一种次同步/超同步振荡监测保护装置及振荡监测保护方法制造方法及图纸

一种次同步振荡监测保护装置以及次同步振荡监测保护方法，该装置通过在线识别新能源场站各条集电线、新能源汇集站各条汇集进线和出线上瞬时功率中次同步振荡信号，获取振荡频率，然后依次通过滤波设计提取各条线路中电压和电流的次同步/超同步分量，进而针对提取出的次同步/超同步分量提供次同步/超同步振荡阻抗保护、次同步/超同步谐波电流保护以及次同步功率振荡保护三种保护元件，其中次同步/超同步振荡阻抗保护为主保护，次同步/超同步谐波电流保护和次同步功率振荡保护为后备保护，从而实现了在发生次同步振荡时，装置保护快速切除扰动源，保障系统安全稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
一种次同步/超同步振荡监测保护装置及振荡监测保护方法
本专利技术属于电力系统稳定与控制
，具体涉及一种应用于新能源接入的次同步振荡监测保护装置和保护方法，在新能源接入产生次同步振荡时快速切除扰动源，保障系统的安全。
技术介绍
以风电、光伏为代表的新能源发展迅猛，部分地区新能源电源装机容量已超过总装机容量的30％。截至到2014年底，并网风电装机容量9581万千瓦，增长25.6％；并网太阳能发电装机容量2652万千瓦，增长67.0％。根据中国电力企业联合会预计，2020年以前我国仍然处于工业化高级阶段向初级发达经济阶段转型的过程中，电力需求将保持每年5～6％的增长。预计到“十三五”末期(2020年)全国电量需求将达到7～8万亿千瓦时左右，装机总容量18亿千瓦，其中风电装机达到2亿千瓦，光伏装机达到1亿千瓦左右。预计到2050年，我国总装机容量可达到43亿千瓦，其中风电与光伏发电15亿千瓦，占34.9％。然而，由于新能源电源发电机理不同以及并网所采用的电力电子装备可能导致放大次同步谐波，在交流系统较弱时甚至导致次同步振荡现象；同时风电、光伏与无功补偿装置相互耦合，也有可能在新能源场站大规模汇集地区激发次同步振荡；进一步若该谐波频率与发电机轴系自然振荡频率互补，则会进一步引起火电机组的次同步振荡。2015年7月1日，新疆某电厂轴系扭振保护(TSR)相继动作跳闸共损失功率128万千瓦；机组跳闸后，国调中心紧急将天中直流功率由450万千瓦降至300万千瓦。事后事故分析表明，造成此次次同步振荡的原因是由于大量新能源汇集在电网中引入了大量的次同步谐波，该谐波频率与发电机轴系的自然振荡频率互补时，导致电气-机械扭振互作用现象发生，即次同步振荡。更重要的是，该次同步振荡的形成机理与传统电力系统不一致，是由于大量新能源汇集引入的次同步谐波造成的，已有的保护与控制方法已经不再适用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种应用于新能源接入的次同步/超同步振荡监测保护装置以及次同步/超同步振荡监测保护方法，以应对新能源接入系统对系统造成的次同步振荡风险。次同步/超同步振荡监测保护装置可以安装在风电场也可以安装在风电汇集站来使用。安装在风电场，装置对风电场集电线进行采集，主要接入各集电线的三相相电压和三相相电流。安装在风电汇集站，装置对接入汇集站的来自各个风电场的各线路三相相电压和三相相电流进行监测。装置的保护功能在设计上主要实现三种保护元件：谐波阻抗保护元件、谐波电流保护元件以及功率振荡保护元件。通过这三种保护元件来实现完整的保护功能。谐波阻抗保护主要实现线路上次同步/超同步频带内的阻抗保护功能，通过阻抗特性快速确定是否是扰动源，从而快速切除扰动源；谐波电流保护元件用以在系统发生振荡时，通过次同步/超同步频带内谐波电流的幅值大小辨识振荡的严重程度，在阻抗元件不能满足动作条件时切除振荡线路；功率振荡保护元件通过计算线路的瞬时功率，辨识瞬时功率上各个次同步谐波的含量，如果振荡超过一定幅度，则切除该振荡线路。同时，次同步振荡监测保护装置提供多条线路都要切除时的顺序切除机制，可以人工设置各条线路的重要性，也可以基于潮流情况确定切除顺序，从而实现尽量减小因切除线路对系统的影响。本申请具体采用以下技术方案：一种次同步/超同步振荡监测保护装置，所述次同步振荡监测保护装置应用于新能源接入，安装在风电汇集站或者风电场，次同步振荡监测保护装置包括模拟量采集单元(AI)、保护处理单元(CPU)、动作单元(TRIP)，其特征在于：模拟量单元(AI)采集监测线路的三相相电压、三相相电流信号，并将数据上送保护处理单元(CPU)，保护处理单元(CPU)计算各线路是否发生次同步/超同步振荡，计算各线路是否产生保护动作信号，根据线路保护跳闸顺序设定机制，依次向动作单元(TRIP)发出跳闸指令，由动作单元(TRIP)根据跳闸指令按顺序跳开相应的线路开关。本专利技术进一步包括以下优选方案：所述次同步/超同步振荡监测保护装置还包括管理单元(MASTER)和信号单元(DO)；其中，信号单元(DO)作为次同步振荡监测保护装置发出的跳闸指令、次同步振荡监测保护装置自检出错事件的信号输出接口，接入其他监控系统进行观察；管理单元(MASTER)实现次同步振荡监测保护装置对外的通讯接口，采用标准的61850以太网接口。所述保护处理单元(CPU)包括对应各条线路的保护模块以及线路保护跳闸顺序决策模块；对应各条线路的保护模块分别实现对各线路的次同步/超同步振荡辨识，计算各线路是否产生保护动作信号，并将保护动作信号传送给线路保护跳闸顺序决策模块，由线路保护跳闸顺序决策模块确定各条线路的跳闸顺序。对应各条线路的保护模块均包括谐波阻抗保护元件、功率振荡保护元件和谐波电流保护元件，所述保护模块分别计算对应线路是否满足上述3个保护元件的动作判据，满足其中任何一个，所述保护模块都会向线路保护跳闸顺序决策模块发出该线路的保护动作信号。在对应各条线路的保护模块中，谐波阻抗保护元件作为主保护，谐波电流保护元件为第二级后备保护，功率振荡保护元件为第三级后备保护。线路保护跳闸顺序决策模块根据设定机制确定发出线路保护动作信号的各线路跳闸顺序，并依次向动作单元(TRIP)发出跳闸指令；其中，所述设定机制包括可选的人为设定机制和自动潮流计算机制：人为设定机制是按照人为设定的各条线路的重要程度顺序来确定线路的跳闸顺序；自动潮流计算机制是指计算各条线路的工频功率，按照工频功率从小至大排序确定线路跳闸顺序。本申请还包括了一种利用前述次同步振荡监测保护装置的次同步振荡监测保护方法：一种次同步振荡监测保护方法，所述次同步/超同步振荡监测保护方法应用于新能源接入；其特征在于，所述次同步振荡监测保护方法包含以下步骤：(1)采集各条集电线或各风电场接入汇集站线路的三相电压、三相电流信号；(2)计算各集电线或各风电场接入汇集站线路的瞬时功率，并对瞬时功率进行快速傅里叶变换，辨识瞬时功率中的振荡频率和相应振荡频率下的功率幅值，确定当前是否有线路发生次同步/超同步振荡；(3)根据步骤(2)中计算的功率振荡频率，选择带通滤波器，对步骤(2)判断发生次同步/超同步振荡线路的三相电压和三相电流分别进行滤波处理，获取该线路不同振荡频率下的实时振荡数据，包括A/B/C次同步/超同步电流实时值，A/B/C相次同步/超同步电压实时值；；(4)分别计算在次同步/超同步振荡期间线路工频功率变化值，根据步骤(2)中计算出的次同步/超同步频率对应的瞬时功率幅值和次同步/超同步振荡期间线路工频功率变化值，判断功率振荡保护元件是否动作；(5)根据步骤(3)中经滤波获取的三相电压、三相电流中的次同步/超同步振荡分量，分别计算该振荡线路在次同步/超同步振荡频率下的相阻抗，判断谐波阻抗保护元件是否动作；(6)根据步骤(3)中经滤波获取的三相电流中的次同步/超同步振荡分量实时数据，计算不同振荡频率下的振荡幅值，根据振荡电流幅值的大小以及持续时间，判断谐波电流保护元件是否动作；(7)发生次同步/超同步振荡的各线路根据步骤(4)-(6)所得到本线路功率振荡保护元件、谐波阻抗保护元件、谐波电流保护元件是否动作的判断结果，确定是否发出线路保护动作信号即线路切除信号；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种次同步/超同步振荡监测保护装置，所述次同步振荡监测保护装置应用于新能源接入，安装在风电汇集站或者风电场，次同步振荡监测保护装置包括模拟量采集单元(AI)、保护处理单元(CPU)、动作单元(TRIP)，其特征在于：模拟量单元(AI)采集监测线路的三相相电压、三相相电流信号，并将数据上送保护处理单元(CPU)，保护处理单元(CPU)计算各线路是否发生次同步/超同步振荡，计算各线路是否产生保护动作信号，根据线路保护跳闸顺序设定机制，依次向动作单元(TRIP)发出跳闸指令，由动作单元(TRIP)根据跳闸指令按顺序跳开相应的线路开关。

【技术特征摘要】
1.一种次同步/超同步振荡监测保护装置，所述次同步振荡监测保护装置应用于新能源接入，安装在风电汇集站或者风电场，次同步振荡监测保护装置包括模拟量采集单元(AI)、保护处理单元(CPU)、动作单元(TRIP)，其特征在于：模拟量单元(AI)采集监测线路的三相相电压、三相相电流信号，并将数据上送保护处理单元(CPU)，保护处理单元(CPU)计算各线路是否发生次同步/超同步振荡，计算各线路是否产生保护动作信号，根据线路保护跳闸顺序设定机制，依次向动作单元(TRIP)发出跳闸指令，由动作单元(TRIP)根据跳闸指令按顺序跳开相应的线路开关。2.根据权利要求1所述的次同步/超同步振荡监测保护装置，其特征在于：所述次同步振荡监测保护装置还包括管理单元(MASTER)和信号单元(DO)；其中，信号单元(DO)作为次同步振荡监测保护装置发出的跳闸指令、次同步振荡监测保护装置自检出错事件的信号输出接口，接入其他监控系统进行观察；管理单元(MASTER)实现次同步振荡监测保护装置对外的通讯接口，采用标准的61850以太网接口。3.根据权利要求1或2所述的次同步/超同步振荡监测保护装置，其特征在于：所述保护处理单元(CPU)包括对应各条线路的保护模块以及线路保护跳闸顺序决策模块；对应各条线路的保护模块分别实现对各线路的次同步/超同步振荡辨识，计算各线路是否产生保护动作信号，并将保护动作信号传送给线路保护跳闸顺序决策模块，由线路保护跳闸顺序决策模块确定各条线路的跳闸顺序。4.根据权利要求3所述的次同步/超同步振荡监测保护装置，其特征在于：对应各条线路的保护模块均包括谐波阻抗保护元件、功率振荡保护元件和谐波电流保护元件，所述保护模块分别计算对应线路是否满足上述3个保护元件的动作判据，满足其中任何一个，所述保护模块都会向线路保护跳闸顺序决策模块发出该线路的保护动作信号。5.根据权利要求4所述的次同步/超同步振荡监测保护装置，其特征在于：在对应各条线路的保护模块中，谐波阻抗保护元件作为主保护，谐波电流保护元件为第二级后备保护，功率振荡保护元件为第三级后备保护。6.根据权利要求3所述的次同步/超同步振荡监测保护装置，其特征在于：线路保护跳闸顺序决策模块根据设定机制确定发出线路保护动作信号的各线路跳闸顺序，并依次向动作单元(TRIP)发出跳闸指令；其中，所述设定机制包括可选的人为设定机制和自动潮流计算机制：人为设定机制是按照人为设定的各条线路的重要程度顺序来确定线路的跳闸顺序；自动潮流计算机制是指计算各条线路的工频功率，按照工频功率从小至大排序确定线路跳闸顺序。7.一种次同步/超同步振荡监测保护方法，所述次同步/超同步振荡监测保护方法应用于新能源接入，其特征在于，所述次同步/超同步振荡监测保护方法包含以下步骤：(1)采集各条集电线或各风电场接入汇集站线路的三相电压、三相电流信号；(2)计算各集电线或各风电场接入汇集站线路的瞬时功率，并对瞬时功率进行快速傅里叶变换，辨识瞬时功率中的振荡频率和相应振荡频率下的功率幅值，确定当前是否有线路发生次同步/超同步振荡；(3)根据步骤(2)中计算的功率振荡频率，选择带通滤波器，对步骤(2)判断发生次同步/超同步振荡线路的三相电压和三相电流分别进行滤波处理，获取该线路不同振荡频率下的实时振荡数据，包括三相次同步/超同步电流，三相次同步/超同步电压；(4)分别计算在次同步/超同步振荡期间线路工频功率变化值，根据步骤(2)中计算出的次同步/超同步频率对应的瞬时功率幅值和次同步/超同步振荡期间线路工频功率变化值，判断功率振荡保护元件是否动作；(5)根据步骤(3)中经滤波获取的三相电压、三相电流中的次同步/超同步振荡分量，分别计算该振荡线路在次同步/超同步振荡频率下的相阻抗，判断谐波阻抗保护元件是否动作；(6)根据步骤(3)中经滤波获取的三相电流中的次同步/超同步振荡分量实时数据，计算不同振荡频率下的功率幅值，根据振荡频率的电流分量幅值以及持续时间，判断谐波电流保护元件是否动作；(7)发生次同步/超同步振荡的各线路根据步骤(4)-(6)所得到本线路功率振荡保护元件、谐波阻抗保护元件、谐波电流保护元件是否动作的判断结果，确定是否发出线路保护动作信号即线路切除信号；(8)对于所有发出线路保护动作信号的各条线路，根据设定机制，依次跳...

【专利技术属性】
技术研发人员：常富杰，刘全，张涛，王莹莹，马永斌，孙小晶，赵伟华，
申请(专利权)人：北京四方继保自动化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11