本发明专利技术公开了一种基于固有频率与特征频率结合的自适应距离保护方法，根据故障前风力机的转速，将固有频率和特征频率应用到故障时故障特征的分析中，利用固有频率和特征频率来表达故障后电压电流不仅物理意义明确，并且更贴近工程实际应用，本发明专利技术提出的固有频率与特征频率结合的自适应距离保护，可提高风电并网继电保护在各种工况下的动作可靠性，对提高风电并网继电保护的正确动作，具有较高的使用价值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于固有频率与特征频率结合的自适应距离保护方法，属于电力系统自动化
技术介绍
近年来风力发电占总发电份额的比例越来越重，风力发电作为典型的新能源发电形式已成为一种趋势，但是，由于风机本身具有的特点而使得风电并网的继电保护问题成为了一种难题，其误动引发的相关案例在国内已发生了多起。其中，较为典型的是风电接入对送出线距离保护的影响，送出线路风电场侧的距离保护需要风电场侧电压、电流信息，其中，风电场故障电流频率随短路前机组的转速变化，频率变化范围一般为35至65Hz，不再保持工频，基于工频相量的保护算法(如傅氏算法)无法准确提取基波相量，依据工频电压、电流比值的测量阻抗不再准确，因此，基于传统的工频量距离保护将不再适用，如何解决风电场送出线风场侧的电流频率随短路前发电机转速的变化而变化对距离保护带来的影响，是当前急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术目的是为了克服风电并网送出线基于传统的工频量距离保护将不再适用的问题。本专利技术的基于固有频率与特征频率结合的自适应距离保护方法，将固有频率和特征频率应用到故障时故障特征的分析中，可提高风电并网继电保护在各种工况下动作的可靠性，提高风电并网继电保护的正确动作，具有较高的使用价值。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于固有频率与特征频率结合的自适应距离保护方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤(A)，确定风电场送出线故障后的固定频率和特征频率；(A1)风电场送出线故障后，风机投入Crowbar电路保护来实现故障穿越，此时双馈风机相当于异步发电机，转子电流为衰减直流，双馈风机机端电压由故障前转速频率的交流电动势和工频电动势组成，风电场侧故障电流Is，如公式(1)所示，其中，为Crowbar电路投入时的初始相位角；a1、a2、a3为常规系数，其值取决于双馈风机参数与电压跌落水平；ω1为电网角频率；ωr为转子转速角频率；τ's为定子回路时间常数、τ′r为转子回路时间常数；(A2)根据公式(1)得到，风电场侧故障电流Is包括稳态交流分量、衰减直流分量和衰减交流分量，所述衰减交流分量的频率取决于故障前双馈风机的转速，从而，得到故障前双馈风机转速下的频率为特征频率，电网的50Hz频率为固有频率；步骤(B)，根据确定的固定频率和特征频率，进行风电并网的自适应距离保护；(B1)设风电场送出线故障后，风机侧的母线保护安装处电压、电流如公式(2)、(3)所示，u=A sin(ωt+φu)+B sin(ω′t+φu′)i=C sin(ωt+φi)+D sin(ω′t+φi′)---(2)]]>ω=2πfω′=2πf′=2πfnnN---(3)]]>其中，ω、ω'分别为固有角频率与特征角频率；f、f'分别为固有频率与特征频率；φu、φ′u分别为固有频率与特征频率分量对应的电压初相角；φi、φ′i分别为固有频率与特征频率分量对应的电流初相角；A、C分别为固有频率对应的电压、电流幅值；B、D分别为特征频率对应的电压、电流幅值，其大小与电机参数和电压跌落水平相关；n为故障前双馈风机的转速，nN为双馈风机的额定转速；(B2)根据故障前双馈风机的转速，定义混合阻抗Z，如公司(4)所示，Z=k1U·I·+k2U′.I′.---(4)]]>其中，分别为固有频率与特征频率对应的电压、电流相量；k1、k2为混合因子，且|i|、|i'|分别为固有频率与特征频率对应的电流幅值；(B3)通过(B2)可得，在风电场送出线保护安装处测量的混合阻抗，如公式(5)所示，Z=|i||i|+|i′|U.I.+|i′||i|+|i′|U′.I′.---(5)]]>(B4)根据公式(6)，得到阻抗整定值Zset，Zset=krel*lZ1=krel*l(r1+jx1)=krel*l[r1+j(k1ωL1+k2ω′L1)]---(6)]]>其中，l为线路保护长度；r1、L1、x1分别为线路单位长度电阻值，电感值与电抗值；(B5)若Z＜Zset，则风电并网继电保护出口动作。前述的基于固有频率与特征频率结合的自适应距离保护方法，其特征在于：(A2)得到故障前双馈风机转速下的频率为特征频率，所述特征频率在故障后采用prony算法将故障后电压、电流的特征频率提取出来。本专利技术的有益效果是：本专利技术的基于固有频率与特征频率结合的自适应距离保护方法，根据故障前风力机的转速，将固有频率和特征频率应用到故障时故障特征的分析中，利用固有频率和特征频率来表达故障后电压电流不仅物理意义明确，并且更贴近工程实际应用，本专利技术的提出固有频率与特征频率结合的自适应距离保护，可提高风电并网继电保护在各种工况下的动作的可靠性，对提高风电并网继电保护的正确动作，具有较高的使用价值。附图说明图1是本专利技术的双馈风机的并网接线图。图2是双馈风机在风电场送出线保护安装处安装阻抗元件的并网接线图。图3是本专利技术的自适应频率变化的阻抗保护元件的阻抗特性示意图。具体实施方式下面将结合说明书附图，对本专利技术做进一步说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。本专利技术的基于固有频率与特征频率结合的自适应距离保护方法，包括以下步骤，步骤(A)，确定风电场送出线故障后的固定频率和特征频率；(A1)如图1所示，双馈风机的并网接线图，当110kV线路发生三相故障时，双馈风机投入Crowbar电路来保护转子侧变流器，此时双馈风机相当于普通的异步发电机，从而得到，Crowbar电路保护投入后风电场内的双馈风机相当于异步发电机，转子电流为衰减直流，双馈风机机端电压由故障前转速频率的交流电动势和工频电动势组成，风电场侧故障电流Is，如公式(1)所示，其中，为Crowbar电路投入时的初始相位角；a1、a2、a3为常规系数，其值取决于双馈风机参数与电压跌落水平；ω1为电网角频率；ωr为转子转速角频率；τ′s为定子回路时间常数、τ′r为转子回路时间常数；(A2)根据公式(1)得到，风电场侧故障电流Is包括稳态交流分量、衰减直流分量和衰减交流分量，所述衰减交流分量的频率取决于故障前双馈风机的转速，从而，得到故障前双馈风机转速下的频率为特征频率，电网的50Hz频率为固有频率，所述特征频率在故障后采用prony算法将故障后电压、电流的特征频率提取出来，Prony算法是用一组指数项的线性组合来拟和等间距采样数据的方法，可以从中分析出信号的幅值、相位、阻尼因子、频率等信息，根据公式(1)可知道故障后故障电流的组成包括稳态交流对应固定频率，衰减交流对应特征频率，采用prony算法可以将相应的频率成分提取出来；步骤(B)，根据确定的固定频率和特征频率，进行风电并网的自适应距离保护；(B1)设风电场送出线故障后，风机侧的母线保护安装处电压、电流如公式(2)、(3)所示，u=本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于固有频率与特征频率结合的自适应距离保护方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤(A)，确定风电场送出线故障后的固定频率和特征频率；(A1)风电场送出线故障后，风机会投入Crowbar电路保护来实现故障穿越，此时双馈风机相当于异步发电机，转子电流为衰减直流，双馈风机机端电压由故障前转速频率的交流电动势和工频电动势组成，风电场侧故障电流Is，如公式(1)所示，其中，为Crowbar电路投入时的初始相位角；a1、a2、a3为常规系数，其值取决于双馈风机参数与电压跌落水平；ω1为电网角频率；ωr为转子转速角频率；τ′s为定子回路时间常数、τ′r为转子回路时间常数；(A2)根据公式(1)得到，风电场侧故障电流Is包括稳态交流分量、衰减直流分量和衰减交流分量，所述衰减交流分量的频率取决于故障前双馈风机的转速，从而，得到故障前双馈风机转速下的频率为特征频率，电网的50Hz频率为固有频率；步骤(B)，根据确定的固定频率和特征频率，进行风电并网的自适应距离保护；(B1)设风电场送出线故障后，风机侧的母线保护安装处电压、电流如公式(2)、(3)所示，u=A sin(ωt+φu)+B sin(ω′t+φu′)i=C sin(ωt+φi)+D sin(ω′t+φi′)---(2)]]>ω=2πfω′=2πf′=2πfnnN---(3)]]>其中，ω、ω'分别为固有角频率与特征角频率；f、f'分别为固有频率与特征频率；φu、φu'分别为固有频率与特征频率分量对应的电压初相角；φi、φi'分别为固有频率与特征频率分量对应的电流初相角；A、C分别为固有频率对应的电压、电流幅值；B、D分别为特征频率对应的电压、电流幅值，其大小与电机参数和电压跌落水平相关；n为故障前双馈风机的转速，nN为双馈风机的额定转速；(B2)根据故障前双馈风机的转速，定义混合阻抗Z，如公司(4)所示，Z=k1U·I·+k2U·′I·′---(4)]]>其中，分别为固有频率与特征频率对应的电压、电流相量；k1、k2为混合因子，且|i|、|i'|分别为固有频率与特征频率对应的电流幅值；(B3)通过(B2)可得，在风电场送出线保护安装处测量的混合阻抗，如公式(5)所示，Z=|i||i|+|i′|U·I·+|i′||i|+|i′|U·′I·′---(5)]]>(B4)根据公式(6)，得到阻抗整定值Zset，Zset=krel*lZ1=krel*l(r1+jx1)=krel*l[r1+j(k1ωL1+k2ω′L1)]---(6)]]>其中，l为线路保护长度；r1、L1、x1分别为线路单位长度电阻值，电感值与电抗值；(B5)若Z＜Zset，则风电并网继电保护出口动作。...
【技术特征摘要】
1.基于固有频率与特征频率结合的自适应距离保护方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤(A)，确定风电场送出线故障后的固定频率和特征频率；(A1)风电场送出线故障后，风机会投入Crowbar电路保护来实现故障穿越，此时双馈风机相当于异步发电机，转子电流为衰减直流，双馈风机机端电压由故障前转速频率的交流电动势和工频电动势组成，风电场侧故障电流Is，如公式(1)所示，其中，为Crowbar电路投入时的初始相位角；a1、a2、a3为常规系数，其值取决于双馈风机参数与电压跌落水平；ω1为电网角频率；ωr为转子转速角频率；τ′s为定子回路时间常数、τ′r为转子回路时间常数；(A2)根据公式(1)得到，风电场侧故障电流Is包括稳态交流分量、衰减直流分量和衰减交流分量，所述衰减交流分量的频率取决于故障前双馈风机的转速，从而，得到故障前双馈风机转速下的频率为特征频率，电网的50Hz频率为固有频率；步骤(B)，根据确定的固定频率和特征频率，进行风电并网的自适应距离保护；(B1)设风电场送出线故障后，风机侧的母线保护安装处电压、电流如公式(2)、(3)所示，u=A sin(ωt+φu)+B sin(ω′t+φu′)i=C sin(ωt+φi)+D sin(ω′t+φi′)---(2)]]>ω=2πfω′=2πf′=2πfnnN---(3)]]>其中，ω、ω'分别为固有角频率与特征角频率；f、f'分别为固有频率与特征频率；φu、φu'分别为固有频率与特征频率分量对应的电压初相角；φi...
【专利技术属性】
技术研发人员：王玉婷，陈福锋，姚亮，焦在滨，金吉良，
申请(专利权)人：南京国电南自电网自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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