一种抗暂态超越的集群风电送出线时域方程模型误差修正距离保护

双馈风电系统谐波含量高、频率偏移、弱馈性等故障特征造成传统工频距离保护存在适应性问题;时域距离保护在风电短距离送出线路中适应性较好,但在风电长距离送出线中受分布电容的影响易发生距离I段暂态超越现象。提出一种抗暂态超越的集群风电送出线时域方程模型误差修正距离保护。从长距离送出线距离保护适应性角度出发,分析基于集中参数线路模型的时域方程模型误差,提出基于时域方程模型误差的时域距离保护测量电抗修正方法,并考虑过渡电阻参数的影响,构建适用于集群风电长距离送出线距离保护动作判据。通过新疆某地区集群双馈/直驱集群风电送出线发生故障时的实验数据,测试验证了所提出的时域方程模型误差修正距离保护能较好地适用于各类型集群风电长距离送出线,有效地避免距离I段区外发生故障时的暂态超越现象,并且抗过渡电阻性能良好。     

适应于风电接入系统的抗高阻接地时域方程距离保护研究

双馈风电接入系统带来的高次谐波、频率偏移等故障特性使传统工频量距离保护适应性存在问题。基于时域距离保护原理较适用于风电系统送出线,但在送出线发生单相经高阻接地故障时,易发生距离I段区内拒动现象,保护适应性存在问题。提出了一种抗高阻接地时域方程距离保护原理。基于时域距离保护原理,通过对时域方程进行重构,增加过渡电阻待识别量,从原理上解决了时域距离保护未充分考虑过渡电阻所带来的不利影响的问题。仿真结果表明,该原理能较好地适用于风电系统送出线,并且有效地避免了风电系统送出线距离I段区内发生单相经高阻接地故障时距离保护拒动的现象。     

适应于集群风电送出线的参数识别时域距离保护研究

为解决传统工频距离保护原理在集群风电送出线发生单相经高阻接地故障时的适应性问题,提出适应于集群风电送出线的参数识别距离保护原理。该原理将时域零序故障分量网络中的故障点后等效为阻感模型,将时域零序故障分量网络与时域全量网络相结合,建立基于参数识别的时域故障测距公式。其中包含过渡电阻和故障距离等4个待识别量,通过引入最小二乘法对待识别量进行求解,进一步得到故障距离,实现保护动作。仿真结果表明,该原理较适应于集群风电中长距离送出线,并且在送出线发生单相经高阻接地故障时,保护能够准确动作。     

基于时域全量故障模型相关性判别的集群风电送出线纵联保护

集群风电系统的等效阻抗因其多变的运行方式及控制策略而难以维持稳定,导致利用故障分量构成的模型识别纵联保护原理不再适用。提出利用时域全量故障模型识别纵联保护原理,对集群风电送出线区内外故障的时域全量故障模型特征进行分析,由分析可知差动电压、电流时域全量信息在区内故障时呈现阻感特征、区外故障时呈现电容特征,由此分别提出基于阻感模型和电容模型相关性判别的保护方案,进而构建了2套保护的相关性判别式和保护判据。仿真结果表明,基于阻感模型和电容模型识别方法的时域全量故障模型相关性判别纵联保护均能适用于集群风电送出线。     

风电场送出线等传变距离保护

分析了具备低电压穿越(LVRT)能力的双馈式风电场送出线路故障暂态特性。风电送出线路风场侧保护测得的电压与电流主要频率分量不一致,致使传统的依据工频电压、电流相量的距离保护元件动作性能受到严重影响,无法正常工作。基于输电线路时域模型的解微分方程算法不涉及信号的频域信息,可以克服送出线电压、电流主频不同带来的影响,但受高频分量的影响较大。等传变距离保护相较传统的解微分方程算法,增加了低通滤波及故障点电压重构两个环节,显著改善了算法的测距性能。PSCAD/EMTDC仿真结果表明,线路不同位置处发生不同类型故障时,等传变距离保护算法均可以实现快速、准确测距。     

计及对端系统参数和送出线路分布参数影响的 风电系统时域距离保护

为解决现有时域距离保护在风电并网系统长线距离I段末端发生高阻接地故障时存在的局限性,在分布参数模型的基础上计及对端系统参数,提出了一种适用于风电系统长线的时域距离保护新原理。讨论了现有时域距离保护在长线影响和对端系统影响下的保护性能。在计及长线的分布参数效应的基础上,将近端电气量归算至长线距离I末端补偿点。在补偿点与故障支路之间构建计及对端系统参数的时域故障回路方程,联立方程获得故障发生位置。结合保护整定值,实现距离保护判据。仿真结果表明,提出的保护原理考虑了长线分布参数影响适应于较长的送出线路。另外,考虑了对端系统影响,当长线距离I段末端发生300 Ω过渡电阻接地故障时,保护仍能正确动作,受采样率等干扰因素影响较小。     

适应于双馈风电场送出线的时域距离纵联方向保护

针对基于傅里叶算法的距离纵联方向保护应用于双馈风机接入系统会受频偏特性影响这一问题,分析了双馈风机短路电流特性对传统距离方向元件的影响。考虑到双馈风电场的频偏特性,运用了一种时域保护原理,即通过采集双馈风电场送出线两端保护安装处电压、电流时域信息,利用递推最小二乘法辨识出两端保护装置感受到的电阻、电感,将时域距离保护II段作为方向判别元件实现时域距离纵联方向保护。仿真结果表明,该方法不受风电场侧短路电流频偏特性的影响,能准确、快速判断出故障方向,且具有较强的抗过渡电阻能力,提高了双馈风电场送出线纵联方向保护的动作可靠性。     

基于参数识别的长输电线路接地距离保护算法

针对长输电线路补偿算法采用传统距离保护测距方程后耐过渡电阻能力不强,在保护范围末端发生高阻接地故障时保护容易超越的问题,提出了一种新的基于参数识别的时域长输电线路接地距离保护算法。故障发生后,采用引入插值法的Bergeron模型,利用保护安装处的电压电流来计算线路末端的电压电流,在线路末端应用所推导出的可用于长输电线路分布参数的具有3个系数的时域解微分方程算法来计算故障距离。当计算距离小于保护整定距离时,判为区内故障,保护动作跳闸;否则,保护不动作。理论分析和仿真实验证明,该算法不受长输电线路分布电容和故障暂态的影响,动作速度快,耐过渡电阻能力强,在300km长输电线路、300Ω过渡电阻条件下,保护可靠动作,不会发生超越。     

基于参数识别的时域长线距离保护

对于传统距离保护用于远距离输电时受线路分布电容影响存在暂态超越的问题,给出了一种基于参数识别的时域距离保护新算法.在分布参数线路模型下,根据保护安装处电压、电流计算出保护整定点的电压、电流,再根据微分方程距离保护算法判别区内、区外故障,并利用插值法解决了长线距离保护在低采样频率下无法计算沿线电压、电流分布的问题.仿真结果表明,在特高压长线路末端故障情况下仍能够正确判别区内、区外故障,有效地防止了暂态超越.该方法对采样频率要求不高,不受线路分布电容和非周期分量的影响,提高了长线距离保护的动作可靠性.     

考虑频变参数的高压直流输电线路距离保护

提出了一种基于频变参数模型的高压直流输电线路距离保护方法。该方法的主要原理是将线路的频变参数特性用补偿矩阵表征,从而将频变参数模型传输矩阵分解为理想分布参数模型传输矩阵与补偿矩阵的级联,并在实际应用中将该补偿矩阵用有限冲激响应(FIR)滤波器实现。在此基础上,用保护安装处的电压电流准确地计算保护整定点处的电压电流;然后,以整定点为观测点,通过解时域微分方程求得故障距离。所述算法提高了直流线路末端故障的测距精度,容易在时域实现且动作快速,显著改善了高压直流输电线路距离保护的动作性能。     

Impact Analyses of Wind Farm on Performances ofTransmission Line Relay Protection

A simulation system for power grid with concentrated large-scale wind farm integration is established based on the electro-magnetic transient model of wind turbine equipped with doubly-fed induction generator (DFIG),which is built by real-time digital simulator (RTDS).Using the hardware communication interface of RTDS,a closed-loop testing experiment is accomplished to study the impacts of large-scale wind farms on the existing relay protection devices for wind farm outgoing transmission line.This paper points out problems existing in current relay protection devices as follows:fault phase selector can select unwanted phase due to the changes of fault features caused by special network connection of wind farms;blocking condition for distance protections needs to be re-examined due to the weak power-feed characteristics of wind farms;and power frequency parameter based relay protection devices cannot accurately operate due to the special transient voltage and current characteristics of wind farms during fault period.Results lay the foundation for improving the performances of the existing relay protection device and developing new principle relay protection.     

风电接入对继电保护的影响综述

对国内外风电接入后对电网继电保护的影响问题进行了综述。分析了不同类型风电机组的故障特征、短路电流特性以及影响风电场短路电流的因素。分别论述了风电接入对送出变压器、送出线路以及配电网继电保护的影响。基于风电接入系统继电保护的性能,总结了风电接入系统继电保护存在的不协调问题及相应的解决方案。建议后续研究应基于风电场的低电压穿越特性加强风电系统故障特性研究,重视风电场自动控制系统和电网继电保护与安全自动装置的配合,研究机组保护与风电场保护、系统保护之间的协调配合,全面解决风电系统继电保护面临的问题。     

A Distance Protection Relay for a 1000-kV UHV Transmission Line

A traditional distance protection relay uses a lumped parameter model of the transmission line. For a long 1000-kV UHV line with large distributed capacitance, such a simplified line model is inadequate and can cause malfunction of the relay due to large errors in the impedance measurement. This paper presents a new line model for a distance relay and the procedure of reliable fault impedance measurement and relay setting. It describes the proposed application of the relay developed to a 645-km 1000-kV UHV transmission line including shunt reactor compensation, which is currently being constructed in China. Tests are carried out on an RTDS (real time dynamic system) to evaluate the relay performance, showing significant improvement compared to a more traditional distance relay. The new distance relay is shown to satisfy the requirement of 1000-kV UHV transmission line protection.     

具有低电压穿越能力的风电接入电力系统继电保护的配合

具备低电压穿越能力的风电机组要求在一定的故障条件下不脱网,需要相关继电保护与之配合。详细分析了风电场送出线以外输电系统元件故障、风电场送出线故障、风电场内部电网故障以及风电机组本体故障情况下,输电系统保护以及风电场内部保护应有的配合关系。进一步分析了当前集中式接入风电场的继电保护配置,指出风电机组保护及变流器保护选择性不强,在风电场内部保护或系统保护动作切除故障之前,风电机组已经脱网,而且将风电网等同于单侧电源的配电网,没有考虑风电机组对短路的贡献。最后分析了单风电机组本体保护、风电场主变保护、风电场送出线保护需要进行的改进,以保证低电压穿越能力的发挥,并指出各保护需要注意的问题。     

Residual Compensation for Ground Impedance Relay With Applications in UHV Transmission Lines

The impedance algorithm in distance protection for high voltage (HV) and extra high voltage (EHV) lines, although neglecting the influence of shunt capacitance, is able to produce satisfactory performance. However, the accuracy of the algorithm is significantly reduced when applying to ultra high voltage (UHV) lines due to the larger P.U. line shunt capacitance and longer transmission radius. Therefore, the distributed parameter model should be adopted, and the relay should be set based on the hyperbola function between measuring impedance and the fault distance. However, how to define and set the indexes in relay ever defined with lumped parameters, such as the residual compensation coefficient, is still unresolved. In response to this question, the paper models the UHV system with distributed parameters and introduces the concept of virtual equivalent line length controlled by zero sequence system impedance, and then proposes a novel residual compensation coefficient. Case studies and RTDS tests show that the relay with proposed coefficient offers good performance for the simulated cases. The results also can be extended into other applications, such as the design of zero sequence reactance relay, fault location, fault phase selection, power swing blocking, and load blocking components.      

风场及其送出线保护配置与整定研究

现有风场及其送出线保护多从保障风机或各元件自身安全角度进行简单配置整定,可能存在保护范围不明确,选择性和灵敏性未进行系统校验等问题。结合风电故障特征,给出了风电场提供故障电流最大值的简化计算公式,提出了兼顾风机安全与系统可靠性的风场及送出线保护配置与整定原则。并以吉林某风场为例,尝试给出了风机、箱变、集电线、母线、主变在内的风场及其送出线保护的配置原则,定量化校验了集电线路电流保护配置与整定的合理性。