CN112436528B - 一种电力系统宽频带振荡保护方法及系统 - Google Patents

一种电力系统宽频带振荡保护方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电力系统宽频带振荡保护方法及系统，其特征在于，包括以下内容：1)实时采集风电场风电机组汇集线处线路的三相电压和三相电流，并基于动态时窗，实时计算线路的宽频带振荡功率；2)根据实时采集的三相电压和三相电流，计算线路最大的宽频带振荡功率和线路的宽频带振荡主导模态阻抗；3)基于宽频带振荡保护动作判据，根据计算的线路宽频带振荡功率、线路最大的宽频带振荡功率以及线路的宽频带振荡主导模态阻抗，切除参与振荡的风电机组，完成电力系统宽频带振荡的保护，本发明可以广泛应用于电力系统技术领域中。

Description

一种电力系统宽频带振荡保护方法及系统
技术领域
本发明是关于一种电力系统宽频带振荡保护方法及系统，属于电力系统技术领域。
背景技术
现今，大量使用电力电子变流器的风电机组并网，常常引起电力系统出现不稳定的次同步振荡现象，严重影响电网稳定运行。目前可以在线路中加装宽频带振荡保护系统，当风电机组的输出功率出现振荡时，通过切除引起振荡的机组，抑制振荡进一步扩大，从而防止大规模风电机组脱网事故的发生。
目前，宽频带振荡保护主要在以下几个方面：1)采用增加硬件电路或改变控制策略等，例如：在风机控制器中串联一个变换器作为阻抗消除器，来消除电网阻抗对系统稳定性的影响；2)新能源发电场站一般均会配备SVG(静止无功发生器)等无功补偿设备，因此将振荡抑制方法设置在SVG的控制器中；3)目前实际工程中普遍采用切机保护、改变系统运行方式和增强网架结构等方法，切机保护的优点在于可以快速抑制振荡，缺点在于会造成风机脱网和功率损失。因此，如何高速识别振荡信息，减少切除风机的数量，准确切除振荡源头，是目前研究的难点。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够提高风电机组输出能力和降低风电机组脱网事故影响的电力系统宽频带振荡保护方法及系统。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种电力系统宽频带振荡保护方法，包括以下内容：
1)实时采集风电场风电机组汇集线处线路的三相电压和三相电流，并基于动态时窗，实时计算线路的宽频带振荡功率；
2)根据实时采集的三相电压和三相电流，计算线路最大的宽频带振荡功率和线路的宽频带振荡主导模态阻抗；
3)基于宽频带振荡保护动作判据，根据计算的线路宽频带振荡功率、线路最大的宽频带振荡功率以及线路的宽频带振荡主导模态阻抗，切除参与振荡的风电机组，完成电力系统宽频带振荡的保护。
优选地，所述步骤1)中的线路的宽频带振荡功率SWO为：
Figure GDA0003758011030000021
其中，ia[k]、ib[k]和ic[k]为风电场风电机组汇集线处线路的三相电流采样信号；k为采样点序列；N为1Hz周期采样点的个数；n为宽频带频率，M＝49；ua[k]、ub[k]和uc[k]为风电场风电机组汇集线处线路的三相电压采样信号；j为虚数单位；T表示转置。
优选地，所述步骤2)中线路最大的宽频带振荡功率Smain为：
Figure GDA0003758011030000022
优选地，所述步骤2)中线路的宽频带振荡主导模态阻抗Zmain为：
Figure GDA0003758011030000023
优选地，所述步骤3)的具体过程为：
3.1)当Smain≥0.8SWO，即宽频带振荡以单一模态功率为主时，若宽频带振荡主导模态阻抗Zmain满足下述公式，则切除当前线路的风电机组：
Zmain≥Kset*1pu
其中，Kset为动作系数；pu为标幺值单位；
3.2)当Smain<0.8SWO，即宽频带振荡包含多模态时，若当实时计算的线路宽频带振荡功率SWO满足下述公式，则切除当前线路的风电机组：
Figure GDA0003758011030000031
其中，Sset为动作系数。
优选地，所述宽频带范围为1～49Hz。
一种电力系统宽频带振荡保护系统，设置在风电场风电机组汇集线处，包括：
功率计算模块，用于实时采集风电场风电机组汇集线处线路的三相电压和三相电流，并基于动态时窗，实时计算线路的宽频带振荡功率；
参数计算模块，用于根据实时采集的三相电压和三相电流，计算线路最大的宽频带振荡功率和线路的宽频带振荡主导模态阻抗；
保护动作判断模块，用于基于宽频带振荡保护动作判据，根据计算的线路宽频带振荡功率、线路最大的宽频带振荡功率以及线路的宽频带振荡主导模态阻抗，切除参与振荡的风电机组。
优选地，所述参数计算模块包括：
主导模态计算模块，用于根据实时采集的三相电压和三相电流，计算线路最大的宽频带振荡功率；
主导模态阻抗计算模块，用于根据实时采集的三相电压和三相电流，计算线路的宽频带振荡主导模态阻抗。
一种处理器，包括计算机程序指令，其中，所述计算机程序指令被处理器执行时用于实现上述电力系统宽频带振荡保护方法对应的步骤。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，其中，所述计算机程序指令被处理器执行时用于实现上述电力系统宽频带振荡保护方法对应的步骤。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1、本发明通过实时计算线路的宽频带振荡功率，确定线路最大的宽频带振荡功率以及宽频带振荡主导模态阻抗，并基于宽频带振荡保护动作判据，判别宽频带振荡保护是否需要动作，能够防止风电场宽频带振荡时风机大面积脱网，达到提高风电场振荡稳定性，降低风机脱网事故的目的。
2、本发明的系统设置在风电场风电机组汇集线处，通过检测电压和电流中的宽频带振荡信息，判断是否发生宽频带振荡，以及是否是该汇集线风机参与，从而判断是否需要切除该线路，可以广泛应用于电力系统技术领域中。
附图说明
图1是本发明方法的流程图；
图2是本发明系统的布点位置示意图。
具体实施方式
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
实施例一
如图1所示，本实施例提供一种电力系统宽频带振荡保护方法，包括以下步骤：
1)实时采集风电场风电机组汇集线处线路的三相电压和三相电流，并基于动态时窗，实时计算线路的宽频带振荡功率，其中，宽频带范围为1～49Hz，线路的宽频带振荡功率SWO为：
Figure GDA0003758011030000041
其中，ia[k]、ib[k]和ic[k]为风电场风电机组汇集线处线路的三相电流采样信号；k为采样点序列；N为1Hz周期采样点的个数；n为宽频带频率，M＝49；ua[k]、ub[k]和uc[k]为风电场风电机组汇集线处线路的三相电压采样信号；j为虚数单位；T表示转置。
2)根据实时采集的三相电压和三相电流，计算线路最大的宽频带振荡功率即宽频带振荡的主导模态功率Smain：
Figure GDA0003758011030000042
3)根据实时采集的三相电压和三相电流，计算线路的宽频带振荡主导模态阻抗Zmain：
Figure GDA0003758011030000051
4)基于宽频带振荡保护动作判据，根据线路最大的宽频带振荡功率Smain、实时计算的线路宽频带振荡功率SWO以及宽频带振荡主导模态阻抗Zmain，切除参与振荡的风电机组，完成电力系统宽频带振荡的保护，具体为：
当实时计算的线路宽频带振荡功率SWO满足下列宽频带振荡保护动作判据时，则认为宽频带振荡主要由当前线路的风电机组参与，则切除当前线路的风电机组，可以有效抑制宽频带振荡的进一步扩大，造成风电场大面积风电机组脱网。
4.1)当Smain≥0.8SWO，即宽频带振荡以单一模态功率为主时，若宽频带振荡主导模态阻抗Zmain满足下述公式(4)，则切除当前线路的风电机组：
Zmain≥Kset*1pu (4)
其中，Kset为动作系数，取值范围为0.1～0.3；pu为标幺值单位。
4.2)当Smain<0.8SWO，即宽频带振荡包含多模态时，若当实时计算的线路宽频带振荡功率SWO满足下述公式(5)，则切除当前线路的风电机组：
Figure GDA0003758011030000052
其中，Sset为动作系数，取值范围为0.1～0.3。
实施例二
如图2所示，本实施例提供一种电力系统宽频带振荡保护系统，设置在风电场风电机组汇集线处，包括：
功率计算模块，用于实时采集风电场风电机组汇集线处线路的三相电压和三相电流，并基于动态时窗，实时计算线路的宽频带振荡功率，当1～49Hz范围内宽频带振荡频率发生改变时，功率计算模块可不受频率改变的影响。
参数计算模块，用于根据实时采集的三相电压和三相电流，计算线路最大的宽频带振荡功率和线路的宽频带振荡主导模态阻抗。
保护动作判断模块，用于基于宽频带振荡保护动作判据，根据计算的线路宽频带振荡功率、线路最大的宽频带振荡功率以及线路的宽频带振荡主导模态阻抗，切除参与振荡的风电机组。
在一个优选的实施例中，参数计算模块包括：
主导模态计算模块，用于根据实时采集的三相电压和三相电流，计算线路最大的宽频带振荡功率。
主导模态阻抗计算模块，用于根据实时采集的三相电压和三相电流，计算线路的宽频带振荡主导模态阻抗。
实施例三
本实施例提供一种处理器，包括计算机程序指令，其中，计算机程序指令被处理器执行时用于实现上述电力系统宽频带振荡保护方法对应的步骤。
实施例四
本实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，其中，计算机程序指令被处理器执行时用于实现上述电力系统宽频带振荡保护方法对应的步骤。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (9)

1.一种电力系统宽频带振荡保护方法，其特征在于，包括以下内容：
1)实时采集风电场风电机组汇集线处线路的三相电压和三相电流，并基于动态时窗，实时计算线路的宽频带振荡功率；
2)根据实时采集的三相电压和三相电流，计算线路最大的宽频带振荡功率和线路的宽频带振荡主导模态阻抗；
3)基于宽频带振荡保护动作判据，根据计算的线路宽频带振荡功率SWO、线路最大的宽频带振荡功率Smain以及线路的宽频带振荡主导模态阻抗Zmain，切除参与振荡的风电机组，完成电力系统宽频带振荡的保护，具体过程为：
3.1)当Smain≥0.8SWO，即宽频带振荡以单一模态功率为主时，若宽频带振荡主导模态阻抗Zmain满足下述公式，则切除当前线路的风电机组：
Zmain≥Kset*1pu
其中，Kset为动作系数；pu为标幺值单位；
3.2)当Smain＜0.8SWO，即宽频带振荡包含多模态时，若当实时计算的线路宽频带振荡功率SWO满足下述公式，则切除当前线路的风电机组：
Figure FDA0003758011020000011
其中，Sset为动作系数；ia[k]、ib[k]和ic[k]为风电场风电机组汇集线处线路的三相电流采样信号；k为采样点序列；N为1Hz周期采样点的个数；ua[k]、ub[k]和uc[k]为风电场风电机组汇集线处线路的三相电压采样信号；j为虚数单位；T表示转置。
2.如权利要求1所述的一种电力系统宽频带振荡保护方法，其特征在于，所述步骤1)中的线路的宽频带振荡功率SWO为：
Figure FDA0003758011020000012
其中，ia[k]、ib[k]和ic[k]为风电场风电机组汇集线处线路的三相电流采样信号；k为采样点序列；N为1Hz周期采样点的个数；n为宽频带频率，M＝49；ua[k]、ub[k]和uc[k]为风电场风电机组汇集线处线路的三相电压采样信号；j为虚数单位；T表示转置。
3.如权利要求2所述的一种电力系统宽频带振荡保护方法，其特征在于，所述步骤2)中线路最大的宽频带振荡功率Smain为：
Figure FDA0003758011020000021
4.如权利要求2所述的一种电力系统宽频带振荡保护方法，其特征在于，所述步骤2)中线路的宽频带振荡主导模态阻抗Zmain为：
Figure FDA0003758011020000022
5.如权利要求1所述的一种电力系统宽频带振荡保护方法，其特征在于，所述宽频带范围为1～49Hz。
6.一种电力系统宽频带振荡保护系统，其特征在于，设置在风电场风电机组汇集线处，包括：
功率计算模块，用于实时采集风电场风电机组汇集线处线路的三相电压和三相电流，并基于动态时窗，实时计算线路的宽频带振荡功率；
参数计算模块，用于根据实时采集的三相电压和三相电流，计算线路最大的宽频带振荡功率和线路的宽频带振荡主导模态阻抗；
保护动作判断模块，用于基于宽频带振荡保护动作判据，根据计算的线路宽频带振荡功率SWO、线路最大的宽频带振荡功率Smain以及线路的宽频带振荡主导模态阻抗Zmain，切除参与振荡的风电机组，具体过程为：
3.1)当Smain≥0.8SWO，即宽频带振荡以单一模态功率为主时，若宽频带振荡主导模态阻抗Zmain满足下述公式，则切除当前线路的风电机组：
Zmain≥Kset*1pu
其中，Kset为动作系数；pu为标幺值单位；
3.2)当Smain＜0.8SWO，即宽频带振荡包含多模态时，若当实时计算的线路宽频带振荡功率SWO满足下述公式，则切除当前线路的风电机组：
Figure FDA0003758011020000031
其中，Sset为动作系数；ia[k]、ib[k]和ic[k]为风电场风电机组汇集线处线路的三相电流采样信号；k为采样点序列；N为1Hz周期采样点的个数；ua[k]、ub[k]和uc[k]为风电场风电机组汇集线处线路的三相电压采样信号；j为虚数单位；T表示转置。
7.如权利要求6所述的一种电力系统宽频带振荡保护系统，其特征在于，所述参数计算模块包括：
主导模态计算模块，用于根据实时采集的三相电压和三相电流，计算线路最大的宽频带振荡功率；
主导模态阻抗计算模块，用于根据实时采集的三相电压和三相电流，计算线路的宽频带振荡主导模态阻抗。
8.一种处理器，其特征在于，包括计算机程序指令，其中，所述计算机程序指令被处理器执行时用于实现权利要求1至5中任一项所述的电力系统宽频带振荡保护方法对应的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，其中，所述计算机程序指令被处理器执行时用于实现权利要求1至5中任一项所述的电力系统宽频带振荡保护方法对应的步骤。
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