CN112557961B - 一种双馈风电场送出线故障判别方法 - Google Patents

一种双馈风电场送出线故障判别方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双馈风电场送出线故障判别方法，包括：基于继电保护装置获取保护线路故障状态，以及获取所述保护线路故障状态时的故障电压和故障电流；根据所述保护线路的相关参数和所述故障电压和故障电流，计算得到保护整定点的推算电压；计算故障电压和推算电压之间的波形相似度值，将所述波形相似度值与预设门槛值进行比较，判断是否发生保护范围内故障。本发明判据简单、动作速度快，能够有效克服双馈风电场故障电流中复杂的谐波成分的影响，实现双馈风电场送出线故障快速准确判别，有效提升双馈风电场送出线故障切除速度。

Description

一种双馈风电场送出线故障判别方法
技术领域
本发明涉及电力系统继电保护领域，更具体地，涉及一种双馈风电场送出线故障的判别方法。
背景技术
目前，我国电网已经成为全世界新能源发展最快、装机规模最大的电力系统之一，我国电网的新能源装机规模居世界第一位。其中，双馈风电机组作为新能源发电主流的技术方案之一，得到了广泛的使用。
虽然我国风力资源丰富，但风力资源的分布大多远离负荷中心，这使得大规模的风电场需要通过送出线接入到交流电网中。受双馈风机的撬棒保护、弱馈特性等因素的影响，双馈风电故障的电流中谐波成分比较复杂，这使得传统的距离保护方法在双馈风电送出线上应用时存在着故障判别时间长、准确度差的问题，从而使得判断区内外故障的准确性降低，总的来说不利于系统的安全稳定。
因此，亟需一种能够解决双馈风电场送出线故障判别速度慢、时间长、准确度差的新的故障判别方法。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种双馈风电场送出线故障的判别方法，利用故障点推算电压计算波形相似度从而实现双馈风电场送出线故障快速准确判别。
本发明采用如下的技术方案。
一种双馈风电场送出线故障判别方法，包括以下步骤：步骤1，基于继电保护装置获取保护线路故障状态，以及获取保护线路故障状态时的故障电压和故障电流；步骤2，根据保护线路的相关参数和故障电压和故障电流，计算得到保护整定点的推算电压；步骤3，计算故障电压和推算电压之间的波形相似度值，将波形相似度值与预设门槛值进行比较，判断是否发生保护范围内故障。
优选地，步骤2还包括：保护整定点的推算电压包括推算相电压和推算相间电压；并且，推算相电压的计算公式为
Figure BDA0002766100460000021
其中，
Figure BDA0002766100460000022
Figure BDA0002766100460000023
分别代表a相，b相和c相，t为系统运行的任一时刻，
Figure BDA0002766100460000024
为保护整定点的推算相电压，
Figure BDA0002766100460000025
为继电保护装置处的相电压，
Figure BDA0002766100460000026
为继电保护装置处经零序补偿后的相电流，
Figure BDA0002766100460000027
为参数为
Figure BDA0002766100460000028
和
Figure BDA0002766100460000029
的相电压函数；推算相间电压的计算公式为
Figure BDA00027661004600000210
其中，
Figure BDA00027661004600000211
Figure BDA00027661004600000212
分别代表ab相间，bc相间和ca相间，t为系统运行的任一时刻，
Figure BDA00027661004600000213
为保护整定点的推算相间电压，
Figure BDA00027661004600000214
为继电保护装置处的相间电压，
Figure BDA00027661004600000215
为继电保护装置处的相电流差值，
Figure BDA00027661004600000216
为参数为
Figure BDA00027661004600000217
和
Figure BDA00027661004600000218
的相间电压函数。
优选地，步骤3还包括：波形相似度值为μ＝g(um,us,t)，其中，um为继电保护装置处的电压，us为整定点的推算电压，t为数据窗内各时刻，g(um,us,t)为参数为um、us和t的波形相似度函数。
优选地，步骤3还包括：基于预设数据窗长度计算故障电压和推算电压之间的波形相似度值；并且，预设数据窗长度是根据继电保护装置速动性要求、可靠性要求和故障电流中主成分的频率范围，基于波形相似度算法获得的。
优选地，步骤3还包括：按照实际需要的数据窗范围，预选取若干个数据窗长度，根据公式Δμm＝g′(T)算得的波形相似度的最大波动幅度确定选用的数据窗长度；其中，Δμm为波形相似度的最大波动幅度，T为预选取的数据窗长度，g′(T)为参数为T的波形相似度的波动幅度函数。
优选地，步骤3还包括：波形相似度的最大波动幅度是基于波形相似度的波动幅度公式确定的；并且，波形相似度的波动幅度公式为Δμ＝g′(u1(t),u2(t),θ,T,F)，其中Δμ为波形相似度的波动幅度，u1(t)为第一种正弦电压，u2(t)为第二种正弦电压，θ为第二种正弦电压与第一种正弦电压的相角差，T为数据窗长度，F为两种正弦电压的频率。
优选地，步骤3还包括：将波形相似度值与预设门槛值进行比较，若在故障后一个预设数据窗长度内的任一时刻计算得到的波形相似度值小于等于预设门槛值，则判定发生了保护范围内故障；若在故障后一个预设数据窗长度内的任一时刻计算得到的所述波形相似度值大于预设门槛值，则判定发生了保护范围外故障。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明利用继电保护装置的故障电压和故障电流，结合线路参数和设定的保护范围，计算出整定点的推算电压；并且根据继电保护装置处的电压和整定点的推算电压，计算波形相似度；利用计算的波形相似度值判断是否发生保护范围内故障。本发明提出的双馈风电场送出线故障判别方法，判据简单、判断快速、能够有效克服双馈风电场故障电流中复杂的谐波成分的影响，实现双馈风电场送出线故障快速准确判别，有效提升双馈风电场送出线故障切除速度。
附图说明
图1为本发明一种双馈风电场送出线故障的判别方法中输电系统结构示意图；
图2为本发明一种双馈风电场送出线故障的判别方法中发生故障的输电系统结构示意图；
图3为本发明一种双馈风电场送出线故障的判别方法中保护范围内第一故障点单相接地时继电保护装置的波形相似度曲线；
图4为本发明一种双馈风电场送出线故障的判别方法中保护范围内第二故障点单相接地时继电保护装置的波形相似度曲线。
附图标记：1为双馈风电场等值电源、2为第一交流线路、3为第一母线、4为被保护送出线、5为第二母线、6为第二交流线路、7为交流系统等值电源、8为第一继电保护装置、9为第二继电保护装置。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
一种双馈风电场送出线故障判别方法，其特征在于，包括步骤1至步骤3。
步骤1，基于继电保护装置获取保护线路故障状态，以及获取保护线路故障状态时的故障电压和故障电流。
图1为本发明一种双馈风电场送出线故障的判别方法中输电系统结构示意图。图2为本发明一种双馈风电场送出线故障的判别方法中发生故障的输电系统结构示意图。如图1-2所示，一种双馈风电场送出线故障的判别方法中输电系统可以为220kV交流输电系统。图中包括两个双馈风电场等值电源，分别通过第一交流线路和第二交流线路与被保护送出线相连接。在第一交流线路上，还包括包括第一母线和第一继电保护装置，在第二交流线路上还包括第二母线和第二继电保护装置。
当继电保护装置识别到保护线路处于故障状态时，例如图2中的f1点发生单相接地故障或f2点发生单相接地故障，就会获取保护线路故障状态时的故障电压和故障电流。
步骤2，根据保护线路的相关参数和故障电压和故障电流，计算得到保护整定点的推算电压。
优选地，保护整定点的推算电压包括推算相电压和推算相间电压；并且，推算相电压的计算公式为
Figure BDA0002766100460000041
其中，
Figure BDA0002766100460000042
分别代表a相，b相和c相，t为系统运行的任一时刻，
Figure BDA0002766100460000043
为保护整定点的推算相电压，
Figure BDA0002766100460000044
为继电保护装置处的相电压，
Figure BDA0002766100460000045
为继电保护装置处经零序补偿后的相电流，
Figure BDA0002766100460000046
为参数为
Figure BDA0002766100460000047
和
Figure BDA0002766100460000048
的相电压函数；推算相间电压的计算公式为
Figure BDA0002766100460000049
其中，
Figure BDA00027661004600000410
分别代表ab相间，bc相间和ca相间，t为系统运行的任一时刻，
Figure BDA00027661004600000411
为保护整定点的推算相间电压，
Figure BDA00027661004600000412
为继电保护装置处的相间电压，
Figure BDA00027661004600000413
为继电保护装置处的相电流差值，
Figure BDA00027661004600000414
为参数为
Figure BDA00027661004600000415
和
Figure BDA00027661004600000416
的相间电压函数。
步骤3，计算故障电压和推算电压之间的波形相似度值，将波形相似度值与预设门槛值进行比较，判断是否发生保护范围内故障。
优选地，波形相似度值为μ＝f(um,us,t)，其中，um为继电保护装置处的电压，us为整定点的推算电压，t为数据窗内各时刻，g(um,us,t)为参数为um、us和t的波形相似度函数。图3为本发明一种双馈风电场送出线故障的判别方法中保护范围内第一故障点单相接地时继电保护装置的波形相似度曲线。图4为本发明一种双馈风电场送出线故障的判别方法中保护范围内第二故障点单相接地时继电保护装置的波形相似度曲线。如图3-4所示内容可知，第一故障点和第二故障点发生单相接地时，继电保护装置会根据其故障电压和故障电流获取到该故障点的波形相似度曲线。
优选地，步骤3还包括：基于预设数据窗长度计算故障电压和推算电压之间的波形相似度值；并且，预设数据窗长度是根据继电保护装置速动性要求、可靠性要求和故障电流中主成分的频率范围，基于波形相似度算法获得的。
优选地，按照实际需要的数据窗范围，预选取若干个数据窗长度，根据公式Δμm＝g′(T)算得的波形相似度的最大波动幅度确定选用的数据窗长度。其中，Δμm为波形相似度的最大波动幅度，T为预选取的数据窗长度，g′(T)为参数为T的波形相似度的波动幅度函数。。
具体的，波形相似度的波动幅度公式为Δμ＝g′(u1(t),u2(t),θ,T,F)，其中Δμ为波形相似度的波动幅度，u1(t)为第一种正弦电压，u2(t)为第二种正弦电压，其中两种正弦电压是按照实际应用时电压的主要频率范围，选择相应频率下相同幅值、不同相位的两种标准正弦电压生成的，θ为第二种正弦电压与第一种正弦电压的相角差，T为数据窗长度，F为两种正弦电压的频率。
另外，还可以将波形相似度值与预设门槛值进行比较，若在故障后一个预设数据窗长度内的任一时刻计算得到的波形相似度值小于等于预设门槛值，则判定发生了保护范围内故障；若在故障后一个预设数据窗长度内的任一时刻计算得到的波形相似度值大于预设门槛值，则判定发生了保护范围外故障。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明利用继电保护装置的故障电压和故障电流，结合线路参数和设定的保护范围，计算出整定点的推算电压；并且根据继电保护装置处的电压和整定点的推算电压，计算波形相似度；利用计算的波形相似度值判断是否发生保护范围内故障。本发明提出的双馈风电场送出线故障判别方法，判据简单、判断快速、能够有效克服双馈风电场故障电流中复杂的谐波成分的影响，实现双馈风电场送出线故障快速准确判别，有效提升双馈风电场送出线故障切除速度。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种双馈风电场送出线故障判别方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，基于继电保护装置获取保护线路故障状态，以及获取所述保护线路故障状态时的故障电压和故障电流；
步骤2，根据所述保护线路的相关参数和所述故障电压和故障电流，计算得到保护整定点的推算电压；
所述保护整定点的推算电压包括推算相电压和推算相间电压；并且，
所述推算相电压的计算公式为
Figure FDA0004069779730000011
其中，
Figure FDA0004069779730000012
Figure FDA0004069779730000013
分别代表a相，b相和c相，t为系统运行的任一时刻，
Figure FDA0004069779730000014
为保护整定点的推算相电压，
Figure FDA0004069779730000015
为继电保护装置处的相电压，
Figure FDA0004069779730000016
为继电保护装置处经零序补偿后的相电流，
Figure FDA0004069779730000017
为参数为
Figure FDA0004069779730000018
和
Figure FDA0004069779730000019
的相电压函数；
所述推算相间电压的计算公式为
Figure FDA00040697797300000110
其中，
Figure FDA00040697797300000111
分别代表ab相间，bc相间和ca相间，t为系统运行的任一时刻，
Figure FDA00040697797300000112
为保护整定点的推算相间电压，
Figure FDA00040697797300000113
为继电保护装置处的相间电压，
Figure FDA00040697797300000114
为继电保护装置处的相电流差值，
Figure FDA00040697797300000115
为参数为
Figure FDA00040697797300000116
和
Figure FDA00040697797300000117
的相间电压函数；
步骤3，计算故障电压和推算电压之间的波形相似度值，将所述波形相似度值与预设门槛值进行比较，判断是否发生保护范围内故障；
其中，基于预设数据窗长度计算故障电压和推算电压之间的波形相似度值；并且，所述预设数据窗长度是根据继电保护装置速动性要求、可靠性要求和故障电流中主成分的频率范围，基于波形相似度算法获得的。
2.根据权利要求1中所述的一种双馈风电场送出线故障判别方法，其特征在于，所述步骤3还包括：
所述波形相似度值为μ＝g(um,us,t)，其中，um为继电保护装置处的电压，us为整定点的推算电压，t为数据窗内各时刻，g(um,us,t)为参数为um、us和t的波形相似度函数。
3.根据权利要求2中所述的一种双馈风电场送出线故障判别方法，其特征在于，所述步骤3还包括：
按照实际需要的数据窗范围，预选取若干个数据窗长度，根据公式Δμm＝g′(T)算得的波形相似度的最大波动幅度确定选用的数据窗长度；其中，Δμm为波形相似度的最大波动幅度，T为预选取的数据窗长度，g′(T)为参数为T的波形相似度的波动幅度函数。
4.根据权利要求3中所述的一种双馈风电场送出线故障判别方法，其特征在于，所述步骤3还包括：
所述波形相似度的最大波动幅度是基于波形相似度的波动幅度公式确定的；并且，
所述波形相似度的波动幅度公式为Δμ＝g′(u1(t)，u2(t)，θ，T，F)，其中Δμ为波形相似度的波动幅度，u1(t)为第一种正弦电压，u2(t)为第二种正弦电压，θ为第二种正弦电压与第一种正弦电压的相角差，T为数据窗长度，F为两种正弦电压的频率。
5.根据权利要求4中所述的一种双馈风电场送出线故障判别方法，其特征在于，所述步骤3还包括：
将所述波形相似度值与预设门槛值进行比较，若在故障后一个预设数据窗长度内的任一时刻计算得到的所述波形相似度值小于等于预设门槛值，则判定发生了保护范围内故障；
若在故障后一个预设数据窗长度内的任一时刻计算得到的所述波形相似度值大于预设门槛值，则判定发生了保护范围外故障。
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