CN116988946B - 一种基于主动探测信号注入的风电系统故障判别方法 - Google Patents
一种基于主动探测信号注入的风电系统故障判别方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116988946B CN116988946B CN202311251325.2A CN202311251325A CN116988946B CN 116988946 B CN116988946 B CN 116988946B CN 202311251325 A CN202311251325 A CN 202311251325A CN 116988946 B CN116988946 B CN 116988946B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fault
- line
- wind power
- fan
- power system
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000002347 injection Methods 0.000 title claims abstract description 90
- 239000007924 injection Substances 0.000 title claims abstract description 90
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000012850 discrimination method Methods 0.000 title description 4
- 239000012536 storage buffer Substances 0.000 claims abstract description 60
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims abstract description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000013024 troubleshooting Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000007726 management method Methods 0.000 claims description 42
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 32
- 238000012795 verification Methods 0.000 claims description 18
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 claims description 14
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 10
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 claims description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 9
- 238000012163 sequencing technique Methods 0.000 claims description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 3
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 50
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 13
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 3
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 3
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 238000012384 transportation and delivery Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000017105 transposition Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
- G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
本发明提供了一种基于主动探测信号注入的风电系统故障判别方法，所述判别方法具体为：各风机通过对应的电量储存缓冲装置接入电网，构成风电网进行供电；采集风电网内线路的电气量信息，以此对风电网故障情况进行检测；在风电网出现故障情况时，向风电网内的故障线路注入低电流信号；根据电流积分判据对风电网故障进行故障性质判别；在判断存在永久性故障后，还根据风电网内故障线路的断闸情况确定被切断的电量储存缓冲装置，根据该电量储存缓冲装置对应线路内风机的受监管程度来制定对应的故障排查表并进行故障排查。本发明能够基于信号注入后的电气数据特性来实现对于风电网故障性质的判别，保障了风电网故障性质的判断准确性。
Description
技术领域
本发明涉及分布式能源故障分析技术领域，尤其是指一种基于主动探测信号注入的风电系统故障判别方法。
背景技术
当前以风能、太阳能等分布式发电为代表的可再生能源的开发和应用步入了快速发展阶段。而继电保护是保证电网及电气设备运行安全的重要基础。传统交流配电网多采用单电源辐射型网络结构或运行方式，保护系统通常由基于单侧电量的多段式电流保护构成，并辅之以自动重合闸或备自投等自动控制功能，以加快故障隔离和供电恢复，提高电网可靠性。但是伴随着风电等新能源的接入，新能源发电和储能系统中变流器的存在，使得传统的单端电源辐射状交流配电网变成了含分布式电源网络，分布式电源和交直流互联设备复杂的故障特性给以故障特征为基础的传统电网保护带来了严峻挑战。目前针对分布式电源接入电网后可能对继电保护的影响进行了多方面的研究，也提出了一些有效的应对措施，但仍存在诸多不足。在保护原理研究方面，现有研究主要关注分布式电源间歇性和随机性运行方式带来的影响，而对其馈出的复杂短路电流特性认识不足，对应提出的应对措施也主要是在传统基于工频量的保护原理的基础上进行调整和改进，存在相当的局限性。特别是由于分布式电源在故障期间，为保证机组运行安全，其控制策略需要进行切换调整，导致短路电流特性发生突变，使得故障暂态过程更为复杂，将直接影响快速保护的暂态性能，而传统电网的故障分析方法也难以分析此类复杂的故障暂态过程，无法确定分布式电源和直流系统接入后对继电保护的影响。传统电网的故障排查常需要结合继电保护的运行情况来确定各设备的排查顺序，从而提高故障排查的效率。但在分布式电源和直流系统接入后，在发生永久性故障后，为了保障风机的运行安全，势必要对区域内的风机进行故障排查，但由于无法确定继电保护的运行情况，传统的故障排查方法难以保障分布式电源和直流系统接入后电网的故障排查效率。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的缺点，提供一种基于主动探测信号注入的风电系统故障判别方法，能够基于信号注入后的电气数据特性来实现对于风电系统故障性质的判别，并进一步根据故障性质的判别结果来确定后续的故障处理，给出了永久性故障的故障排查方法，能够解决现有的针对分布式能源接入电网后的继电保护分析方法中存在的难以分析分布式能源接入电网后复杂的故障暂态过程，无法确定分布式能源接入电网后对于继电保护的影响，故障排查效率无法得到保证的问题。能够提高风电系统故障情况分析结果的准确性，在发生永久性故障，需要进行故障排查时，能够结合风电系统的故障情况来确定对应的故障排查表，从而提高风电系统的故障排查效率，使得风电系统的继电保护水平能够得到显著提高。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：
一种基于主动探测信号注入的风电系统故障判别方法，包括，
各风机通过对应的电量储存缓冲装置接入电网，构成风电系统进行供电；
采集风电系统内线路的电气量信息，基于采集的电气量信息对风电系统故障情况进行检测；
在风电系统出现故障情况时，向风电系统内的故障线路注入低电流信号；
采集注入低电流信号后故障线路的电气数据，基于采集到的电气数据根据电流积分判据对风电系统故障进行故障性质判别；
在判断存在永久性故障后， 还根据风电系统内故障线路的断闸情况确定被切断的电量储存缓冲装置；
获取切断的电量储存缓冲装置对应线路内的设备拓扑关系，根据切断的电量储存缓冲装置对应线路内的设备拓扑关系确定切断的电量储存缓冲装置对应线路内每个风机所属的管控区域， 根据切断的电量储存缓冲装置对应线路内风机所属的管控区域获取每个风机的受监管程度，基于风机的受监管程度值由大到小生成故障排查表，基于故障排查表进行故障排查。
进一步的，所述在风电系统出现故障情况时，向风电系统内的故障线路注入低电流信号，包括，风电系统出现故障情况，故障两侧的断路器跳闸，风电系统切除对应的电量储存缓冲装置，在经过第一预设延时后，重合风电系统其中一台电量储存缓冲装置的主断路器和送出线一端的断路器，经过第二预设延时后，网侧逆变器启动附加控制策略，网变逆变器基于附加控制策略向故障线路注入低电流信号。
进一步的，所述基于附加控制策略向故障线路注入低电流信号，包括，获取故障线路的故障情况，设定故障线路送出线的注入相和非注入相，基于故障线路送出线的注入相以及对应的故障类型确定低电流信号的注入时间和注入间隔，并根据设定的注入时间和注入间隔向对应的注入相注入低电流信号。
进一步的，所述基于采集到的电气数据根据电流积分判据对风电系统故障进行故障性质判别前，还获取风电系统出现线路末端高阻故障情况时的送出线相电流积分值，并基于线路末端高阻故障时的送出线相电流积分值选取故障性质判别的故障判别阈值。
进一步的，所述基于采集到的电气数据根据电流积分判据对风电系统故障进行故障性质判别，包括，按照设定的注入时间和注入间隔短时导通网侧逆变器，导通后的网侧逆变器向故障线路母线对应的注入相注入低电流信号，采集注入低电流信号后故障线路的电气数据，基于电流积分判据根据电气数据计算注入低电流信号后故障线路送出线的相电流积分值，将相电流积分值与故障判别阈值进行比较，若存在其中一相的相电流积分值超过故障判别阈值，则判断为永久性故障，其他情况下，判断为瞬时性故障。
进一步的，在对风电系统故障进行故障性质判别后，还对故障性质判别结果进行验证，所述对故障性质判别结果进行验证的具体过程为：在完成故障性质判别后，重新选择不同的注入相，并按照相同的注入时间、注入间隔向重新选择的注入相注入低电流信号，重新计算故障线路送出线的相电流积分，并将重新计算得到的电流积分结果与故障判别阈值进行比较，确定验证性故障性质判别结果，将故障性质判别结果与验证性故障性质判别结果进行比较，若验证性故障性质判别结果与故障性质判别结果显示一致，则判断故障性质判别结果通过验证，若验证性故障性质判别结果与故障性质判别结果显示不一致，则判断故障性质判别结果未通过验证，调整注入低电流的附加控制策略内容，重新进行故障性质判别。
进一步的，所述电流积分判据的表达式为：
；
其中，为送出线相电流积分值，/>为注入起始时间，/>为积分时长，/>为送出线相电流。
进一步的，在判断为永久性故障后，断开送出线断路器，在判断为瞬时性故障后，经过第三预设延时，重合送出线另一端的断路器，电量储存缓冲装置重新投入运行。
进一步的，获取切断的电量储存缓冲装置对应线路内的设备拓扑关系，根据切断的电量储存缓冲装置对应线路内的设备拓扑关系确定切断的电量储存缓冲装置对应线路内每个风机所属的管控区域， 根据切断的电量储存缓冲装置对应线路内风机所属的管控区域获取每个风机的受监管程度，基于风机的受监管程度值由大到小生成故障排查表，基于故障排查表进行故障排查，包括如下步骤：获取电量储存缓冲装置及其对应的管控区域，以电量储存缓冲装置作为原点，以管控区段作为管控半径对管控区域进行划分，根据切断的电量储存缓冲装置对应线路内的设备拓扑关系确定不同管控区域内覆盖的风机；并对风机进行编号，获取隶属于不同管控区域的风机初步监控序列；基于风机初步监控序列中不同风机对应的管控区域的安全权重、风机自身的故障系数确定每个风机的受监管程度，基于受监管程度的由大到小对风机初步监控序列进一步修正得到风机修正监控序列；将不同管控区域对应的风机修正监控序列进行拼接和排序得到故障排查表；基于故障排查表进行故障排查。
进一步的，基于风机初步监控序列中不同风机对应的管控区域的安全权重、风机自身的故障系数确定每个风机的受监管程度，计算公式如下：
；
其中，，/>，N为管控区域内风机的个数；M为管控区域的个数；为第i个风机的受监管程度；/>为第j个管控区域对应的安全权重，且/>；/>为第i个风机的历史故障次数；/>为第i个风机的使用年限，/>为第i个风机在第s次故障发生时的故障修复时间。
本发明的有益效果是：
能够基于信号注入后的电气数据特性来实现对于风电系统故障性质的判别，能够对于风电系统馈出的复杂短路电流特性进行分析，保障了风电系统故障性质的判断准确性。
能够基于风机所属的管控区域以及对应的自身故障系数来确定每个风机的受监管程度，从而在发生永久性故障后，确定对相应电量储存缓冲装置区域内风机进行故障排查的故障排查表，提高在发生永久性故障后的故障排查效率。
附图说明
图1是本发明的一种流程示意图；
图2是本发明实施例的一种直流侧电容放电的等效电路示意图；
图3（a）是本发明实施例的一种a相上桥臂和c相下桥臂IGBT短时导通时的放电回路示意图；
图3（b）是本发明实施例的一种a相上桥臂和c相下桥臂IGBT关断后的充电回路示意图；
图4（a）是本发明实施例的一种非注入相单相接地故障类型下送出线注入电流的电流方向示意图；
图4（b）是本发明实施例的一种两相接地故障类型下送出线注入电流的电流方向示意图；
图4（c）是本发明实施例的一种两相故障类型下送出线注入电流的电流方向示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步描述。
实施例
一种基于主动探测信号注入的风电系统故障判别方法，如图1所示，包括，
各风机通过对应的电量储存缓冲装置接入电网，构成风电系统进行供电；
采集风电系统内线路的电气量信息，基于采集的电气量信息对风电系统故障情况进行检测；
在风电系统出现故障情况时，向风电系统内的故障线路注入低电流信号；
采集注入低电流信号后故障线路的电气数据，基于采集到的电气数据根据电流积分判据对风电系统故障进行故障性质判别；
在判断存在永久性故障后， 还根据风电系统内故障线路的断闸情况确定被切断的电量储存缓冲装置；
获取切断的电量储存缓冲装置对应线路内的设备拓扑关系，根据切断的电量储存缓冲装置对应线路内的设备拓扑关系确定切断的电量储存缓冲装置对应线路内每个风机所属的管控区域， 根据切断的电量储存缓冲装置对应线路内风机所属的管控区域获取每个风机的受监管程度，基于风机的受监管程度值由大到小生成故障排查表，基于故障排查表进行故障排查。
本实施例以风电系统110 kV单回送出线并网系统为分析对象，其中风电系统中接入的风机为永磁直驱风机，永磁直驱风机主要由风力机、永磁式同步发电机、背靠背式全功率变流器（机侧变流器、网侧变流器及中间直流环节）、变压器及相应的各控制系统等部分组成。当外界风速进入风机运行范围时，风力机解锁并捕获风能使桨叶转动，通过传动装置拖动与之同轴的同步发电机转子转动，切割磁感线从而产生电压和频率均变化的交流能量，全功率变流器隔离发电机和电网，将机侧功率平稳输送至电网。
而为了优化对于风机的电量利用效率，额外设置了电量储存缓冲装置，电量储存缓冲装置类似于储能装置，能够储存分配处于邻近区域内的多个风机的发电量。
所述在风电系统出现故障情况时，向风电系统内的故障线路注入低电流信号，包括，风电系统出现故障情况，故障两侧的断路器跳闸，风电系统切除对应的电量储存缓冲装置，在经过第一预设延时后，重合风电系统其中一台电量储存缓冲装置的主断路器和送出线一端的断路器，经过第二预设延时后，网侧逆变器启动附加控制策略，网变逆变器基于附加控制策略向故障线路注入低电流信号。
在送出线三相跳闸后，风机孤岛运行导致功率缺额较大，触发频率保护或电压保护而退出运行，变流器封锁脉冲，此时重合风电系统其中一台电量储存缓冲装置的主断路器和送出线一端的断路器后，能够短时导通该电量储存缓冲装置所连接风机的变流器电力电子器件，使其直流侧电容放电，即可向风电系统内的故障线路母线注入低电流。
所述基于附加控制策略向故障线路注入低电流信号，包括，获取故障线路的故障情况，设定故障线路送出线的注入相和非注入相，基于故障线路送出线的注入相以及对应的故障类型确定低电流信号的注入时间和注入间隔，并根据设定的注入时间和注入间隔向对应的注入相注入低电流信号。
实现低电流信号注入的回路中主要包含IGBT和电容器等器件，为防止器件过流，附加控制策略的持续时间应以送出线近端出口三相故障进行整定，此时注入的电流幅值最大。
而在确定低电流信号的注入时间时，通过对注入相和故障类型的电流特性进行分析，再结合IGBT耐受电流水平来得到低电流信号的注入时间，以设定ac相为注入相，变压器线路侧出口短路为例，直流侧电容放电的等效电路拓扑如图2所示。图中，为回路等效电阻，主要为IGBT通态电阻和变压器铜损耗；/>为变压器电感；/>为电容电流。图2的放电过程符合二阶电路的零输入响应，若/>，电容放电为非振荡放电过程，求解电路可得：
；
式中：回路等效电感；回路等效电容/>；/>为电容初始电压。若/>，电容放电为振荡放电过程，则有：
；
式中：为衰减系数；/>为固有振荡角频率。一般来说，放电回路阻尼较小满足，放电电流呈现振荡衰减特性，理论峰值出现在第一个极大值点，电力电子器件的耐受过流能力往往小于上式中/>理论峰值，因此在放电电流达到耐受电流前应关断IGBT，此时放电电流与放电时间正相关，为增大注入时间的裕度，可令，根据上式可反推出电力电子器件的导通时间/>。
而低电流信号的注入间隔应考虑注入电流在线路传播衰减的时间，避免连续注入操作对保护判别产生干扰。
所述基于采集到的电气数据根据电流积分判据对风电系统故障进行故障性质判别前，还获取风电系统出现线路末端高阻故障情况时的送出线相电流积分值，并基于线路末端高阻故障时的送出线相电流积分值选取故障性质判别的故障判别阈值。
所述基于采集到的电气数据根据电流积分判据对风电系统故障进行故障性质判别，包括，按照设定的注入时间和注入间隔短时导通网侧逆变器，导通后的网侧逆变器向故障线路母线对应的注入相注入低电流信号，采集注入低电流信号后故障线路的电气数据，基于电流积分判据根据电气数据计算注入低电流信号后故障线路送出线的相电流积分值，将相电流积分值与故障判别阈值进行比较，若存在其中一相的相电流积分值超过故障判别阈值，则判断为永久性故障，其他情况下，判断为瞬时性故障。
在对风电系统故障进行故障性质判别后，还对故障性质判别结果进行验证，所述对故障性质判别结果进行验证的具体过程为：在完成故障性质判别后，重新选择不同的注入相，并按照相同的注入时间、注入间隔向重新选择的注入相注入低电流信号，重新计算故障线路送出线的相电流积分，并将重新计算得到的电流积分结果与故障判别阈值进行比较，确定验证性故障性质判别结果，将故障性质判别结果与验证性故障性质判别结果进行比较，若验证性故障性质判别结果与故障性质判别结果显示一致，则判断故障性质判别结果通过验证，若验证性故障性质判别结果与故障性质判别结果显示不一致，则判断故障性质判别结果未通过验证，调整注入低电流的附加控制策略内容，重新进行故障性质判别。
以ac相为注入相为例，选取某一台风机的网侧变流器电力电子器件T1和T2短时导通。
当a相上桥臂和c相下桥臂IGBT短时导通，直流侧电容经T1—a相—变压器—c相—T2放电，放电回路如图3（a）所示，回路阻尼小，电容放电电流较大，因此T1和T2导通的时间不能太长。同时，送出线变压器耦合感应电压信号，注入a相和c相电压幅值绝对值最大，极性相反，非注入b相也耦合相应电压，但其幅值绝对值远小于注入相。
当a相上桥臂和c相下桥臂IGBT关断后，由于交流侧电感电流不能突变，直流侧电容经二极管D4—a相—变压器—c相—D5支路充电，充电回路如图3（b）所示，若忽略IGBT和二极管的漏抗和漏阻，充电与放电互为逆过程，充电电流衰减的时间约为IGBT导通时间。电容充电时间和放电时间基本一致，除去充电和放电回路中电阻等消耗的能量，注入完成后电容电压几乎保持不变。
图3（a）和图3（b）中T1~T6为IGBT，D1~D6为反并联二极管。结合图3（a）和图3（b）可知低电流信号的注入策略是对风机变流器器件级别的控制，不涉及风机上层控制的切换，如常规功率控制、电压控制和低穿等策略，注入策略为阀侧控制（底层控制），实现相对简单，且只需要一台风机参与。
非注入相（b相）电压幅值非常小，对于非注入相单相接地故障而言，几乎检测不到注入电流；a相和c相电压幅值绝对值较高，a相和c相接地故障能够实现低电流注入，a相和c相的耦合电压极性相反，故注入电流方向相反，电流方向如图4（a）所示；对于两相接地故障，分为注入相—注入相（ac）和注入相—非注入相（ab和bc）接地故障两种情形，由于c相电压低于中性点电压，ac相接地故障时注入电流经a相和c相形成环流，ab相和bc相接地故障时注入电流经变压器中性点—故障相—故障支路流通，非注入相分流远小于注入相电流，电流方向如图4（b）所示；对于两相故障，注入电流在相间流通，电流方向如图4（c）所示；三相故障的电流特征与ac相接地故障特征类似。当注入相为ac两相时，均匀换位的非注入相接地故障（b相故障），线路首端耦合电压近似为零，注入电流几乎可以忽略不计，与瞬时性故障无法区分，因此，需要对故障性质判别结果进行验证，再次从不同相注入（如ab或bc相）来消除检测盲区，避免故障性质判断结果出现错误。
在对故障性质判别结果进行验证时，重新选取注入相的操作次数可根据系统可靠性要求进行设定。
所述电流积分判据的表达式为：
；
其中，为送出线相电流积分值，/>为注入起始时间，/>为积分时长，/>为送出线相电流。
在判断为永久性故障后，断开送出线断路器，在判断为瞬时性故障后，经过第三预设延时，重合送出线另一端的断路器，电量储存缓冲装置重新投入运行。
获取切断的电量储存缓冲装置对应线路内的设备拓扑关系，根据切断的电量储存缓冲装置对应线路内的设备拓扑关系确定切断的电量储存缓冲装置对应线路内每个风机所属的管控区域， 根据切断的电量储存缓冲装置对应线路内风机所属的管控区域获取每个风机的受监管程度，基于风机的受监管程度值由大到小生成故障排查表，基于故障排查表进行故障排查，包括如下步骤：获取电量储存缓冲装置及其对应的管控区域，以电量储存缓冲装置作为原点，以管控区段作为管控半径对管控区域进行划分，获取不同管控区域覆盖的风机；并对风机进行编号，获取隶属于不同管控区域的风机初步监控序列；基于风机初步监控序列中不同风机对应的管控区域的安全权重、风机自身的故障系数确定每个风机的受监管程度，基于受监管程度的由大到小对风机初步监控序列进一步修正得到风机修正监控序列；将不同管控区域对应的风机修正监控序列进行拼接和排序得到故障排查表；基于故障排查表进行故障排查。
基于风机初步监控序列中不同风机对应的管控区域的安全权重、风机自身的故障系数确定每个风机的受监管程度，计算公式如下：
；
其中，，/>，N为管控区域内风机的个数；M为管控区域的个数；为第i个风机的受监管程度；/>为第j个管控区域对应的安全权重，且/>；/>为第i个风机的历史故障次数；/>为第i个风机的使用年限，/>为第i个风机在第s次故障发生时的故障修复时间。
能够基于电量储存缓冲装置的直线距离来对管控区域进行划定，对于不同区域内存在的风机，设置不同的受监管级别，受监管级别越低，对应的安全监管级别越高，应当优先进行故障排查。即，受监管级别越低的风机，电网能够对其进行自动故障处理的能力越低，因此，在发生永久性故障后，应当先排查受监管级别最低的区域内的风机，从而避免故障对于风机的影响扩大。
具体的，以其中一个电量储存缓冲装置为例，其所对应的管控区域内总共设置有15台风机，以电量储存缓冲装置为原点，可将电量储存缓冲装置所对应的管控区域具体划分为I段区域、II段区域和III段区域，I段区域的管控范围为被监管线路全长的60%，II段区域的保护范围为被监管线路全长的30%，III段区域的保护范围为被监管线路全长的10%。再根据电量缓冲装置对应线路内风机的拓扑关系来确定每个风机和电量缓冲装置之间的直线距离，从而根据直线距离来设置风机的编号，具体的，风机的编号可具体划分为#1、#2、#3、…、#14、#15，再确定每个风机所处管控区域，从而确定每个管控区域内所覆盖的所有风机，基于对应的风机编号确定每个管控区域的风机初步监控序列，I段区域的风机初步监控序列为{#1，#2，#3，#4，#5，#6，#7}；II段区域的风机初步监控序列为{#8，#9，#10，#11}；III段区域的风机初步监控序列为{#12，#13，#14，#15}。
再根据风机初步监控序列中每个风机对应的管控区域的安全权重、风机自身的故障系数确定每个风机的受监管程度。
其中，管控区域的安全权重根据其受监管程度来设置，III段区域离电量储存缓冲装置最远，受监管程度应最高，因此，设置III段区域的安全权重为50%，同理，根据其受监管程度设置II段区域的安全权重为30%，I段区域的安全权重为20%。
以编号#1的风机为例，其隶属于I段区域，其安全权重为20%，即为0.2,I段区域内一共包括7个风机，即N为7，电量储存缓冲装置对应线路具体划分为3个管控区域，即M为3。同时调取编号#1的风机的出厂设置信息，确定其使用年限为20年。再获取编号#1的风机的历史运行数据，确定编号#1的风机一共发生过5次故障，每次故障的故障修复时间为2小时，结合上述历史运行数据可计算得到编号#1的风机的受监管程度/>为2.436。
再以编号#2的风机为例，其同样隶属于I段区域，安全权重等信息与编号#2的风机一致，其使用年限同样为20年，但其一共发生过8次故障，每次故障的故障修复时间为一小时，计算得到编号#2的风机的受监管程度为4.906。
由于编号#2的风机的受监管程度更高，在对风机初步监控序列进行修正时，将编号#2的风机的故障排查顺序调整到编号#1的风机前。
再对I段区域内其他风机的受监管程度进行计算，并按照受监管程度的大小对I段区域的风机初步监控序列进行进一步修正，得到I段区域的风机修正监控序列{#2，#3，#1，#7，#6，#5}。
同样的，对于其他两个区域内的风机的受监管程度进行计算，并按照受监管程度的大小对II段区域和III段区域对应的风机初步监控序列进行进一步修正，得到II段区域的风机修正监控序列{#8，#11，#9，#10}，III段区域的风机修正监控序列{#14，#15，#13，#12}。
再将I段区域、II段区域、III段区域的风机修正监控序列进行拼接和排序， 得到最终的故障排查表{#14，#15，#13，#12，#8，#11，#9，#10，#2，#3，#1，#7，#6，#5}，并按照故障排查表内的风机编号依次进行故障排查。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (3)
1.一种基于主动探测信号注入的风电系统故障判别方法，其特征在于，包括，
各风机通过对应的电量储存缓冲装置接入电网，构成风电系统进行供电；
采集风电系统内线路的电气量信息，基于采集的电气量信息对风电系统故障情况进行检测；
在风电系统出现故障情况时，向风电系统内的故障线路注入低电流信号；
采集注入低电流信号后故障线路的电气数据，基于采集到的电气数据根据电流积分判据对风电系统故障进行故障性质判别；
在判断存在永久性故障后， 还根据风电系统内故障线路的断闸情况确定切断的电量储存缓冲装置；
获取切断的电量储存缓冲装置对应线路内的设备拓扑关系，根据切断的电量储存缓冲装置对应线路内的设备拓扑关系确定切断的电量储存缓冲装置对应线路内每个风机所属的管控区域， 根据切断的电量储存缓冲装置对应线路内风机所属的管控区域获取每个风机的受监管程度，基于风机的受监管程度值由大到小生成故障排查表，基于故障排查表进行故障排查；
所述在风电系统出现故障情况时，向风电系统内的故障线路注入低电流信号，包括，风电系统出现故障情况，故障两侧的断路器跳闸，风电系统切除对应的电量储存缓冲装置，在经过第一预设延时后，重合风电系统其中一台电量储存缓冲装置的主断路器和送出线一端的断路器，经过第二预设延时后，网侧逆变器启动附加控制策略，网变逆变器基于附加控制策略向故障线路注入低电流信号；
所述基于附加控制策略向故障线路注入低电流信号，包括，获取故障线路的故障情况，设定故障线路送出线的注入相和非注入相，基于故障线路送出线的注入相以及对应的故障类型确定低电流信号的注入时间和注入间隔，并根据设定的注入时间和注入间隔向对应的注入相注入低电流信号；
所述基于采集到的电气数据根据电流积分判据对风电系统故障进行故障性质判别前，还获取风电系统出现线路末端高阻故障情况时的送出线相电流积分值，并基于线路末端高阻故障时的送出线相电流积分值选取故障性质判别的故障判别阈值；
所述基于采集到的电气数据根据电流积分判据对风电系统故障进行故障性质判别，包括，按照设定的注入时间和注入间隔短时导通网侧逆变器，导通后的网侧逆变器向故障线路母线对应的注入相注入低电流信号，采集注入低电流信号后故障线路的电气数据，基于电流积分判据根据电气数据计算注入低电流信号后故障线路送出线的相电流积分值，将相电流积分值与故障判别阈值进行比较，若存在其中一相的相电流积分值超过故障判别阈值，则判断为永久性故障，其他情况下，判断为瞬时性故障；
所述电流积分判据的表达式为：
；
其中，为送出线相电流积分值，/>为注入起始时间，/>为积分时长，/>为送出线相电流；
获取切断的电量储存缓冲装置对应线路内的设备拓扑关系，根据切断的电量储存缓冲装置对应线路内的设备拓扑关系确定切断的电量储存缓冲装置对应线路内每个风机所属的管控区域， 根据切断的电量储存缓冲装置对应线路内风机所属的管控区域获取每个风机的受监管程度，基于风机的受监管程度值由大到小生成故障排查表，基于故障排查表进行故障排查，包括如下步骤：获取电量储存缓冲装置及其对应的管控区域，以电量储存缓冲装置作为原点，以管控区段作为管控半径对管控区域进行划分，根据切断的电量储存缓冲装置对应线路内的设备拓扑关系确定不同管控区域内覆盖的风机；并对风机进行编号，获取隶属于不同管控区域的风机初步监控序列；基于风机初步监控序列中不同风机对应的管控区域的安全权重、风机自身的故障系数确定每个风机的受监管程度，基于受监管程度的由大到小对风机初步监控序列进一步修正得到风机修正监控序列；将不同管控区域对应的风机修正监控序列进行拼接和排序得到故障排查表；基于故障排查表进行故障排查；基于风机初步监控序列中不同风机对应的管控区域的安全权重、风机自身的故障系数确定每个风机的受监管程度p，计算公式如下：
；
其中，，/>，N为管控区域内风机的个数；M为管控区域的个数；/>为第i个风机的受监管程度；/>为第j个管控区域对应的安全权重，且/>；/>为第i个风机的历史故障次数；/>为第i个风机的使用年限，/>为第i个风机在第s次故障发生时的故障修复时间。
2.根据权利要求1所述的一种基于主动探测信号注入的风电系统故障判别方法，其特征在于，在对风电系统故障进行故障性质判别后，还对故障性质判别结果进行验证，所述对故障性质判别结果进行验证的具体过程为：在完成故障性质判别后，重新选择不同的注入相，并按照相同的注入时间、注入间隔向重新选择的注入相注入低电流信号，重新计算故障线路送出线的相电流积分，并将重新计算得到的电流积分结果与故障判别阈值进行比较，确定验证性故障性质判别结果，将故障性质判别结果与验证性故障性质判别结果进行比较，若验证性故障性质判别结果与故障性质判别结果显示一致，则判断故障性质判别结果通过验证，若验证性故障性质判别结果与故障性质判别结果显示不一致，则判断故障性质判别结果未通过验证，调整注入低电流的附加控制策略内容，重新进行故障性质判别。
3.根据权利要求1所述的一种基于主动探测信号注入的风电系统故障判别方法，其特征在于，在判断为永久性故障后，断开送出线断路器，在判断为瞬时性故障后，经过第三预设延时，重合送出线另一端的断路器，电量储存缓冲装置重新投入运行。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311251325.2A CN116988946B (zh) | 2023-09-26 | 2023-09-26 | 一种基于主动探测信号注入的风电系统故障判别方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311251325.2A CN116988946B (zh) | 2023-09-26 | 2023-09-26 | 一种基于主动探测信号注入的风电系统故障判别方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116988946A CN116988946A (zh) | 2023-11-03 |
| CN116988946B true CN116988946B (zh) | 2023-12-12 |
Family
ID=88534144
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311251325.2A Active CN116988946B (zh) | 2023-09-26 | 2023-09-26 | 一种基于主动探测信号注入的风电系统故障判别方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116988946B (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105587476A (zh) * | 2016-01-13 | 2016-05-18 | 中国农业大学 | 一种用于风力发电系统的状态监测方法以及装置 |
| CN110088462A (zh) * | 2016-12-22 | 2019-08-02 | 维斯塔斯风力系统集团公司 | 风力涡轮发电机控制系统中的电气故障检测 |
| CN111665416A (zh) * | 2020-05-30 | 2020-09-15 | 河北新天科创新能源技术有限公司 | 架空线路故障指示装置 |
| CN113820564A (zh) * | 2021-09-24 | 2021-12-21 | 国家电网有限公司 | 一种适应于源网荷储复杂电网的故障检测方法 |
| CN115144700A (zh) * | 2022-07-26 | 2022-10-04 | 广东电网有限责任公司 | 一种基于注入信号幅值的新能源并网系统故障保护方法 |
| CN115492724A (zh) * | 2022-07-04 | 2022-12-20 | 上海交通大学 | 电压源风电机组运行性能在线测试系统和自动化测试方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10345358B2 (en) * | 2016-04-25 | 2019-07-09 | Qatar University | Smart fault detection device to anticipate impending faults in power transformers |
-
2023
- 2023-09-26 CN CN202311251325.2A patent/CN116988946B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105587476A (zh) * | 2016-01-13 | 2016-05-18 | 中国农业大学 | 一种用于风力发电系统的状态监测方法以及装置 |
| CN110088462A (zh) * | 2016-12-22 | 2019-08-02 | 维斯塔斯风力系统集团公司 | 风力涡轮发电机控制系统中的电气故障检测 |
| CN111665416A (zh) * | 2020-05-30 | 2020-09-15 | 河北新天科创新能源技术有限公司 | 架空线路故障指示装置 |
| CN113820564A (zh) * | 2021-09-24 | 2021-12-21 | 国家电网有限公司 | 一种适应于源网荷储复杂电网的故障检测方法 |
| CN115492724A (zh) * | 2022-07-04 | 2022-12-20 | 上海交通大学 | 电压源风电机组运行性能在线测试系统和自动化测试方法 |
| CN115144700A (zh) * | 2022-07-26 | 2022-10-04 | 广东电网有限责任公司 | 一种基于注入信号幅值的新能源并网系统故障保护方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 基于网络分区的农村电网分布式电源可靠性评估方法;孔凡坊 等;电测与仪表;全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116988946A (zh) | 2023-11-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | Transient-voltage-based protection scheme for DC line faults in the multiterminal VSC-HVDC system | |
| He et al. | Review of protection and fault handling for a flexible DC grid | |
| Jang et al. | An islanding detection method for distributed generations using voltage unbalance and total harmonic distortion of current | |
| Yang et al. | Multiterminal DC wind farm collection grid internal fault analysis and protection design | |
| Eissa | Protection techniques with renewable resources and smart grids—A survey | |
| CN102223125B (zh) | 一种电网电压故障时风电机组不间断运行控制方法及装置 | |
| WO2014005550A1 (zh) | 一种风电场低电压穿越能力仿真验证方法 | |
| CN103412207A (zh) | 基于负序电流注入的光伏并网逆变器孤岛检测方法 | |
| CN109617026B (zh) | 一种直流电网换流站接地故障超高速保护方法 | |
| CN111103484B (zh) | 一种基于混合功率反馈扰动的孤岛检测方法、装置和系统 | |
| CN101609992A (zh) | 低压穿越型双馈风力发电机变流器 | |
| WO2022193709A1 (zh) | 一种柔性直流输电系统桥臂电抗器短路保护方法及装置 | |
| CN109119975B (zh) | 一种直流系统及其启动过程的断路器的失灵保护方法 | |
| CN109581148A (zh) | 一种新能源电场联络线的故障选相方法 | |
| CN204118714U (zh) | 柔性直流输电换流站断路器的交直流配合保护装置 | |
| Zhang et al. | Active detection fault diagnosis and fault location technology for LVDC distribution networks | |
| Bayati et al. | Fault analysis and protection of low-voltage DC microgrid equipped by renewable energy resources | |
| CN116988946B (zh) | 一种基于主动探测信号注入的风电系统故障判别方法 | |
| CN112636312A (zh) | 一种基于注入零序特征信号的微电网保护方法 | |
| Prince et al. | Total harmonic distortion based fault detection in islanded DC microgrid | |
| CN106877392A (zh) | 一种光伏并网逆变器孤岛检测方法 | |
| WO2021098418A1 (zh) | 一种具备高电压穿越功能的风电机组孤岛切出方法及装置 | |
| Pujhari | Islanding detection in distributed generation | |
| Dai et al. | DC line protection for flexible MVDC distribution grid with renewable energy resources | |
| Li et al. | Fault ride-through demand of large-scale islanded renewable energy connected to VSC-HVDC system and its key technologies |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |