CN107769172A - 次/超同步谐振/振荡的系统级保护系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种次/超同步谐振/振荡的系统级保护系统及方法，其中，系统包括：集中式保护协调器与多个分布式保护继电器，多个分布式保护继电器的每个分布式保护继电器采集对应设备端口的三相电压、电流，获取电压电流的时域波形，获取次/超同步阻抗，以及在次/超同步分量大于预设阈值或接收到系统级保护信号时，触发本地保护动作；集中式保护协调器获取多个分布式保护继电器测得的风电场的次/超同步阻抗，以根据预设的电路拓扑得到系统的次/超同步聚合阻抗，并在次/超同步聚合阻抗未满足稳定条件时，获取最佳的切机策略，以生成系统级保护信号，该系统可以提供准确、快速、可靠的保护措施，从而有效提高系统的稳定性和安全性，以将损失降到最低。

Description

次/超同步谐振/振荡的系统级保护系统及方法
技术领域
本发明涉及电力系统保护技术领域，特别涉及一种次/超同步谐振/振荡的系统级保护系统及方法。
背景技术
近些年来，可再生能源发电(如风力发电、光伏发电等)得到迅速发展，然而，可再生能源发电的并网问题给电力系统的稳定运行带来了新的挑战。例如，基于变流器的风力发电机和交流电网之间的相互作用引发的次/超同步谐振/振荡，可能导致大面积风机脱网，甚至严重威胁到电力设备及整个系统的稳定运行。
针对汽轮发电机组的次/超同步谐振/振荡保护，相关技术大多采用轴系转速作为输入，不能适用于风力发电机组的次/超同步谐振/振荡的保护。少数保护使用端电压或端电流中的次/超同步分量作为保护动作的依据，这种基于电压电流次/超同步分量为依据的保护方法也可以通过简单修改后用来检测风力发电系统不稳定的次/超同步谐振/振荡，在满足一定条件下，进一步触发风力发电机组的保护动作。然而，以电压、电流或功率作为保护依据的保护方法还存在着较大缺陷，因为这些量并不能精确地衡量某台风力发电机或某个风电场对整个系统的影响，并且次/超同步谐振/振荡是整个系统的动态行为，因此保护也应该是基于全系统的，仅使用局部信息判断保护行为的准确性较差，可靠性和安全性较低，亟待改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种次/超同步谐振/振荡的系统级保护系统，该系统可以提供准确、快速、可靠的保护措施，从而有效提高系统的稳定性和安全性，以将损失降到最低。
本发明的另一个目的在于提出一种次/超同步谐振/振荡的系统级保护方法。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种次/超同步谐振/振荡的系统级保护系统，包括：设置于控制中心的集中式保护协调器与设置于变电站或风场的多个分布式保护继电器，其中，所述多个分布式保护继电器的每个分布式保护继电器采集对应设备端口处的三相电压、电流，获取电压电流的时域波形，并且通过额定频率陷波器滤除工频信号，并通过模态滤波得到次/超同步信号，并通过频域变换得到电压、电流的次/超同步相量，以获取次/超同步阻抗，以及在次/超同步分量大于预设阈值或接收到系统级保护信号时，触发本地保护动作；所述集中式保护协调器获取所述多个分布式保护继电器测得的风电场的次/超同步阻抗，以根据预设的电路拓扑得到系统的次/超同步聚合阻抗，并在所述次/超同步聚合阻抗未满足稳定条件时，获取最佳的切机策略，以生成所述系统级保护信号。
本发明实施例的次/超同步谐振/振荡的系统级保护系统，可以通过计算整个系统聚合阻抗对不同风电场中风力发电机数量的敏感度，来确定不同风电场需要切除的风力发电机的数量，以消除系统次/超同步谐振/振荡，并且能够提供准确、快速、可靠的保护方法，从而在保障系统稳定的条件下使切机数量最小，以将损失降到最低，有效提高系统的安全性和可靠性，更好地保证系统的稳定性。
另外，根据本发明上述实施例的次/超同步谐振/振荡的系统级保护系统还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述集中式保护协调器具体用于从所述每个分布式保护继电器得到风电场的阻抗值，并根据所述风电场的阻抗值、线路阻抗、电网阻抗和所述电路拓扑通过阻抗计算公式得到整个系统的所述次/超同步聚合阻抗，所述阻抗计算公式为：
其中，ZWi(sub)/ZWi(sup)，ZL(sub)/ZL(sup)和ZG(sub)/ZG(sup)分别为风电场的次/超同步阻抗、输电线路的次/超同步阻抗和电网的次/超同步阻抗，{}为按照电路拓扑求解次/超同步聚合阻抗。
进一步地，在本发明的一个实施例中，在RΣ(sub)<Rth或RΣ(sup)<Rth时，触发保护动作，包括：对于不满足所述稳定条件的次同步和超同步振荡模态，分别获取相应的灵敏度；获取候选风电场集合，选择次同步/或超同步电阻为负并且对应灵敏度均为正的风电场作为保护切机的候选风电场；如同一个风场的次同步和超同步灵敏度均为正，则两者之和或者加权和作为所述同一个风场整体的灵敏度，并根据所述风场整体的灵敏度给每个候选风电场分配权重；以切机后次同步和/或超同步聚合电阻不小于稳定裕度为约束条件，构成优化问题，并解出切机比；获取候选风场的切机数量，并将每个候选风电场的切机数量构成所述系统级保护信号发送至分布式保护继电器。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述灵敏度的计算公式为：
其中，ni和ΔnTi分别为第i个风电场风力发电机的数量和第i个风电场风力发电机切除的数量，ZΣ(ni)和ZΣ(ni-ΔnTi)分别为第i个风电场切除前次同步和/或超同步聚合阻抗的值和切除ΔnTi台风力发电机后次同步和/或超同步聚合阻抗的值，i为风电场序号。
进一步地，在本发明的一个实施例中，解出所述切机比的公式为：
其中，Round表示四舍五入到整数，ΔnTi为候选风场的切机数量，NT为所有候选风电场切机数量构成的集合，IT为候选风电场集合，ZΣ(NT)为候选风电场切机数量为NT时，整个系统次同步和/或超同步聚合阻抗的值，Rth为电阻表示的稳定裕度，α为切机比，wi为第i个风电场切机权重，Ni为第i个风电场风力发电机总数。
为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种次/超同步谐振/振荡的系统级保护方法，包括以下步骤：多个分布式保护继电器采集对应设备端口处的三相电压、电流，获取电压电流的时域波形；所述每个分布式保护继电器通过额定频率陷波器滤除工频信号，并通过模态滤波得到次/超同步信号；所述每个分布式保护继电器通过频域变换得到电压、电流的次/超同步相量，以获取次/超同步阻抗，以在次/超同步分量大于预设阈值或接收到系统级保护信号时，触发本地保护动作；所述集中式保护协调器获取所述多个分布式保护继电器测得的风电场的次/超同步阻抗；所述集中式保护协调器根据预设的电路拓扑得到系统的次/超同步聚合阻抗，并在所述次/超同步聚合阻抗未满足稳定条件时，获取最佳的切机策略，以生成所述系统级保护信号；所述分布式保护继电器接收到来自所述集中式保护协调器的系统级保护信号，触发本地保护动作。
本发明实施例的次/超同步谐振/振荡的系统级保护方法，可以通过计算整个系统聚合阻抗对不同风电场中风力发电机数量的敏感度，来确定不同风电场需要切除的风力发电机的数量，以消除系统次/超同步谐振/振荡，并且能够提供准确、快速、可靠的保护方法，从而在保障系统稳定的条件下使切机数量最小，以将损失降到最低，有效提高系统的安全性和可靠性，更好地保证系统的稳定性。
另外，根据本发明上述实施例的次/超同步谐振/振荡的系统级保护方法还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述集中式保护协调器根据预设的电路拓扑得到系统的次/超同步聚合阻抗，进一步包括：从所述每个分布式保护继电器得到风电场的阻抗值，并根据所述风电场的阻抗值、线路阻抗、电网阻抗和所述电路拓扑通过阻抗计算公式得到整个系统的所述次/超同步聚合阻抗，所述阻抗计算公式为：
其中，ZWi(sub)/ZWi(sup)，ZL(sub)/ZL(sup)和ZG(sub)/ZG(sup)分别为风电场的次/超同步阻抗、输电线路的次/超同步阻抗和电网的次/超同步阻抗，{}为按照电路拓扑求解次/超同步聚合阻抗。
进一步地，在本发明的一个实施例中，在RΣ(sub)<Rth或RΣ(sup)<Rth时，触发所述保护动作，进一步包括：对于不满足所述稳定条件的次同步和超同步振荡模态，分别获取相应的灵敏度；获取候选风电场集合，选择次同步/或超同步电阻为负并且对应灵敏度均为正的风电场作为保护切机的候选风电场；如同一个风场的次同步和超同步灵敏度均为正，则两者之和或者加权和作为所述同一个风场整体的灵敏度，并根据所述风场整体的灵敏度给每个候选风电场分配权重；以切机后次同步和/或超同步聚合电阻不小于稳定裕度为约束条件，构成优化问题，并解出切机比；获取候选风场的切机数量，并将每个候选风电场的切机数量构成所述系统级保护信号发送至分布式保护继电器。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述灵敏度的计算公式为：
其中，ni和ΔnTi分别为第i个风电场风力发电机的数量和第i个风电场风力发电机切除的数量，ZΣ(ni)和ZΣ(ni-ΔnTi)分别为第i个风电场切除前次同步和/或超同步聚合阻抗的值和切除ΔnTi台风力发电机后次同步和/或超同步聚合阻抗的值，i为风电场序号。
进一步地，在本发明的一个实施例中，解出所述切机比的公式为：
其中，Round表示四舍五入到整数，ΔnTi为候选风场的切机数量，NT为所有候选风电场切机数量构成的集合，IT为候选风电场集合，ZΣ(NT)为候选风电场切机数量为NT时，整个系统次同步和/或超同步聚合阻抗的值，Rth为电阻表示的稳定裕度，α为切机比，wi为第i个风电场切机权重，Ni为第i个风电场风力发电机总数。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的次/超同步谐振/振荡的系统级保护系统的结构示意图；
图2为根据本发明一个实施例的分布式保护继电器的实施的系统级保护方法的流程图；
图3为根据本发明一个实施例的集中式保护协调器的实施的系统级保护方法的流程图；
图4为根据本发明实施例的次/超同步谐振/振荡的系统级保护方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的次/超同步谐振/振荡的系统级保护系统及方法，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的次/超同步谐振/振荡的系统级保护系统。
图1是本发明实施例的次/超同步谐振/振荡的系统级保护系统的结构示意图。
如图1所示，该次/超同步谐振/振荡的系统级保护系统10包括：集中式保护协调器100、多个分布式保护继电器(如分布式保护继电器201和分布式保护继电器202)。
其中，集中式保护协调器100设置于控制中心，多个分布式保护继电器设置于变电站或风场。其中，多个分布式保护继电器的每个分布式保护继电器采集对应设备端口处的三相电压、电流，获取电压电流的时域波形，并且通过额定频率陷波器滤除工频信号，并通过模态滤波得到次/超同步信号，并通过频域变换得到电压、电流的次/超同步相量，以获取次/超同步阻抗，以及在次/超同步分量大于预设阈值或接收到系统级保护信号时，触发本地保护动作；集中式保护协调器100获取多个分布式保护继电器测得的风电场的次/超同步阻抗，以根据预设的电路拓扑得到系统的次/超同步聚合阻抗，并在次/超同步聚合阻抗未满足稳定条件时，获取最佳的切机策略，以生成系统级保护信号。本发明实施例的系统10可以提供准确、快速、可靠的保护措施，从而有效提高系统的稳定性和安全性，以将损失降到最低。
可以理解的是，如图2所示，本发明实施例的分布式保护继电器首先可以对对应设备端口处的三相电压电流进行采样，并且通过模数转换得到电压电流的时域波形；其次，经过额定频率陷波器滤除工频信号(一般为50Hz或60Hz)，再经过模态滤波，以得到相应的次/超同步信号，从而通过频域变换(如DFT(Discrete Fourier Transform，离散傅里叶变换))得到电压、电流的次/超同步相量如果有需要，本发明实施例可以更新模态滤波，提取次/超同步信号计算相量；最后计算其次/超同步阻抗。其中，次/超同步阻抗的计算方法可以参考相关技术中的计算方法，为减少冗余，在此不做详细赘述。
若分布式保护继电器检测到超过阈值的次/超同步分量，将会触发本地保护动作，并且将所测数据发送给集中式保护协调器100；若接收到来自集中式保护协调器100的系统级保护信号，将根据保护逻辑控制断路器的断开，完成保护动作。
本发明实施例的集中式保护协调器100可以接收各个分布式保护继电器的数据，并且根据已知的电路拓扑，计算整个系统的次/超同步聚合阻抗ZΣ＝RΣ+jXΣ，若次/超同步未达到稳定要求(即RΣ<Rth)，则需要启动保护。集中式保护协调器100可以计算得到最佳的切机策略，并向分布式保护继电器发送保护信号。
进一步地，在本发明的一个实施例中，集中式保护协调器100具体用于从每个分布式保护继电器得到风电场的阻抗值，并根据风电场的阻抗值、线路阻抗、电网阻抗和电路拓扑通过阻抗计算公式得到整个系统的次/超同步聚合阻抗，阻抗计算公式为：
其中，ZWi(sub)/ZWi(sup)，ZL(sub)/ZL(sup)和ZG(sub)/ZG(sup)分别为风电场的次/超同步阻抗、输电线路的次/超同步阻抗和电网的次/超同步阻抗，{}为按照电路拓扑求解次/超同步聚合阻抗。
进一步地，在本发明的一个实施例中，在RΣ(sub)<Rth或RΣ(sup)<Rth时，触发保护动作，包括：对于不满足稳定条件的次同步和超同步振荡模态，分别获取相应的灵敏度；获取候选风电场集合，选择次同步/或超同步电阻为负并且对应灵敏度均为正的风电场作为保护切机的候选风电场；如同一个风场的次同步和超同步灵敏度均为正，则两者之和或者加权和作为同一个风场整体的灵敏度，并根据风场整体的灵敏度给每个候选风电场分配权重；以切机后次同步和/或超同步聚合电阻不小于稳定裕度为约束条件，构成优化问题，并解出切机比；获取候选风场的切机数量，并将每个候选风电场的切机数量构成系统级保护信号发送至多个分布式保护继电器。
其中，在本发明的一个实施例中，灵敏度的计算公式为：
其中，ni和ΔnTi分别为第i个风电场风力发电机的数量和第i个风电场风力发电机切除的数量，ZΣ(ni)和ZΣ(ni-ΔnTi)分别为第i个风电场切除前次同步和/或超同步聚合阻抗的值和切除ΔnTi台风力发电机后次同步和/或超同步聚合阻抗的值，i为风电场序号。
其中，在本发明的一个实施例中，解出切机比的公式为：
其中，Round表示四舍五入到整数，ΔnTi为候选风场的切机数量，NT为所有候选风电场切机数量构成的集合，IT为候选风电场集合；ZΣ(NT)为候选风电场切机数量为NT时，整个系统次同步和/或超同步聚合阻抗的值，Rth为电阻表示的稳定裕度，α为切机比，wi为第i个风电场切机权重，Ni为第i个风电场风力发电机总数。
可以理解的是，如图3所示，本发明一个实施例的集中式保护协调器实施的系统级保护方法包括以下步骤：
在步骤S301和S302中，集中式保护协调器100可以从各个分布式保护继电器得到风电场的阻抗值，并结合已知线路的阻抗、电网的阻抗，根据系统的拓扑结构，计算出整个系统的次/超同步阻抗ZΣ(sub)/ZΣ(sup)：
其中，ZWi(sub)/ZWi(sup)，ZL(sub)/ZL(sup)和ZG(sub)/ZG(sup)分别为风电场的次/超同步阻抗、输电线路的次/超同步阻抗和电网的次/超同步阻抗，{}为按照电路拓扑求解次/超同步聚合阻抗。
若RΣ(sub)<Rth或RΣ(sup)<Rth，将会引发保护动作，转至步骤S303.
在步骤S303中，对于不能达到稳定性要求的次同步和超同步振荡模态，分别计算其灵敏度Si，计算方法为：
其中，ni和ΔnTi是第i个风电场风力发电机的数量和切除的数量，通常ΔnTi为1％～20％*ni之间的整数；ZΣ(ni)和ZΣ(ni-ΔnTi)分别为第i个风电场切除前次同步和/或超同步聚合阻抗的值和切除ΔnTi台风力发电机后次同步和/或超同步聚合阻抗的值。
公式(2)是灵敏度的一种算法，并且灵敏度的算法有很多，在此不做具体限制。
在步骤S304中，确定候选风电场集合IT，选择次同步/或超同步电阻为负并且对应灵敏度均为正的风电场作为保护切机的候选风电场：
IT＝{i|Ri<0且Si>0}， (3)
在步骤S305中，如同一个风场的次同步和超同步灵敏度均为正，则两者之和(或加权和)作为该风场整体的灵敏度，根据灵敏度给每个候选风电场分配一个权重：
在步骤S306中，以切机后次同步和/或超同步聚合电阻RΣ不小于稳定裕度Rth为约束条件，构成优化问题，解出切机比α：
其中，Round表示四舍五入到整数。
在步骤S307中，求出候选风场的切机数量为ΔnTi。
在步骤S308中，将每个候选风电场的切机数量ΔnTi构成系统保护信号发送至分布式保护继电器。
每次保护动作完成后，持续检测次/超同步聚合电阻是否同时满足RΣ≥Rth，若不满足，则再次运行保护算法，相应保护动作启动；若满足，则表示系统稳定，保护无需动作。
在本发明的一个具体实施例中，本发明实施例的次/超同步谐振/振荡的系统级保护系统可以通过以下方式来设计：
首先，进行保护系统的构建：
在各个变电站或风电场设立分布式保护继电器，每个风电场对应的分布式保护继电器可以控制风电场内每台风力发电机端口处断路器的闭合和关断；并建立一个集中式保护协调器100，分布式保护继电器和集中式保护协调器100之间可以按照设定协议进行数据传输。
其次，进行分布式保护继电器的数据采集与计算和集中式保护协调器100的次/超同步聚合阻抗的计算：
分布式保护继电器采集风电场各个风力发电机端口处的输出电流和电压，并处理数据(滤波，频域变换等)得到电压、电流中的次/超同步分量。同时，计算风电场次/超同步阻抗，并将采集的数据(包括时间序列)和计算结果发送至集中式保护协调器，并将测得的次/超同步分量与设定阈值进行比较。若大于设定阈值，则启动本地保护。
集中式保护协调器100根据分布式保护继电器传输的各个风电场的次/超同步阻抗、已知线路次/超同步阻抗、电网次/超同步阻抗和系统拓扑求解整个系统的次/超同步聚合阻抗。
再次，进行次/超同步稳定性的判断：
若RΣ≥Rth，保护不动作；若集中式保护协调器计算的次/超同步聚合电阻RΣ小于设定的稳定阈值Rth，则进行后续步骤，即启动保护。
进而进行具体保护方案的计算
计算出每个风电场次/超同步阻抗对于风力发电机数量的灵敏度Si，并根据上述公式(3)确定候选风电场集合IT；根据公式(4)确定每个候选风电场中需要切除的风力发电机数量。
最后，指定风力发电机的切除：
集中式保护协调器100根据具体保护方案的计算结果生成系统级保护信号并将其发至各个分布式保护继电器，每个分布式保护继电器按照系统级保护信号控制相应数量的风力发电机断路器断开，实现相应数量风力发电机从系统中切除。
根据本发明实施例提出的次/超同步谐振/振荡的系统级保护系统，可以通过计算整个系统聚合阻抗对不同风电场中风力发电机数量的敏感度，来确定不同风电场需要切除的风力发电机的数量，以消除系统次/超同步谐振/振荡，并且能够提供准确、快速、可靠的保护方法，从而在保障系统稳定的条件下使切机数量最小，以将损失降到最低，有效提高系统的安全性和可靠性，更好地保证系统的稳定性。
其次参照附图描述根据本发明实施例提出的次/超同步谐振/振荡的系统级保护方法。
图4是本发明实施例的次/超同步谐振/振荡的系统级保护方法的流程图。
如图4所示，该次/超同步谐振/振荡的系统级保护方法包括以下步骤：
在步骤S401中，多个分布式保护继电器的每个分布式保护继电器采集设备端口处的三相电压、电流，获取电压电流的时域波形。
在步骤S402中，每个分布式保护继电器通过额定频率陷波器滤除工频信号，并通过模态滤波得到次/超同步信号。
在步骤S403中，每个分布式保护继电器通过频域变换得到电压、电流的次/超同步相量，以获取次/超同步阻抗，以在次/超同步分量大于预设阈值或接收到系统级保护信号时，触发本地保护动作。
在步骤S404中，集中式保护协调器获取多个分布式保护继电器测得的风电场的次/超同步阻抗。
在步骤S405中，集中式保护协调器根据预设的电路拓扑得到系统的次/超同步聚合阻抗，并在次/超同步聚合阻抗未满足稳定条件时，获取最佳的切机策略，以生成系统级保护信号。
在步骤S406中，分布式保护继电器接收到来自集中式保护协调器的系统级保护信号，触发本地保护动作。
进一步地，在本发明的一个实施例中，集中式保护协调器根据预设的电路拓扑得到系统的次/超同步聚合阻抗，进一步包括：从每个分布式保护继电器得到风电场的阻抗值，并根据风电场的阻抗值、线路阻抗、电网阻抗和电路拓扑通过阻抗计算公式得到整个系统的次/超同步聚合阻抗，阻抗计算公式为：
其中，ZWi(sub)/ZWi(sup)，ZL(sub)/ZL(sup)和ZG(sub)/ZG(sup)分别为风电场的次/超同步阻抗、输电线路的次/超同步阻抗和电网的次/超同步阻抗，{}为按照电路拓扑求解次/超同步聚合阻抗。
进一步地，在本发明的一个实施例中，在RΣ(sub)<Rth或RΣ(sup)<Rth时，触发保护动作，进一步包括：对于不满足稳定条件的次同步和超同步振荡模态，分别获取相应的灵敏度；获取候选风电场集合，选择次同步/或超同步电阻为负并且对应灵敏度均为正的风电场作为保护切机的候选风电场；如同一个风场的次同步和超同步灵敏度均为正，则两者之和或者加权和作为同一个风场整体的灵敏度，并根据风场整体的灵敏度给每个候选风电场分配权重；以切机后次同步和/或超同步聚合电阻不小于稳定裕度为约束条件，构成优化问题，并解出切机比；获取候选风场的切机数量，并将每个候选风电场的切机数量构成系统级保护信号发送至分布式保护继电器。
进一步地，在本发明的一个实施例中，灵敏度的计算公式为：
其中，ni和ΔnTi分别为第i个风电场风力发电机的数量和第i个风电场风力发电机切除的数量，ZΣ(ni)和ZΣ(ni-ΔnTi)分别为第i个风电场切除前次同步和/或超同步聚合阻抗的值和切除ΔnTi台风力发电机后次同步和/或超同步聚合阻抗的值，i为风电场序号。
进一步地，在本发明的一个实施例中，解出切机比的公式为：
其中，Round表示四舍五入到整数，ΔnTi为候选风场的切机数量，NT为所有候选风电场切机数量构成的集合，IT为候选风电场集合，ZΣ(NT)为候选风电场切机数量为NT时，整个系统次同步和/或超同步聚合阻抗的值，Rth为电阻表示的稳定裕度，α为切机比，wi为第i个风电场切机权重，Ni为第i个风电场风力发电机总数。
需要说明的是，前述对次/超同步谐振/振荡的系统级保护系统实施例的解释说明也适用于该实施例的次/超同步谐振/振荡的系统级保护方法，此处不再赘述。
根据本发明实施例提出的次/超同步谐振/振荡的系统级保护方法，可以通过计算整个系统聚合阻抗对不同风电场中风力发电机数量的敏感度，来确定不同风电场需要切除的风力发电机的数量，以消除系统次/超同步谐振/振荡，并且能够提供准确、快速、可靠的保护方法，从而在保障系统稳定的条件下使切机数量最小，以将损失降到最低，有效提高系统的安全性和可靠性，更好地保证系统的稳定性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种次/超同步谐振/振荡的系统级保护系统，其特征在于，包括：设置于控制中心的集中式保护协调器与设置于变电站或风场的多个分布式保护继电器，其中，
所述多个分布式保护继电器的每个分布式保护继电器采集对应设备端口处的三相电压、电流，获取电压电流的时域波形，并且通过额定频率陷波器滤除工频信号，并通过模态滤波得到次/超同步信号，并通过频域变换得到电压、电流的次/超同步相量，以获取次/超同步阻抗，以及在次/超同步分量大于预设阈值或接收到系统级保护信号时，触发本地保护动作；
所述集中式保护协调器获取所述多个分布式保护继电器测得的风电场的次/超同步阻抗，以根据预设的电路拓扑得到系统的次/超同步聚合阻抗，并在所述次/超同步聚合阻抗未满足稳定条件时，获取最佳的切机策略，以生成所述系统级保护信号。
2.根据权利要求1所述的次/超同步谐振/振荡的系统级保护系统，其特征在于，所述集中式保护协调器具体用于从所述每个分布式保护继电器得到风电场的阻抗值，并根据所述风电场的阻抗值、线路阻抗、电网阻抗和所述电路拓扑通过阻抗计算公式得到整个系统的所述次/超同步聚合阻抗，所述阻抗计算公式为：
<mrow> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>Z</mi> <mrow> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mi>u</mi> <mi>b</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>Z</mi> <mrow> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mi>u</mi> <mi>b</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>{</mo> <msub> <mi>Z</mi> <mrow> <mi>W</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mi>u</mi> <mi>b</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>Z</mi> <mrow> <mi>L</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mi>u</mi> <mi>b</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>Z</mi> <mrow> <mi>G</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mi>u</mi> <mi>b</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>}</mo> <mo>=</mo> <msub> <mi>R</mi> <mrow> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mi>u</mi> <mi>b</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>jX</mi> <mrow> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mi>u</mi> <mi>b</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>Z</mi> <mrow> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>sup</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>Z</mi> <mrow> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>sup</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>{</mo> <msub> <mi>Z</mi> <mrow> <mi>W</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>sup</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>Z</mi> <mrow> <mi>L</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>sup</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>Z</mi> <mrow> <mi>G</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>sup</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>}</mo> <mo>=</mo> <msub> <mi>R</mi> <mrow> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>sup</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>jX</mi> <mrow> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>sup</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> </mrow>
其中，ZWi(sub)/ZWi(sup)，ZL(sub)/ZL(sup)和ZG(sub)/ZG(sup)分别为风电场的次/超同步阻抗、输电线路的次/超同步阻抗和电网的次/超同步阻抗，{}为按照电路拓扑求解次/超同步聚合阻抗。
3.根据权利要求2所述的次/超同步谐振/振荡的系统级保护系统，其特征在于，在RΣ(sub)<Rth或RΣ(sup)<Rth时，所述触发保护动作，包括：
对于不满足所述稳定条件的次同步和超同步振荡模态，分别获取相应的灵敏度；
获取候选风电场集合，选择次同步/或超同步电阻为负并且对应灵敏度均为正的风电场作为保护切机的候选风电场；
如同一个风场的次同步和超同步灵敏度均为正，则两者之和或者加权和作为所述同一个风场整体的灵敏度，并根据所述风场整体的灵敏度给每个候选风电场分配权重；
以切机后次同步和/或超同步聚合电阻不小于稳定裕度为约束条件，构成优化问题，并解出切机比；
获取候选风场的切机数量，并将每个候选风电场的切机数量构成所述系统级保护信号发送至分布式保护继电器。
4.根据权利要求3所述的次/超同步谐振/振荡的系统级保护系统，其特征在于，所述灵敏度的计算公式为：
<mrow> <msub> <mi>S</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>Re</mi> <mo>{</mo> <msub> <mi>Z</mi> <mi>&amp;Sigma;</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>n</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;Delta;n</mi> <mrow> <mi>T</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>Z</mi> <mi>&amp;Sigma;</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>n</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>}</mo> </mrow> <mrow> <msub> <mi>&amp;Delta;n</mi> <mrow> <mi>T</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>&amp;times;</mo> <mn>100</mn> <mi>%</mi> <mo>,</mo> </mrow>
其中，ni和ΔnTi分别为第i个风电场风力发电机的数量和第i个风电场风力发电机切除的数量，ZΣ(ni)和ZΣ(ni-ΔnTi)分别为第i个风电场切除前次同步和/或超同步聚合阻抗的值和切除ΔnTi台风力发电机后次同步和/或超同步聚合阻抗的值，i为风电场序号。
5.根据权利要求3所述的次/超同步谐振/振荡的系统级保护系统，其特征在于，解出所述切机比的公式为：
<mrow> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>m</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>s</mi> <mo>.</mo> <mi>t</mi> <mo>.</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>&amp;alpha;</mi> <mo>&gt;</mo> <mn>0</mn> <mo>;</mo> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>Re</mi> <mrow> <mo>{</mo> <mrow> <msub> <mi>Z</mi> <mi>&amp;Sigma;</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>N</mi> <mi>T</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <mo>}</mo> </mrow> <mo>&amp;GreaterEqual;</mo> <msub> <mi>R</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mi>h</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>N</mi> <mi>T</mi> </msub> <mo>=</mo> <mrow> <mo>{</mo> <mrow> <msub> <mi>&amp;Delta;n</mi> <mrow> <mi>T</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mo>}</mo> </mrow> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>&amp;Delta;n</mi> <mrow> <mi>T</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mi>R</mi> <mi>o</mi> <mi>u</mi> <mi>n</mi> <mi>d</mi> <mrow> <mo>{</mo> <mrow> <msub> <mi>&amp;alpha;w</mi> <mi>i</mi> </msub> <msub> <mi>N</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> <mo>}</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mi>i</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <msub> <mi>I</mi> <mi>T</mi> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mtd> </mtr> </mtable> <mo>,</mo> </mrow>
其中，Round表示四舍五入到整数，ΔnTi为候选风场的切机数量，NT为所有候选风电场切机数量构成的集合，IT为候选风电场集合，ZΣ(NT)为候选风电场切机数量为NT时，整个系统次同步和/或超同步聚合阻抗的值，Rth为电阻表示的稳定裕度，α为切机比，wi为第i个风电场切机权重，Ni为第i个风电场风力发电机总数。
6.一种次/超同步谐振/振荡的系统级保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
多个分布式保护继电器的每个分布式保护继电器采集对应设备端口处的三相电压、电流，获取电压电流的时域波形；
所述每个分布式保护继电器通过额定频率陷波器滤除工频信号，并通过模态滤波得到次/超同步信号；
所述每个分布式保护继电器通过频域变换得到电压、电流的次/超同步相量，以获取次/超同步阻抗，以在次/超同步分量大于预设阈值或接收到系统级保护信号时，触发本地保护动作；
所述集中式保护协调器获取所述多个分布式保护继电器测得的风电场的次/超同步阻抗；
所述集中式保护协调器根据预设的电路拓扑得到系统的次/超同步聚合阻抗，并在所述次/超同步聚合阻抗未满足稳定条件时，获取最佳的切机策略，以生成所述系统级保护信号；以及
所述分布式保护继电器接收到来自所述集中式保护协调器的系统级保护信号，触发本地保护动作。
7.根据权利要求6所述的次/超同步谐振/振荡的系统级保护方法，其特征在于，所述集中式保护协调器根据预设的电路拓扑得到系统的次/超同步聚合阻抗，进一步包括：
从所述每个分布式保护继电器得到风电场的阻抗值，并根据所述风电场的阻抗值、线路阻抗、电网阻抗和所述电路拓扑通过阻抗计算公式得到整个系统的所述次/超同步聚合阻抗，所述阻抗计算公式为：
<mrow> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>Z</mi> <mrow> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mi>u</mi> <mi>b</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>Z</mi> <mrow> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mi>u</mi> <mi>b</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>{</mo> <msub> <mi>Z</mi> <mrow> <mi>W</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mi>u</mi> <mi>b</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>Z</mi> <mrow> <mi>L</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mi>u</mi> <mi>b</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>Z</mi> <mrow> <mi>G</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mi>u</mi> <mi>b</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>}</mo> <mo>=</mo> <msub> <mi>R</mi> <mrow> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mi>u</mi> <mi>b</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>jX</mi> <mrow> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mi>u</mi> <mi>b</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>Z</mi> <mrow> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>sup</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>Z</mi> <mrow> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>sup</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>{</mo> <msub> <mi>Z</mi> <mrow> <mi>W</mi> <mi>i</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>sup</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>Z</mi> <mrow> <mi>L</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>sup</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>Z</mi> <mrow> <mi>G</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>sup</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>}</mo> <mo>=</mo> <msub> <mi>R</mi> <mrow> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>sup</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>jX</mi> <mrow> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>sup</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> </mrow>
其中，ZWi(sub)/ZWi(sup)，ZL(sub)/ZL(sup)和ZG(sub)/ZG(sup)分别为风电场的次/超同步阻抗、输电线路的次/超同步阻抗和电网的次/超同步阻抗，{}为按照电路拓扑求解次/超同步聚合阻抗。
8.根据权利要求7所述的次/超同步谐振/振荡的系统级保护方法，其特征在于，在RΣ(sub)<Rth或RΣ(sup)<Rth时，触发所述保护动作，进一步包括：
对于不满足所述稳定条件的次同步和超同步振荡模态，分别获取相应的灵敏度；
获取候选风电场集合，选择次同步/或超同步电阻为负并且对应灵敏度均为正的风电场作为保护切机的候选风电场；
如同一个风场的次同步和超同步灵敏度均为正，则两者之和或者加权和作为所述同一个风场整体的灵敏度，并根据所述风场整体的灵敏度给每个候选风电场分配权重；
以切机后次同步和/或超同步聚合电阻不小于稳定裕度为约束条件，构成优化问题，并解出切机比；
获取候选风场的切机数量，并将每个候选风电场的切机数量构成所述系统级保护信号发送至分布式保护继电器。
9.根据权利要求8所述的次/超同步谐振/振荡的系统级保护方法，其特征在于，所述灵敏度的计算公式为：
<mrow> <msub> <mi>S</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>Re</mi> <mo>{</mo> <msub> <mi>Z</mi> <mi>&amp;Sigma;</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>n</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>&amp;Delta;n</mi> <mrow> <mi>T</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <msub> <mi>Z</mi> <mi>&amp;Sigma;</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>n</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>}</mo> </mrow> <mrow> <msub> <mi>&amp;Delta;n</mi> <mrow> <mi>T</mi> <mi>i</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>&amp;times;</mo> <mn>100</mn> <mi>%</mi> <mo>,</mo> </mrow>
其中，ni和ΔnTi分别为第i个风电场风力发电机的数量和第i个风电场风力发电机切除的数量，ZΣ(ni)和ZΣ(ni-ΔnTi)分别为第i个风电场切除前次同步和/或超同步聚合阻抗的值和切除ΔnTi台风力发电机后次同步和/或超同步聚合阻抗的值，i为风电场序号。
10.根据权利要求8所述的次/超同步谐振/振荡的系统级保护方法，其特征在于，解出所述切机比的公式为：
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其中，Round表示四舍五入到整数，ΔnTi为候选风场的切机数量，NT为所有候选风电场切机数量构成的集合；IT为候选风电场集合；ZΣ(NT)为候选风电场切机数量为NT时，整个系统次同步和/或超同步聚合阻抗的值；Rth为电阻表示的稳定裕度，α为切机比，wi为第i个风电场切机权重，Ni为第i个风电场风力发电机总数。
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