，同时记录所述行波扰动发生的时间；
第二比较单元，用于比较发生所述行波扰动时所有所述集电线路上的所述零模电流行波极性；当所有所述集电线路上的所述零模电流行波极性相同时，判定所述行波扰动发生在汇流母线上或者电网侧；当所有所述集电线路上的所述零模电流行波极性不全部相同时，选出所述零模电流行波极性与其他所述集电线路不同的集电线路，判断所述行波扰动是否发生在与其他所述集电线路不同的所述集电线路所连接的风机线路上；
第三比较单元，用于比较与其他所述集电线路不同的所述集电线路所连接的风机线路上的零模电流行波极性；当所有所述风机线路的零模电流行波极性相同时，判定与其他所述集电线路不同的所述集电线路的干线为所述行波扰动的源线路；当所有所述风机线路的零模电流行波极性不全部相同时，选出所述零模电流行波极性与其他所述风机线路不同的风机线路，并判定所述零模电流行波极性与其他所述风机线路不同的风机线路为所述行波扰动的源线路；
计算单元，当所述行波扰动的源线路为所述集电线路的干线或者所述零模电流行波极性与其他所述风机线路不同的风机线路时，计算所述行波扰动的源线路最近三次发生所述行波扰动的时间间隔；
第四比较单元，用于比较所述行波扰动的源线路最近三次发生所述行波扰动的时间间隔的计算值与整定值的关系；当所述计算值小于所述整定值时，发出故障预警信号。
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