基于高频突变量能量的直驱风场汇集线路保护方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于高频突变量能量的直驱风场汇集线路保护方法及系统，属于电力系统继电保护技术领域，解决了现有风场汇集线路保护在区内故障时耐过渡电阻能力差、区外故障时易误动的问题。包括当监测到直驱风场汇集线路故障发生时，获取故障前和故障后汇集线路保护安装处和各风机端口处的电压、电流，以及故障后的电角度；基于获取的信息得到汇集线路保护安装处和各风机端口处的高频突变量能量和动作门槛值，进而得到汇集线路保护安装处和各风机端口处的高频突变能量差异系数；根据得到的高频突变能量差异系数和故障识别判据，判断汇集线路故障类型，若故障类型为区内汇集线路故障，则启动保护动作，以实现对直驱风场的保护。以实现对直驱风场的保护。以实现对直驱风场的保护。

【技术实现步骤摘要】
基于高频突变量能量的直驱风场汇集线路保护方法及系统


[0001]本专利技术涉及电力系统继电保护
，尤其涉及一种基于高频突变量能量的直驱风场汇集线路保护方法及系统。

技术介绍

[0002]大规模风电通过电力电子设备并入电网，受换流器控制策略及其参数的影响，其故障暂态响应特征发生变化，表现为幅值受限、频率非工频、相角受控等，与同步电源存在较大差异。纯交流系统故障特征的保护方法对于直驱风场汇集线路已不再适用，因此，研究风电场经汇集线路送出的保护方法对实际系统安全运行具有重要的实际意义。
[0003]目前，根据用于判据构造的电气量为频域量还是时域量，将现有风电送出线路纵联保护分为基于时域量的线路纵联保护和基于频域量的线路纵联保护。其中，基于时域量的纵联保护指的是根据线路保护安装处采集的时域电气量信息，利用模型参数识别或波形特征等方法构造保护判据的方法；基于频域量的纵联保护指的是利用傅里叶变换、小波变换等方法提取线路保护安装处所采集电气量的频域特征，在此基础上构造保护判据的方法。然而，上述研究多集中于风电场送出线路保护，对大规模风电场经汇集线路送出的保护研究较为匮乏，已有的风场汇集线路保护存在为区内故障时耐过渡电阻能力差、区外故障时易误动的问题。

技术实现思路

[0004]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种基于高频突变量能量的直驱风场汇集线路保护方法及系统，用以解决现有风场汇集线路保护在区内故障时耐过渡电阻能力差、区外故障时易误动的问题。
[0005]一方面，本专利技术实施例提供了一种基于高频突变量能量的直驱风场汇集线路保护方法，包括以下步骤：
[0006]当监测到直驱风场汇集线路故障发生时，获取故障前和故障后汇集线路保护安装处和各风机端口处的电压、电流，以及，故障后的电角度；
[0007]基于所获取的信息，得到汇集线路保护安装处和各风机端口处的高频突变量能量和动作门槛值，进而得到汇集线路保护安装处和各风机端口处的高频突变能量差异系数；
[0008]根据所述汇集线路保护安装处和各风机端口处的高频突变能量差异系数和故障识别判据，判断汇集线路故障类型，若故障类型为区内汇集线路故障，则启动保护动作，以实现对直驱风场的保护。
[0009]进一步地，所述汇集线路保护安装处和各风机端口处的高频突变能量差异系数，表示为：
[0010][0011]式中，s
m
、s
wi
分别表示汇集线路上保护安装处和第i台风机端口处的高频突变能量差异系数；h为采样时间间隔，T为积分时间，N为总采样点数；Δu
Mφ
(j)、Δi
Mφ
(j)分别表示汇集线路上保护安装处在故障相φ相的第j个采样点的电压突变量和电流突变量，Δe
wiφ
(j)、Δi
wiφ
(j)分别表示汇集线路上第i台风机端口处在故障相φ相的第j个采样点的电压突变量和电流突变量；W
set
、W
wiset
分别表示汇集线路上保护安装处和第i台风机端口处的动作门槛值。
[0012]进一步地，所述故障识别判据包括：
[0013]若汇集线路上满足保护安装处的高频突变能量差异系数小于0，且每一台风机端口处的高频突变能量差异系数均大于0，则发生区内汇集线路故障；
[0014]若汇集线路上满足保护安装处的高频突变能量差异系数小于0，且任一台风机端口处的高频突变能量差异系数小于0，则发生区内风电机组故障；
[0015]否则，发生区外故障。
[0016]进一步地，通过下述方式确定汇集线路上保护安装处和第i台风机端口处的动作门槛值W
set
、W
wiset
：
[0017]W
set
＝max{W
nor
,W
m2max
}
[0018]W
wiset
＝max{W
wnor
,W
wimax
}
[0019]式中，W
nor
表示直驱风场稳态运行方式下端口能量，W
m2max
表示直驱风场末端风机短路最大运行方式下汇集线路保护安装处的突变量能量；W
wnor
表示直驱风场风机组稳态运行方式下端口能量，W
wimax
表示直驱风场汇集线路上第i台风机组端口故障突变量能量。
[0020]进一步地，所述直驱风场末端风机短路最大运行方式下汇集线路保护安装处的突变量能量W
m2max
，表示为：
[0021]W
m2max
＝∫Δu
Mmax
Δi
m2max
dt
[0022]式中，Δu
Mmax
为直驱风场末端风机短路最大运行方式下汇集线路上保护安装处的电压突变量；Δi
m2max
为直驱风场末端风机短路最大运行方式下汇集线路上保护安装处的电流突变量。
[0023]进一步地，所述直驱风场末端风机短路最大运行方式下汇集线路上保护安装处的电压突变量Δu
Mmax
，表示为：
[0024][0025]其中，
[0026][0027]Z
li
＝R
li
+jωL
li
，
[0028]Z
Tw
＝R
Tw
+jωL
Tw
，Z
w
＝1/Y
w
，
[0029][0030][0031][0032][0033][0034]式中，k
Tw
为风电机组换流变压器变比，R
li
、L
li
分别为汇集线路第i台风机组的电阻、电感，R
Tw
、L
Tw
分别表示风机组换流变压器电阻、电感；ω为角频率，u
f
为故障点为末端风机短路时的末端风机处的电压，n表示汇集线路上风机组的总数量，n>3；ω
p
、ω
s
分别为p次谐波角频率和基波角频率；E
s
为风机端口故障后稳态电压幅值；K
ppll
、K
ipll
分别为锁相环PI控制比例、积分系数；θ
u
为故障后电网实际电角度；K
gp
、K
gi
分别为电流环PI控制比例、积分系数；R
g
、L
g
分别为网侧变流器进线电抗器的等效电阻、电感；分别为稳态运行情况下d、q轴电流参考值，分别为故障后稳态运行情况下d、q轴电流参考值。
[0035]进一步地，所述直驱风场汇集线路上第i台风机组端口故障突变量能量W
wimax
，表示为：
[0036]W
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于高频突变量能量的直驱风场汇集线路保护方法，其特征在于，包括以下步骤：当监测到直驱风场汇集线路故障发生时，获取故障前和故障后汇集线路保护安装处和各风机端口处的电压、电流，以及，故障后的电角度；基于所获取的信息，得到汇集线路保护安装处和各风机端口处的高频突变量能量和动作门槛值，进而得到汇集线路保护安装处和各风机端口处的高频突变能量差异系数；根据所述汇集线路保护安装处和各风机端口处的高频突变能量差异系数和故障识别判据，判断汇集线路故障类型，若故障类型为区内汇集线路故障，则启动保护动作，以实现对直驱风场的保护。2.根据权利要求1所述的基于高频突变量能量的直驱风场汇集线路保护方法，其特征在于，所述汇集线路保护安装处和各风机端口处的高频突变能量差异系数，表示为：式中，s
m
、s
wi
分别表示汇集线路上保护安装处和第i台风机端口处的高频突变能量差异系数；h为采样时间间隔，T为积分时间，N为总采样点数；Δu
Mφ
(j)、Δi
Mφ
(j)分别表示汇集线路上保护安装处在故障相φ相的第j个采样点的电压突变量和电流突变量，Δe
wiφ
(j)、Δi
wiφ
(j)分别表示汇集线路上第i台风机端口处在故障相φ相的第j个采样点的电压突变量和电流突变量；W
set
、W
wiset
分别表示汇集线路上保护安装处和第i台风机端口处的动作门槛值。3.根据权利要求1所述的基于高频突变量能量的直驱风场汇集线路保护方法，其特征在于，所述故障识别判据包括：若汇集线路上满足保护安装处的高频突变能量差异系数小于0，且每一台风机端口处的高频突变能量差异系数均大于0，则发生区内汇集线路故障；若汇集线路上满足保护安装处的高频突变能量差异系数小于0，且任一台风机端口处的高频突变能量差异系数小于0，则发生区内风电机组故障；否则，发生区外故障。4.根据权利要求2所述的基于高频突变量能量的直驱风场汇集线路保护方法，其特征在于，通过下述方式确定汇集线路上保护安装处和第i台风机端口处的动作门槛值W
set
、W
wiset
：W
set
＝max{W
nor
,W
m2max
}W
wiset
＝max{W
wnor
,W
wimax
}式中，W
nor
表示直驱风场稳态运行方式下端口能量，W
m2max
表示直驱风场末端风机短路最大运行方式下汇集线路保护安装处的突变量能量；W
wnor
表示直驱风场风机组稳态运行方式下端口能量，W
wimax
表示直驱风场汇集线路上第i台风机组端口故障突变量能量。5.根据权利要求4所述的基于高频突变量能量的直驱风场汇集线路保护方法，其特征
在于，所述直驱风场末端风机短路最大运行方式下汇集线路保护安装处的突变量能量W
m2max
，表示为：W
m2max
＝∫Δu
Mmax
Δi
m2max
dt式中，Δu
Mmax
为直驱风场末端风机短路最大运行方式下汇集线路上保护安装处的电压突变量；Δi
m2max
为直驱风场末端风机短路最大运行方式下汇集线路上保护安装处的电流突变量。6.根据权利要求5所述的基于高频突变量能量的直驱风场汇集线路保护方法，其特征在于，所述直驱风场末端风机短路最大运行方式下汇集线路上保护安装处的电压突变量Δu
Mmax
，表示为：其中，Z
li
＝R
li
+jωL
li
，Z
Tw
＝R
Tw
+jωL
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马静，赵文越，徐艺桐，聂珍存，熊剑，张辉疆，黄擎，周保军，陈久奇，王剑波，花凤，罗淞，
申请(专利权)人：国网伊犁伊河供电有限责任公司，
类型：发明
国别省市：