考虑低电压穿越的海上风电继电保护方案研究

考虑给电网故障保护切除预留时间、风电场内部故障保护切除预留时间,提出了计及低电压穿越的海上风电场继电保护整定方案,分析了海上风电机组本体保护和35 kV集电海缆的保护。通过对海上风电机组箱变低压侧故障、海上风电机组低电压保护与低电压穿越的配合、35 kV集电海缆故障等进行保护动作时序的ETAP仿真分析,验证了该方案的可靠性,以期应用到工程实践中。     

基于低电压穿越能力的风电并网点继电保护的研究

在分析各国有关风电场继电保护配置情况的基础上,指出了在风电场保护动作切除产生的故障之前,风电机组已经脱网,没有考虑风电机组对系统的作用。其次,对所构建的风电机组低电压穿越(LVRT)能力及其相关系统继电保护之间配合的实现进行深入分析研究,并验证输电系统继电保护以及风电场自身保护所应有的配合关系。为了防止具有LVRT能力的风力发电机(以下简称风机)投入系统导致传统的继电保护误动,提出在风机并网点采用电压电流保护的方法。电网发生故障或波动引起电流衰减,采用低电压保持的延迟电流保护来消除双馈异步风力发电机短路电流衰减对保护的影响。利用该保护对搭建的系统图进行仿真,得出保护跳闸情况,并与传统的保护进行分析对比。     

一起风电场解列保护拒动的分析及改进措施

集中式并网风电一方面要防止在系统轻微故障时机组脱网,另一方面在风电场升压站本侧送出线故障时要求能迅速解列。针对工程中一起典型的风电场升压站本侧送出线接地故障后解列保护拒动的事故进行了分析,遵循风电场低电压穿越特性,通过增加进线保护动作辅助判据,对低压解列保护进行了改进。改进后保护即可在系统轻微故障时保障风机不脱网连续运行,维护了并网风机的经济效益;同时又保证了在风电场升压站本侧送出线故障时可迅速解列风电,提高了电网的安全稳定性。     

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。     

具有低电压穿越能力的集群接入风电场故障特性仿真研究

结合风电机组的结构和并网原理,对直驱风电机组提出了"卸荷电路+无功补偿"的低电压穿越改进控制方法,对双馈风电机组采用了DC-Chopper和SDBR(series dynamic braking resistor)代替Crowbar的低电压穿越改进控制方法。以PSCAD为平台分别构建了具备低电压穿越能力的直驱风电机组和双馈风电机组的并网仿真模型;结合风电并网技术规程,采用电压跌落器仿真验证了直驱、双馈风电机组在电网电压跌落下的低电压穿越能力。参照新疆达坂城实际风电场群接入系统方案,构建了包含具备低电压穿越能力的直驱、双馈风电机组的集群风电场仿真算例,研究了风电场送出线故障、集群风电场送出线电压跌落、系统线路电压跌落时风电场群故障穿越特性。仿真结果表明:集群接入风电场送出线电压跌落会影响相邻风电场及系统的电压和频率,故障结束后整个风电接入系统可以在风电接入技术规程要求的时间内恢复至稳态运行状态。研究成果有助于分析风电大规模集群接入系统的运行特性,提高电力系统对风电的接纳能力。     

风电场内风电机组连锁脱网机理与低电压穿越能力研究

在江苏地区各风电场相关参数及低电压穿越能力测试数据的基础上,在DIgSILENT中对基于双馈风电机组的大规模风电场进行建模,可详细描述风电场内各风机低电压穿越的动态特性。在不同的电压跌落场景下,对风电场内部各风电机组的不同故障反应特性进行比较分析,确定整个风电场的低电压穿越能力并得出规律性结论。通过严重故障仿真得到风电场内部风机的脱网时序分布,分析了风机之间交互影响机理与连锁脱网的详细过程。最后,提出适当提高撬棒保护整定值、网侧变换器灵活运行和采用SVC等装置进行动态无功补偿可以提高风电场低电压穿越能力。     

风机低电压穿越控制对系统暂态过电压的影响及优化

特高压直流输电工程及近区大规模风电场的陆续投运使系统交直流故障扰动后的暂态过电压问题愈发凸显,严重威胁交直流设备安全,已成为严重制约特高压直流输电能力及风电场并网功率的关键因素,其中风电机组在系统交直流故障扰动后低电压穿越过程中的有功/无功功率动态特性是引起系统暂态电压进一步升高的重要因素。鉴于此,结合我国风电机组并网技术规范,首先阐明了风电场在电网故障穿越过程中的控制切换逻辑,并详细分析了风电机组在低电压穿越期间及恢复过程中的暂态有功及无功输出特性。其次,探讨了风电场低穿过程恶化系统暂态过电压的作用机制,在此基础上,对比分析了不同低穿控制方式对风电机组功率特性及对系统暂态电压的影响,并指出了敏感影响因素。最后,提出了风电机组低穿控制性能优化建议,可用于指导实际并网风电机组低穿控制策略优化,以有效抑制系统暂态过电压水平。     

风电场低电压穿越能力的规定

问：风电场低电压穿越能力的规定有哪些？ 答：风电机组低电压穿越是指当电网故障或扰动引起风电场并网点的电压跌落时,存一定的电压跌落范围内,风电机组能够保证不脱网连续运行。具有低电压穿越能力的风电场有利于整个电网的稳定与安全。     

海上风电集群与火电打捆外送系统低电压穿越特性

海上风电集群与火电打捆外送系统的低电压穿越问题的研究具有重要的理论和实际意义。基于此,针对某海上风电集群与火电打捆实际规划场景,首先提出了风电集群中非故障风电场会恶化故障风电场低电压穿越的电网环境,风电集群对电网的低电压穿越支撑能力的要求更高。然后,从火电机组对系统短路比的提升作用和火电机组的无功支持作用2个方面,揭示了火电机组对海上风电集群的低电压穿越提升作用。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了某实际规划的海上风电集群与火电打捆外送场景,从时域角度证明上述理论分析的合理性。     

海上风电场故障特性及保护配合的研究

一般海上风电场所选用设备和线路与陆上风电场有所不同,有必要对海上风电场的继电保护配置进行专门研究。利用ETAP仿真软件对风电场内元件及送出线故障时各元件的短路电流和机端电压跌落情况进行分析,并研究海上风电场本身特征和故障特性。在多个风电场并网时,风机会提供不容忽视的短路电流,短路点成为双侧电源供电。为此,考虑其特性及风机低电压穿越能力,提出海上风电场各元件和线路的保护配置方案及其整定原则。并对ETAP软件上搭建的某海上风电场模型进行保护及动作时序配合的仿真,验证了所提保护配置方案及动作时序的正确性和合理性。     

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。     

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。     

风力发电机集团式接入电力系统的故障特征分析

我国风电场多为集团式接入电力系统,风电场并网对系统安全运行及继电保护正确动作的影响越来越突出.由于风电场的容量相对较小,而且风机出口电压很低,从高压侧来看,风力发电机、箱式变压器及相应低压电缆相当于一个很大的限流电抗,即风电场侧的正负序等值阻抗远远大于系统侧的等值阻抗;对于零序网络,风电场主变压器的中性点直接接地,故障期间风电场侧的零序等值阻抗仅包括输电线路与主变的零序阻抗.因此风电场侧保护背侧的正负序阻抗远大于零序阻抗,属于典型的弱馈电源系统,风电场侧保护感受到的故障电流几乎全部为零序分量,非故障相电流在幅值与相位上均与故障相电流近乎相同,使保护的正确动作受到很大影响.以某风电场送出线故障为例,对风电场接入后,风电场侧保护感受到几乎全部零序故障电流而不正确动作的现象进行了分析,并在 PSCAD/EMTDC 下建立了实际风电场模型,对这一现象进行了仿真再现,并对其影响因素进行了分析     

考虑风电机组馈入电流的风电场汇集线路保护整定计算方法

现行风电场馈线电流保护的整定计算,按照馈线末端有灵敏性整定,当弱电网接入且馈线较长时将造成高灵敏度和低选择性,存在保护误动风险。首先分析了低电压穿越对风电机组短路电流的影响,研究了影响风电机组短路电流的主要因素。然后介绍了风电场典型的保护配置,将风电场场内进行了保护区域划分,研究了馈线电流保护的保护配置规则。接着分析了风电场馈线电流保护的误动风险,以及馈线首端风电机组故障和相邻馈线首端故障时馈线电流保护误动产生的原因。基于上述理论分析,提出了考虑风电机组馈入电流的保护整定计算二次验证法,并给出了计算实例。     

风电场110kV单回送出线主动探测式三相重合闸方法

风电场110 kV单回送出线因故障而三相跳闸后,输电线路电磁能量迅速衰减,给故障性质识别带来了很大困难,且风电场失去与系统连接后处于孤岛状态,由于功率阻滞,孤岛系统的电压、频率迅速失稳导致切机。提出利用风机变流器向送出线注入低电流实现故障性质识别的方法,在风电机组切机后,先闭合一台风机主断路器和送出线靠近风电场一侧的断路器,短时导通风机网侧变流器电力电子器件,使得其直流侧电容向交流线路放电,利用电流积分特征构造保护判据实现故障性质识别,并提出风电场110 kV单回送出线主动探测式三相自适应重合闸方案。通过PSCAD/EMTDC仿真验证了故障性质识别和主动探测式重合闸方案的正确性。     

基于波形相似度因子的双馈风电场送出线路单相接地保护

提出了一种基于波形相似度因子的双馈风电场送出线路单相接地保护方法。推导出电网故障下的风力发电机端口短路电流表达式,分析风电送出线路故障后故障电流的暂态特性。在此基础上,建立了风电送出系统的0模瞬时值模型。然后,利用区内外故障时模型差异特征构造0模电压波形相似度因子,进行故障定位。最后,通过仿真验证了该方法在各种单相接地故障情况下,均能正确识别区内外故障,不受过渡电阻和频率偏移影响。     

双馈集群汇集站主变及送出线路继电保护研究

传统风电场主变、送出线路保护配置多从系统角度考虑,存在保护动作的选择性、灵敏性问题。尤其是风电集群汇集站主变、送出线路保护适应性问题亟待于进一步研究。为此,结合新疆实际电网结构,考虑双馈风电场故障电流、电压特征,理论分析故障电流频率偏移对差动保护的影响。仿真分析双馈集群风电场接入对汇集站主变相量值差动、采样值差动保护及送出线路不同类型保护的影响。依此提出双馈集群汇集站主变、送出线路保护的相应完善措施,为解决当前电网面临的实际问题提供参考。