CN104833896A - 一种风力发电送出输电线路故障点方向判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力发电送出输电线路故障点方向判别方法，当保护背后电源为风力发电系统时，若故障判别结果稳定，并且能够持续一定时间，则故障方向为反方向故障，否则故障方向为正方向故障，当保护背后电源为系统电源时，若故障判别结果稳定，并且能够持续一定时间，则故障方向为正方向故障，否则故障方向为反方向故障，本发明的有益效果是：本发明针对风力发电系统与传统电源系统在故障时电气暂态特性上的差异，根据故障前后相位变化范围，并且能够在对应范围内持续一定时间，来进行故障点方向判别，能够更加准确和简便的对故障点方向进行判断，解决了现有技术的故障点方向判别法可能带来的方向误判的问题。

Description

一种风力发电送出输电线路故障点方向判别方法

技术领域

本发明涉及一种风力发电送出输电线路故障点方向判别方法，属于电力系统继电保护领域。

背景技术

风力发电系统与传统电源系统在电气暂态特性上有着较大的差别。首先风力发电的低电压穿越能力较弱，在电压跌落时发电机组控制系统的撬棒动作，使得风机出力减小，引起送出系统频率逐渐降低，偏离正常工频，同时撬棒动作后也将使得故障点短路电流降低，甚至消失。风电系统上述特征都将对传统以工频量相位比较为主要原理的距离保护方向判别产生很大影响，导致距离保护方向的误判。

而以火力及水力发电机组构成的同步发电机电源系统，在外部故障时，系统电源的频率在故障后很长时间内不会发生变化，因此当保护安装处测量的电流是同步发电机电源提供的短路电流时，以工频相量为原理的距离保护方向判别不会受到影响。因此在风电送出线路系统侧正方向故障时及风电侧背后反方向故障时，故障电流由同步发电机电源提供，此时工频量判别的方向元件判据比较稳定。

如专利名称为：一种风力发电送出输电线路距离保护方法(公告号：104242267A)，提供了一种故障点方向判别方法，当风力发电送出输电线路发生故障时，若满足故障点判别公式：时，其中为保护安装处的故障相电压变化相量，为保护安装处的故障相电流变化相量，此时判断故障点方向为正方向。如果保护背后电源为风电电源，若发生正方向故障，由于风电特性不稳定，距离保护可能出现拒动，从而造成巨大的安全事故。

发明内容

本发明的目的是提供一种风力发电送出输电线路故障点方向判别方法，用以解决现有故障点方向判别方法可能造成距离保护拒动或者误动的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

一种风力发电送出输电线路故障点方向判别方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)当保护背后电源为风力发电系统时，若故障判别结果满足反方向判据，并且能够持续一定时间，则故障方向为反方向故障，否则故障方向为正方向故障；

2)当保护背后电源为系统电源时，若故障判别结果满足正方向判据，并且能够持续一定时间，则故障方向为正方向故障，否则故障方向为反方向故障。

对距离保护装置设置控制字，此控制字用于表示保护背后对应的电源特性。

所述步骤1)中，反方向判据：或其中为距保护安装处电压两个工频周波前的电压相量，为保护安装处电压的当前相量，为保护安装处电流的当前相量，Z_set为线路整定阻抗相量值。

所述步骤2)中，正方向判据为：其中为距保护安装处电压两个工频周波前的电压相量，为保护安装处电压的当前相量，为保护安装处电流的当前相量，Z_set为线路整定阻抗相量值。

所述一定时间为：20ms～30ms。

本发明针对风力发电系统与传统电源系统在故障时电气暂态特性上的差异，根据故障前后相位变化范围，并且能够在对应范围内持续一定时间，来进行故障点方向判别，对不同电源特性进行对应判别方式进行判断，能够更加准确和简便的对故障点方向进行判断，解决了现有技术的故障点方向判别法可能带来的方向误判的问题。

附图说明

图1是实施例的方法流程图。

图2是实际线路故障时的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

本方案的一种风力发电送出输电线路故障点方向判别方法，其基本步骤包括：

1)当保护背后电源为风力发电系统时，若故障判别结果满足反方向判据，并且能够持续一定时间，则故障方向为反方向故障，否则故障方向为正方向故障；

2)当保护背后电源为系统电源时，若故障判别结果满足正方向判据，并且能够持续一定时间，则故障方向为正方向故障，否则故障方向为反方向故障。

当保护背后电源为风电特征时，采用反方向比相圆方程进行判别。此时如果为反方向故障，故障电压、电流量即为对侧系统电源提供，故障前后相位稳定，反方向动作方程判别结果稳定，持续一段时间即可判别为反方向故障；此时如果为正方向故障，故障电压电、电流量即为风电电源提供，故障前后相位变化较大，反方向动作方程判别结果抖动，判别结果不能持续一段时间，即可以判别为正方向故障。

当保护背后电源为同步发电机系统电源时，采用正方向比相圆方程进行判别。此时如果为正方向故障，故障电压、电流量即为本侧系统电源提供，故障前后相位稳定，正方向动作方程判别结果稳定，持续一段时间即可判别为正方向故障；此时如果为反方向故障，故障电压、电流量即为风电电源提供，故障前后相位变化较大，正方向动作方程判别结果抖动，判别结果不能持续一段时间，即可以判别为反方向故障。

如图2所示，其中A为风电电源，B为系统电源，K为距离保护装置，若利用现有技术中故障方向判别方法，当a处发生故障时，故障电压和故障电流由风电电源提供，会导致故障前后相位变化范围过大，判别结果不稳定，可能导致距离保护装置K发生拒动。

利用本方案的判别方法，则不会产生上述拒动现象的发生，当a处发生故障时，距离保护装置K的判别结果不满足反方向判据，或者满足反方向判据但不能够持续满足一定时间，那么认为该故障为正方向故障，保护动作，避免了现有技术可能引发的拒动后果。

采用本发明方法的距离保护具体实施如下步骤如下：

1.进行故障启动模块的执行判别。

故障启动模块采用电流变化量识别，识别公式如下：

|i_k-i_k-2T|＞1.2|i_k-2T-i_k-4T|+I_QDsetting

上式中，i_k为当前采样点的电流采样值，T为采用周期，i_k-nT为n个工频周期前的电流采样值，I_QDsetting为电流变化量启动定值。

满足上述公式后，判别保护启动，并进入故障启动后处理逻辑。

2.进行故障选相，故障选相方法采取通用的电流变化量选相元件，此处不再详述。

3.根据步骤2的选相结果进行故障环路故障点距离计算。

计算故障点距离保护安装处距离，可采用以下微分方程进行求解。

$u\left(k\right)=(R\×i\left(k\right)+L\frac{i\left(k\right)-i(k-1)}{\mathrm{\ΔT}})D_f+i_0\left(k\right)R_g$

将连续多个采样点的采样数据代入上述方程，使用最小二乘法求解出未知数D_f。

4.故障点方向元件判别

识别控制字“风电侧”定值整定值，如果值为“1”，则使用反方向判别方程，如果值为“0”，则使用正方向判别方程。

(1)反方向判别方程

或

上式中为保护安装处电压的记忆相量，即距当前2个工频周波的相量。为保护安装处电压的当前相量，为保护安装处电流的当前相量，Z_set为线路整定阻抗相量值；中为距保护安装处电压两个工频周波前的电压相量。

采用全周傅氏算法，若故障后一定时间内持续满足上述判据(故障后20ms～30ms)，则认为发生了反方向故障，方向判别为反方向。

(2)正方向判别方程

采用全周傅氏算法，若故障后一定时间内持续满足上述判据(故障后20ms～30ms)，则认为发生了正方向故障，方向判别为正方向。

5.距离保护的动作条件如下

D_f＜D_setting1&&方向元件判别为正方向

当电源特性为同步发电机系统电源时，控制字输出为“0”，当电源特性为风电送出线路系统特性时，控制字输出为“1”。(这里通过距离保护装置中设定的控制字对保护背后电源特性进行判断，作为其它实施方式，当电源特性为同步发电机系统电源时，控制字的输出也可以是“1”；甚至采用其它检测手段来得到保护背后的电源特性。)

除了采用以上实施方式中的方向判据，作为其他实施方式，也可以采用现有技术中其他的方向判据。

上述设定的时间并不限于20ms～30ms的时间范围，也可以根据实际情况和控制精度对上述持续时间进行相应调整。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种风力发电送出输电线路故障点方向判别方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)当保护背后电源为风力发电系统时，若故障判别结果满足反方向判据，并且能够持续一定时间，则故障方向为反方向故障，否则故障方向为正方向故障；

2)当保护背后电源为系统电源时，若故障判别结果满足正方向判据，并且能够持续一定时间，则故障方向为正方向故障，否则故障方向为反方向故障。

2.根据权利要求1所述的判别方法，其特征在于，所述步骤1)中，反方向判据：或其中为距保护安装处电压两个工频周波前的电压相量，为保护安装处电压的当前相量，为保护安装处电流的当前相量，Z_set为线路整定阻抗相量值。

3.根据权利要求1所述的判别方法，其特征在于，所述步骤2)中，正方向判据为：其中为距保护安装处电压两个工频周波前的电压相量，为保护安装处电压的当前相量，为保护安装处电流的当前相量，Z_set为线路整定阻抗相量值。

4.根据权利要求2或3所述的判别方法，其特征在于，所述一定时间为：20ms～30ms。