CN113109660B - 一种风电场馈线短路故障选线方法、系统及存储介质 - Google Patents

Abstract

一种风电场馈线短路故障选线方法、系统及存储介质，风电场馈线短路故障选线方法包括以下步骤：采集母线的运行数据和与母线相连的多个馈线的三相交流电流；依据母线的运行数据判断母线是否出现交流短路故障，若出现交流短路故障，则将每个馈线的三相交流电流中的最大值记作第一电流值；计算出多个馈线的第一电流值中的最大值，并记作做短路电流值；将与短路电流值对应的馈线的短路故障信号传输至保护装置。本发明实施例的方法有效的解决了分散式直流输电系统在面对风电场馈线发生故障时，不能有效、可靠的定位故障线路的问题，极大的提高了分散式直流输电系统的安全性，便于分散式直流输电系统进行更大规模的推广。

Description

一种风电场馈线短路故障选线方法、系统及存储介质

技术领域

本发明属于直流输电领域，具体涉及一种风电场馈线短路故障选线方法、系统及存储介质。

背景技术

随着社会经济和科技的发展，海上风电开发作为新型清洁能源获得越来越多的关注，同时全球能源转型也为其发展提供了广阔市场空间。为更好的利用海上风能资源，我国海上风电项目也逐渐向深海、远海方向发展。但是，离岸越远，海上风力发电需要的技术条件要求越来越高，成本也不断增大。

目前，基于MMC换流器的柔性直流输电由于其有功无功解耦独立控制、能够接入弱电网、动态响应快、谐波特性优良等诸多优点，在陆上直流输电等方面得到了越来越广泛的应用，且其在功能上也能满足远海岸风电场送出系统的需求，但是，却存在着建设成本过高、海上平台尺寸大、施工周期长、后期维护成本高等严峻问题，严重阻碍了深、远海风电的大规模开发。

因此，目前市面上开始推出基于串联型布控换流站的分散式直流输电系统，其作为一种新型海上风电直流送出方案，大幅降低了系统成本和运行损耗，并提高了系统可靠性，极好的适应了深、远海风电的发展需求。但是目前，该系统方案在面对风电场馈线发生故障时，不能有效、可靠的定位故障线路并移除故障，具备极大的安全隐患。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种风电场馈线短路故障选线方法，所述风电场馈线短路故障选线方法解决了分散式直流输电系统在面对风电场馈线发生故障时不能有效、可靠的定位故障线路的问题。本发明还提出了一种风电场馈线短路故障选线系统和一种用于存储上述风电场馈线短路故障选线方法的计算机可执行指令的存储介质。

根据本发明第一方面实施例的风电场馈线短路故障选线方法，包括以下步骤：

采集母线的运行数据和与所述母线相连的多个馈线的三相交流电流；

依据所述母线的运行数据判断所述母线是否出现交流短路故障；

若出现所述交流短路故障，则将每个所述馈线的三相交流电流中的最大值记作第一电流值；计算出多个所述馈线的第一电流值中的最大值，并记作做短路电流值；将与所述短路电流值对应的所述馈线的短路故障信号传输至保护装置。

根据本发明实施例的风电场馈线短路故障选线方法，至少具有如下技术效果：通过母线的运行数据可以快速的确定母线是否出现交流短路故障，让馈线故障定位仅在交流短路故障出现时开启，提高了安全性，同时也减少了计算量。通过获取多个馈线中的电流最大的馈线，可以快速的确定出现交流短路故障的馈线，便于后续对该出现故障的馈线进行保护动作。本发明实施例的风电场馈线短路故障选线方法有效的解决了分散式直流输电系统在面对风电场馈线发生故障时，不能有效、可靠的定位故障线路的问题，极大的提高了分散式直流输电系统的安全性，便于分散式直流输电系统进行更大规模的推广。

根据本发明的一些实施例，所述母线的运行数据包括三相电压、母线接地电流；

所述依据所述母线的运行数据判断所述母线是否出现交流短路故障包括以下步骤：

依据所述母线的三相电压计算出母线电压有效值；

若所述母线电压有效值低于预设的短路电压阈值，则将第一短路标记设置为1；

若所述母线接地电流大于预设的保护电流阈值，则将第一不对称标记设置为1；

若所述第一短路标记为1、且所述第一不对称标记不为1，则确认出现所述交流短路故障。

根据本发明的一些实施例，所述母线的运行数据包括三相电压：

所述依据所述母线的运行数据判断所述母线是否出现交流短路故障包括以下步骤：

依据所述母线的三相电压计算出所述母线的正序电压分量和负序电压分量；

依据所述母线的正序电压分量和负序电压分量计算出母线电压模值；

若所述母线电压模值小于预设的短路保护阈值，则确认出现所述交流短路故障。

根据本发明的一些实施例，所述将与所述短路电流值对应的所述馈线的短路故障信号传输至保护装置包括以下步骤：

获取所述短路电流值对应的所述馈线的地址信息；

在预设的短路判定门限时间内，若所述交流短路故障始终存在、且所述地址信息保持不变，则将与所述馈线对应的短路故障信号设置为1，并将所述短路故障信号传输至所述保护装置。

根据本发明的一些实施例，多个所述馈线至少包括：风电机组馈线、辅助供电电源馈线、二极管阀组馈线、并联电抗器馈线、交流滤波器馈线。

根据本发明第二方面实施例的风电场馈线短路故障选线系统，包括以下步骤：

数据采集单元，用于采集母线的运行数据、采集与所述母线相连的多个馈线的三相交流电流；

交流短路判断模块，用于依据所述母线的运行数据判断所述母线是否出现交流短路故障；

多个馈线最值获取单元，分别多个所述馈线一一对应设置，用于获取每个所述馈线的三相交流电流中的最大值并记作第一电流值；

故障馈线选择模块，分别与所述交流短路判断模块和多个所述馈线最值获取单元连接，用于计算出多个所述馈线的第一电流值中的最大值并记作做短路电流值、以及将与所述短路电流值对应的所述馈线的短路故障信号传输至保护装置。

根据本发明实施例的风电场馈线短路故障选线系统，至少具有如下技术效果：通过数据采集单元可以实现对母线的运行数据、与所述母线相连的多个馈线的三相交流电流的采集，进而可以通过交流短路判断模块快速的确定母线是否出现交流短路故障，让馈线故障定位仅在交流短路故障出现时开启，提高了安全性，同时也减少了计算量。通过交流短路判断模块和交流短路判断模块可以快速的确定出现交流短路故障的馈线，便于后续对该出现故障的馈线进行保护动作。本发明实施例的风电场馈线短路故障选线系统有效的解决了分散式直流输电系统在面对风电场馈线发生故障时，不能有效、可靠的定位故障线路的问题，极大的提高了分散式直流输电系统的安全性，便于分散式直流输电系统进行更大规模的推广。

根据本发明的一些实施例，上述风电场馈线短路故障选线系统还包括：

延时判断单元，用于在预设的短路判定门限时间内所述交流短路故障未消失且对应的所述馈线保持不变时，将所述短路故障信号设置为1；

延时发送单元，与所述延时判断单元连接，用于将所述短路故障信号发送至所述保护装置。

根据本发明的一些实施例，多个所述馈线至少包括：风电机组馈线、辅助供电电源馈线、二极管阀组馈线、并联电抗器馈线、交流滤波器馈线。

根据发明第三方面实施例的计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行上述的风电场馈线短路故障选线方法。

根据本发明实施例的计算机可读存储介质，至少具有如下有益效果：通过存储介质可以便于计算机可执行指令的存储和转移。

本发明的附加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

本发明的上述或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是基于串联型布控换流站的分散式直流输电系统的结构示意图；

图2是本发明实施例的风电场馈线短路故障选线方法的流程框图(采集母线的三相电压、母线接地电流)；

图3是本发明实施例的风电场馈线短路故障选线方法的流程框图(仅采集母线的三相电压)。

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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位，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。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

下面参考图1至图3描述根据本发明第一方面实施例的风电场馈线短路故障选线方法。

根据本发明实施例的风电场馈线短路故障选线方法，包括以下步骤：

采集母线的运行数据和与母线相连的多个馈线的三相交流电流；

依据母线的运行数据判断母线是否出现交流短路故障；

若出现交流短路故障，则将每个馈线的三相交流电流中的最大值记作第一电流值i_acn，n为正整数；计算出多个馈线的第一电流值中的最大值，并记作做短路电流值i_max；将与短路电流值对应的馈线的短路故障信号传输至保护装置。

参考图1至图3，母线主要的运行数据有三相电压、电流以及接地电流等，这些运行数据可以在一定程度上反应母线运行的安全性，且因为多个馈线皆在母线汇集，因此馈线的故障也会对母线造成影响。

在对与母线汇集的多个馈线进行故障选线前，需要先确定是否需要进行故障选线，这样可以减少计算的复杂程度，在一定程度上也能提高系统的稳定性。进行故障选线需要在触发交流短路故障的前提下，且需要排除非不对称接地故障的可能性。而根据母线的运行数据便可以快速的判断是否出现了短路，以及是否出现接地故障，进而可以判定出发生交流短路故障但是并没有出现非不对称接地故障，此时，可以开始进行后续的馈线故障选线。

在发生交流短路故障时，出现短路的馈线因为是短路电流，因此其电流值会远大于其他的馈线，所以只需要找出电流值最大的馈线即可。且在发生短路时，并不一定会出现三相短路，因此，每一组馈线自身的三相电流也不一样，且为了保证计算的准确性、统一性，这里选择了每组馈线中电流值最大的一相参与后续运算，这个电流值被记作该馈线的第一电流值。因此，只需要在所有馈线的第一电流值中找到最大的电流值，便可以确定短路电流值，那么与短路电流值对应的馈线便是出现短路的馈线。只需要将该馈线对应的短路故障信号传输至保护装置，便可以由保护装置对该馈线所在回路进行切断、报警等操作，保证整个分散式直流输电系统的安全。

根据本发明实施例的风电场馈线短路故障选线系统，通过母线的运行数据可以快速的确定母线是否出现交流短路故障，让馈线故障定位仅在交流短路故障出现时开启，提高了安全性，同时也减少了计算量。通过获取多个馈线中的电流最大的馈线，可以快速的确定出现交流短路故障的馈线，便于后续对该出现故障的馈线进行保护动作。本发明实施例的风电场馈线短路故障选线方法有效的解决了分散式直流输电系统在面对风电场馈线发生故障时，不能有效、可靠的定位故障线路的问题，极大的提高了分散式直流输电系统的安全性，便于分散式直流输电系统进行更大规模的推广。

在本发明的一些实施例中，母线的运行数据包括三相电压、母线接地电流i_gnd；

依据母线的运行数据判断母线是否出现交流短路故障包括以下步骤：

依据母线的三相电压计算出母线电压有效值u_rms；

若母线电压有效值低于预设的短路电压阈值，则将第一短路标记设置为1；

若母线接地电流大于预设的保护电流阈值，则将第一不对称标记设置为1；

若第一短路标记为1、且第一不对称标记不为1，则确认出现交流短路故障。

计算出母线电压有效值，可以用来判断是否出现了交流短路故障，在母线电压有效值低于短路电压阈值时，便可以将第一短路标记设置为1，此时说明可能有交流短路故障存在，但是需要排除不对称接地故障带来的干扰，因此需要通过母线接地电流进一步来判断是否存在不对称接地故障，在排除不对称接地故障干扰之后，便可以确定发生了交流短路故障。

在本发明的一些实施例中，母线的运行数据包括三相电压：

依据母线的运行数据判断母线是否出现交流短路故障包括以下步骤：

依据母线的三相电压计算出母线的正序电压分量u_d和负序电压分量u_q；

依据母线的正序电压分量和负序电压分量计算出母线电压模值u_mod；

若母线电压模值小于预设的短路保护阈值，则确认出现交流短路故障。

这里直接利用了母线的正序电压分量和负序电压分量的母线电压模值来进行交流短路故障判断。母线电压模值小于短路保护阈值时，便可以确认出现了交流短路故障。这种判断方式相较于利用母线三相电压、母线接地电流判断交流短路故障的故障方式，对采集数据来源要求更低，仅需要使用母线三相电压即可完成判断，减少了数据采集的工作量；但是，其运算过程，需要经过坐标变换、DQ变换才能利用母线的三相电压计算出母线的正序电压分量和负序电压分量，其计算工作量更大。

在本发明的一些实施例中，将与短路电流值对应的馈线的短路故障信号传输至保护装置包括以下步骤：

获取短路电流值对应的馈线的地址信息；

在预设的短路判定门限时间内，若交流短路故障始终存在、且地址信息保持不变，则将与馈线对应的短路故障信号设置为1，并将短路故障信号传输至保护装置。

在获取到短路电流值后，便需要确定短路电流值对应的馈线。在实际工程中，采集完每根馈线的数据后都会设置一个对应的地址信息，根据这个地址信息来区分采集到的多个馈线的数据。因此在找到短路电流值后，便可以直接知晓地址信息。同时，在实际工程中，数据采样可能会受到各种干扰，从而导致数据采集中出现个别的干扰数据，因此，设置了短路判定门限时间，只有在短路判定门限时间内，交流短路故障一直存在，且触发交流短路故障的馈线始终不变时，才能判断出现确实了交流短路故障，此时才会将这根馈线对应的短路故障信号设置为1，然后控制对应的保护装置执行对该馈线的保护动作。此外需要说明，在本发明的一些实施例中，短路故障信号是一串二进制字符创，每一位都对应了一根馈线，在某一个馈线出现交流短路故障时，就会将馈线对应的位置设置为1，再将设置之后的短路故障信号发送出去。

在本发明的一些实施例中，多个馈线至少包括：风电机组馈线、辅助供电电源馈线、二极管阀组馈线、并联电抗器馈线、交流滤波器馈线。这些馈线是整个母线汇集的馈线中最主要或最容易出现故障的馈线，检测这些馈线便可以极大程度上降低事故的出现。

根据本发明第二方面实施例的风电场馈线短路故障选线系统，包括：数据采集单元、交流短路判断模块、故障馈线选择模块、多个馈线最值获取单元。

数据采集单元，用于采集母线的运行数据、采集与母线相连的多个馈线的三相交流电流；

交流短路判断模块，用于依据母线的运行数据判断母线是否出现交流短路故障；

多个馈线最值获取单元，分别多个馈线一一对应设置，用于获取每个馈线的三相交流电流中的最大值并记作第一电流值；

故障馈线选择模块，分别与交流短路判断模块和多个馈线最值获取单元连接，用于计算出多个馈线的第一电流值中的最大值并记作做短路电流值、以及将与短路电流值对应的馈线的短路故障信号传输至保护装置。

参考图1至图3，母线主要的运行数据有三相电压、电流以及接地电流等，这些运行数据可以在一定程度上反应母线运行的安全性，且因为多个馈线皆在母线汇集，因此馈线的故障也会对母线造成影响。通过数据采集单元可以采集三相电压、电流以及接地电流等数据。

在对与母线汇集的多个馈线进行故障选线前，需要先确定是否需要进行故障选线，这样可以减少计算的复杂程度，在一定程度上也能提高系统的稳定性。进行故障选线需要在触发交流短路故障的前提下，且需要排除非不对称接地故障的可能性。而交流短路判断模块根据母线的运行数据便可以快速的判断是否出现了短路，以及是否出现接地故障，进而可以判定出发生交流短路故障但是并没有出现非不对称接地故障，此时，可以开始进行后续的馈线故障选线。

在发生交流短路故障时，出现短路的馈线因为是短路电流，因此其电流值会远大于其他的馈线，所以只需要找出电流值最大的馈线即可。且在发生短路时，并不一定会出现三相短路，因此，每一组馈线自身的三相电流也不一样，且为了保证计算的准确性、统一性，这里选择了每组馈线中电流值最大的一相参与后续运算，这个电流值被记作该馈线的第一电流值，多个馈线最值获取单元可以获取多个馈线的第一电流值。因此，只需要通过故障馈线选择模块在所有馈线的第一电流值中找到最大的电流值，便可以确定短路电流值，那么与短路电流值对应的馈线便是出现短路的馈线。进而通过故障馈线选择模块将该馈线对应的短路故障信号传输至保护装置，便可以由保护装置对该馈线所在回路进行切断、报警等操作，保证整个分散式直流输电系统的安全。

根据本发明实施例的风电场馈线短路故障选线系统，通过数据采集单元可以实现对母线的运行数据、与母线相连的多个馈线的三相交流电流的采集，进而可以通过交流短路判断模块快速的确定母线是否出现交流短路故障，让馈线故障定位仅在交流短路故障出现时开启，提高了安全性，同时也减少了计算量。通过交流短路判断模块和交流短路判断模块可以快速的确定出现交流短路故障的馈线，便于后续对该出现故障的馈线进行保护动作。本发明实施例的风电场馈线短路故障选线系统有效的解决了分散式直流输电系统在面对风电场馈线发生故障时，不能有效、可靠的定位故障线路的问题，极大的提高了分散式直流输电系统的安全性，便于分散式直流输电系统进行更大规模的推广。

在本发明的一些实施例中，上述风电场馈线短路故障选线系统还包括：

延时判断单元，用于在预设的短路判定门限时间内交流短路故障未消失且对应的馈线保持不变时，将短路故障信号设置为1；

延时发送单元，与延时判断单元连接，用于将短路故障信号发送至保护装置。

在实际工程中，数据采样可能会受到各种干扰，从而导致数据采集中出现个别的干扰数据，因此，设置了延时判断单元，只有在短路判定门限时间内，交流短路故障一直存在，且触发交流短路故障的馈线始终不变时，才能判断出现确实了交流短路故障，此时才会将这根馈线对应的短路故障信号设置为1，才会通过延时发送单元发送短路故障信号，最后控制对应的保护装置执行对该馈线的保护动作。此外需要说明，在本发明的一些实施例中，短路故障信号是一串二进制字符创，每一位都对应了一根馈线，在某一个馈线出现交流短路故障时，就会将馈线对应的位置设置为1，再将设置之后的短路故障信号发送出去。

在本发明的一些实施例中，多个馈线至少包括：风电机组馈线、辅助供电电源馈线、二极管阀组馈线、并联电抗器馈线、交流滤波器馈线。这些馈线是整个母线汇集的馈线中最主要或最容易出现故障的馈线，检测这些馈线便可以极大程度上降低事故的出现。

根据发明第三方面实施例的计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令用于使计算机执行上述的风电场馈线短路故障选线方法。

根据本发明实施例的计算机可读存储介质，通过存储介质可以便于计算机可执行指令的存储和转移。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上述结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种风电场馈线短路故障选线方法，其特征在于，包括以下步骤：

采集母线的运行数据和与所述母线相连的多个馈线的三相交流电流；

依据所述母线的运行数据判断所述母线是否出现交流短路故障；

若出现所述交流短路故障，则将每个所述馈线的三相交流电流中的最大值记作第一电流值；计算出多个所述馈线的第一电流值中的最大值，并记作做短路电流值；将与所述短路电流值对应的所述馈线的短路故障信号传输至保护装置；

当所述母线的运行数据包括三相电压、母线接地电流，所述依据所述母线的运行数据判断所述母线是否出现交流短路故障，包括以下步骤：

依据所述母线的三相电压计算出母线电压有效值；

若所述母线电压有效值低于预设的短路电压阈值，则将第一短路标记设置为1；

若所述母线接地电流大于预设的保护电流阈值，则将第一不对称标记设置为1；

若所述第一短路标记为1、且所述第一不对称标记不为1，则确认出现所述交流短路故障；

当所述母线的运行数据包括三相电压，所述依据所述母线的运行数据判断所述母线是否出现交流短路故障，包括以下步骤：

依据所述母线的三相电压计算出所述母线的正序电压分量和负序电压分量；

依据所述母线的正序电压分量和负序电压分量计算出母线电压模值；

若所述母线电压模值小于预设的短路保护阈值，则确认出现所述交流短路故障。

2.根据权利要求1所述的风电场馈线短路故障选线方法，其特征在于，所述将与所述短路电流值对应的所述馈线的短路故障信号传输至保护装置包括以下步骤：

获取所述短路电流值对应的所述馈线的地址信息；

在预设的短路判定门限时间内，若所述交流短路故障始终存在、且所述地址信息保持不变，则将与所述馈线对应的短路故障信号设置为1，并将所述短路故障信号传输至所述保护装置。

3.一种风电场馈线短路故障选线系统，其特征在于，包括：

数据采集单元，用于采集母线的运行数据、采集与所述母线相连的多个馈线的三相交流电流；

交流短路判断模块，用于依据所述母线的运行数据判断所述母线是否出现交流短路故障；

多个馈线最值获取单元，分别多个所述馈线一一对应设置，用于获取每个所述馈线的三相交流电流中的最大值并记作第一电流值；

故障馈线选择模块，分别与所述交流短路判断模块和多个所述馈线最值获取单元连接，用于计算出多个所述馈线的第一电流值中的最大值并记作做短路电流值、以及将与所述短路电流值对应的所述馈线的短路故障信号传输至保护装置；

当所述母线的运行数据包括三相电压、母线接地电流，所述依据所述母线的运行数据判断所述母线是否出现交流短路故障，包括以下步骤：

依据所述母线的三相电压计算出母线电压有效值；

若所述母线电压有效值低于预设的短路电压阈值，则将第一短路标记设置为1；

若所述母线接地电流大于预设的保护电流阈值，则将第一不对称标记设置为1；

若所述第一短路标记为1、且所述第一不对称标记不为1，则确认出现所述交流短路故障；

当所述母线的运行数据包括三相电压，所述依据所述母线的运行数据判断所述母线是否出现交流短路故障包括以下步骤：

依据所述母线的三相电压计算出所述母线的正序电压分量和负序电压分量；

依据所述母线的正序电压分量和负序电压分量计算出母线电压模值；

若所述母线电压模值小于预设的短路保护阈值，则确认出现所述交流短路故障。

4.根据权利要求3所述的风电场馈线短路故障选线系统，其特征在于，还包括：

延时判断单元，用于在预设的短路判定门限时间内所述交流短路故障未消失且对应的所述馈线保持不变时，将所述短路故障信号设置为1；

延时发送单元，与所述延时判断单元连接，用于将所述短路故障信号发送至所述保护装置。

5.一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存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行如权利要求1至2任一所述的风电场馈线短路故障选线方法。