一种适用于风电场送出线路的时域距离保护方法技术

本发明专利技术公开了一种风电场送出线路的时域距离保护方法，具体包括以下步骤：采集相电压、相电流以及零序电流的瞬时值，各自组成信号数列；将信号数列构造成Hankel矩阵并对其进行奇异值分解，提取信号数列对应的分量信号；计算线路发生故障后对应的保护安装处的微分方程，利用差分法得到以故障点到保护安装处线路的正序电阻和电感为未知量的微分方程；将各电气量的分量信号中元素代入方程并求解，得到电阻参数估计值和电感参数估计值，根据采样数据计算准确的电阻参数和电感参数。本发明专利技术在发生各种故障类型下，都能快速和准确的识别风电场送出线路发生的故障，尤其适用于有双馈风力发电机的风电并网系统。机的风电并网系统。机的风电并网系统。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于风电场送出线路的时域距离保护方法


[0001]本专利技术涉及一种电力系统继电保护方法，尤其涉及一种适用于风电场送出线路的时域距离保护方法。

技术介绍

[0002]输电线路需要配置保护以降低事故发生的风险，目前，风电场送出线路仍然采用传统的保护方案，远距离输送风电场的电能的110kV及以上输电线路其送出线路的保护配置通常依照常规系统进行配置，采用基于傅式算法的距离保护通常作为送出线路的主保护或后备保护，忽略了风电场并网系统的特殊故障性质。
[0003]双馈风力发电机(DFIG)目前被广泛应用于风电并网系统，然而其故障特性复杂不同于同步发电机，给传统继电保护的适用性带来了很大挑战，双馈风力发电机本身提供的短路电流只包含正、负序分量，并由衰减直流分量、转速频率的衰减交流分量以及稳态工频分量三部分构成。当电压跌落较深时，DFIG提供的短路电流将以暂态直流分量和转速频率的暂态交流分量为主。DFIG转速变化范围一般为0.7～1.3pu，因而故障发生初期，DFIG提供的电流主要频率分量为风机转速决定的35～65Hz交流分量，其难以被低通滤波器滤除，致使工频傅式算法无法准确提取基频相量幅值和相位，无延时动作的距离保护段动作性能可能无法得到保证，基于傅式算法的距离保护应用在送出线路风场侧时，会出现性能劣化。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对上述现有技术的缺陷，本专利技术提供一种适用于风电场送出线路的时域距离保护方法，对于有双馈风力发电机的风电并网系统，能够克服风电场特殊故障特性的影响，保障系统的运行安全。
[0005]技术方案：本专利技术的适用于风电场送出线路的时域距离保护方法包括如下步骤：
[0006]S1、采集故障后1个周期内风电场侧被保护线路上的零序电流、三相电流与三相对地电压瞬时值的信号数列，构造Hankel矩阵；
[0007]S2、对步骤S1中构造的Hankel矩阵进行奇异值分解，将奇异值分解后的矩阵首个奇异值对应的分量矩阵的首个行向量与最后的列向量的转置连接，得到原始信号数列的分量信号数列；
[0008]S3、建立线路发生故障后对应的保护安装处的微分方程，对微分方程进行观测，计算各误差的平方和；
[0009]S4、求解使各误差的平方和有最小值时的电阻参数估计值和电感参数估计值，得到电阻参数估计值和电感参数估计值的计算公式；
[0010]S5、对电阻和电感值进行采样，根据采样值计算故障点到保护安装线路的正序电阻和电感。
[0011]步骤S3包括以下步骤：
[0012]计算线路发生故障后对应的保护安装处的微分方程，如下式所示。
[0013][0014]式中u、i分别为保护安装处测量的电压、电流瞬时值，R、L分别为故障点到保护安装处线路的正序电阻和电感，取两个点建立下列微分方程组：
[0015][0016]式中下标1、2分别代表故障点1和2；为表达简便，用D1代替D2代替求解上述微分方程组有：
[0017][0018]取两个不同的采用时刻t
k
、t
k+1
，对应的测量电压、电流采样值分别为u
k
、u
k+1
、i
k
、i
k+1
，为简化公式表达，设y
k
＝(u
k
+u
k+1
)/2，x
k
＝(i
k
+i
k+1
)/2，D
k
＝(i
k+1-i
k
)/T
s
，建立下列差分方程：
[0019]y
k
＝Rx
k
+LD
k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0020]对于接地故障，以A相接地故障为例，微分方程中代入的电压为A相对地电压，电流为带有零序电流补偿的A相电流，有：
[0021][0022][0023][0024]上式中，u
ak
、u
ak+1
及i
ak
、i
ak+1
、i
0k
、i
0k+1
分别为分量信号与中t
k
、t
k+1
时刻对应的元素；K
R
与K
L
分别为零序电阻补偿系数和零序电抗补偿系数，且有
[0025]对于相间故障，以AB两相故障为例，微分方程中代入的电压为AB相间电压，电流为AB相间电流，则：
[0026][0027][0028][0029]上式中u
bk
、u
bk+1
及i
bk
、i
bk+1
分别与中对应t
k
、t
k+1
时刻的元素。
[0030](5)对式(3)进行N次观测，各误差的平方和为：
[0031][0032]进一步地，步骤S4包括以下步骤：
[0033]分别对R和L求偏导并使之等于零，则有：
[0034][0035][0036]联立上式(12)与(13)进行求解，得到电阻参数估计值和电感参数估计值的计算公式：
[0037][0038][0039]步骤S4包括以下步骤：根据每周波采样点的数量将采样点分为i组，得到不同时刻i的电阻和电感值，分别记为R(i)和L(i)，第1组为当前时刻，第i组为历史时刻，在获得一个完整采用周期的数据后，采用如下算法获取最终进入距离保护计算的R和L：
[0040][0041][0042]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：通过对采集到电气量生成的信号数列构造Hankel矩阵并进行奇异值分解，得到各电气量的分量信号，减小了误差和噪声的干扰；算法不受频域信息的影响，从原理上克服了双馈风电场送出线路发生故障时风场侧短路电流存在的衰减的转速频率分量的影响，能够准确计算故障距离，性能要优于基于傅式算法的距离保护，随着时间的推移，计算故障距离所用的数据越来越多，保证了计算结果的精确。
附图说明
[0043]图1为本专利技术实施例含双馈风电场的电网等值模型。
具体实施方式
[0044]下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0045]步骤1：通过测量元件，采集被保护线路上的零序电流、三相电流与三相对地电压，采样频率为T
s
，共采集故障后1个周期内电流与电压瞬时值，得到N个采样点，然后将采样点生成信号数列。
[0046]步骤2：将生成的信号数列构造Hankel矩阵，并对构造的Hankel矩阵进行奇异值分解后，得到信号数列的分量信号，具体步骤如下：
[0047]设由采集到的ABC三相电流生成的信号数列分别为I
a
、I
b
与I
c
，三本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于风电场送出线路的时域距离保护方法，其特征在于包括如下步骤：S1、采集故障后1个周期内电流与电压瞬时值的信号数列，构造Hankel矩阵；S2、对步骤S1中构造的Hankel矩阵进行奇异值分解，将奇异值分解后的矩阵首个奇异值对应的分量矩阵的首个行向量与最后的列向量的转置连接，得到原始信号数列的分量信号数列；S3、建立线路发生故障后对应的保护安装处的微分方程，对微分方程进行观测，计算各误差的平方和；S4、求解使各误差的平方和有最小值时的电阻参数估计值和电感参数估计值，得到电阻参数估计值和电感参数估计值的计算公式；S5、对电阻和电感值进行采样，根据采样值计算故障点到保护安装线路的正序电阻和电感。2.根据权利要求1所述的适用于风电场送出线路的时域距离保护方法，其特征在于，所述信号数列包括风电场侧被保护线路上的零序电流、三相电流与三相对地电压。3.根据权利要求1所述的适用于风电场送出线路的时域距离保护方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：计算线路发生故障后对应的保护安装处的微分方程，如下式所示：式中u、i分别为保护安装处测量的电压、电流瞬时值，R、L分别为故障点到保护安装处线路的正序电阻和电感，取两个点建立下列微分方程组：式中下标1、2分别代表故障点1和2；为表达简便，用D1代替D2代替求解上述微分方程组有取两个不同的采用时刻t
k
、t
k+1
，对应的测量电压、电流采样值分别为u
k
、u
k+1
、i
k
、i
k+1
，为书写简单，设y
k
＝(u
k
+u
k+1
)/2，x
k
＝(i
k
+i
k+1
)/2，D
k
＝(i
k+1-i
k
)/T
s
，建立下列差分方程：y
k
＝Rx

【专利技术属性】
技术研发人员：崔力心，梅姚，周治伊，王永年，牛浩明，倪赛赛，张大伟，孙贺斌，唐维，陆洋，黄晓夏，
申请(专利权)人：国网甘肃省电力公司国家电网有限公司国电南瑞科技股份有限公司国电南瑞南京控制系统有限公司，
类型：发明
国别省市：