风电场运行参数变化对其出口输电线路距离保护的影响

在我国,风电场出口输电线路配置有距离保护,由于过渡电阻的存在,保护动作特性仍然会受系统运行参数的影响。概述了风电场接入电力系统对继电保护影响的研究现状,分析了双馈风机的短路特性并介绍了风电场的保护配置,用VC++开发了计及潮流与过渡电阻的电力系统短路计算软件。含东台风电场的系统算例表明：过渡电阻一定时,风机有功出力、功率因数增大,则保护测量电抗减小,甚至可能出现负值;风机并网数量在不同故障类型时对测量阻抗影响不同;当采用工频变化量继电器后,风电场运行参数变化对保护的影响近乎为零。     

风电场运行参数变化对其出口输电线路距离保护的影响

在我国,风电场出口输电线路配置有距离保护,由于过渡电阻的存在,保护动作特性仍然会受系统运行参数的影响.概述了风电场接入电力系统对继电保护影响的研究现状,分析了双馈风机的短路特性并介绍了风电场的保护配置,用vc++开发了计及潮流与过渡电阻的电力系统短路计算软件.含东台风电场的系统算例表明:过渡电阻一定时,风机有功出力、功率因数增大,则保护测量电抗减小,甚至可能出现负值;风机并网数量在不同故障类型时对测量阻抗影响不同;当采用工频变化量继电器后,风电场运行参数变化对保护的影响近乎为零.     

改进的比幅式工频变化量距离继电器方案

从实用的角度出发,提出改进的比幅式工频变化量距离继电器方案.通过综合阻抗继电器和电抗继电器的优点,即适当调整补偿电压故障量的大小,使新方案具有一定的耐受过渡电阻能力和抗干扰能力.对受端继电器,提出仅利用保护安装处的电压变化值构成同相点切换判据,可以有效降低系统参数的影响.由于同相点切换后,保护判据动作方程改变,因此在同相点前后,补偿电压的调整方向应该相反.仿真结果表明,弱电抗分量电抗继电器方案具有较好的性能,并且其保护范围和反应接地电阻的能力可以通过改变补偿电压值进行调节.     

影响风电场联络线距离保护的因素及解决措施

结合风电运行特点,分析了风电场联络线阻抗圆动作特性,研究了风电场联络线采用传统距离保护存在的问题。建立了风电场联络线测量阻抗的数学模型,研究了运行参数对测量阻抗的影响。仿真研究了故障后风电场联络线两侧电流、电压的频谱特点及其对距离保护的影响。提出联络线采用自适应距离保护的方案。在PSCAD中构建风电场并网仿真模型,对比传统距离保护和自适应距离保护在故障时的动作特性,仿真结果表明在风电场联络线上采用自适应距离保护能够避免传统距离保护的缺陷,适应风电场多变的运行方式,消除风电场侧非工频电流、电压对保护造成的影响。     

基于阻抗轨迹估计的自适应相间距离继电器

在双电源系统中，由于对侧系统助增电流的影响，保护测量到的阻抗会偏离故障线路的实际值，从而引起距离保护发生超越或缩短保护距离。正向经过渡电阻故障时，距离保护测量阻抗随着过渡电阻变化的轨迹可以利用故障前保护测量到的电压、电流，经过估算得到。通过对阻抗变化轨迹公式的推导和分析，提出一种基于阻抗轨迹估计的自适应四边形距离继电器的原理及实施方案。该继电器利用故障前系统正常运行时电压和电流的测量值，实时估计出阻抗变化轨迹，并自动调整继电器的动作特性。理论分析和仿真计算表明，提出的自适应距离继电器可应用于相间距离保护，可有效防止区外经过渡电阻故障时发生超越，同时在区内故障时提高耐受过渡电阻能力。     

基于电压相量的直驱风电场联络线单相自适应接地距离保护

针对过渡电阻造成阻抗测量不准确引起风电场联络线单相接地距离保护拒动或超越的问题,分析了双电源系统电压相量平面特性。在此基础上,基于故障点与保护安装处的序电流关系,结合风电场侧的零序阻抗特点,建立了测量电压与故障点电压相位关系的表达式。根据故障点电压和整定电压的相位特性,考虑双馈风电机组的频率偏移特性,提出了直驱风电场联络线单相自适应接地距离保护方案,并对其动作性能进行了仿真验证。大量仿真结果表明,该保护方案判别原理简单可靠,有较强的耐受过渡电阻能力,不受风电场侧运行工况多变的影响,能够准确判别区内及区外故障。     

适应于双馈风电场送出线不对称故障的时域距离保护

目前,双馈风电场不对称短路电流特性对风电场送出线距离保护的影响以及相关优化策略的研究,主要是在计及Crowbar保护动作的基础上进行的,少有研究系统发生不对称故障后计及RSC控制的短路电流特性对传统距离保护的影响。基于此,分析了系统发生不对称接地故障后,计及Crowbar保护和RSC控制两种运行工况下的短路电流特性,解析推导了这两种运行工况下离散傅里叶算法提取基频分量产生的误差表达式。在此基础上分析双馈风机短路电流特性对传统距离保护的影响,从而提出了不受风电场短路电流特性影响的具有抗过渡电阻能力的时域距离保护。最后在Matlab/Simulink平台上建立DFIG电磁暂态仿真模型,仿真分析了风电场送出线发生单相经过渡电阻接地后,计及Crowbar保护动作和RSC控制两种运行工况下传统距离保护和时域距离保护的动作特性。     

正序电压极化阻抗继电器的保护失效边界模型

提出一组以故障距离和过渡电阻大小为核心因子的保护失效边界模型,用以评估阻抗继电器的耐受过渡电阻能力,同时用于探讨阻抗继电器因过渡电阻而拒动和误动的真实原因。重点分析正序电压极化的阻抗继电器,其具有保护区稳定、耐受过渡电阻能力强等优点。定义了能够使继电器正确动作的最大耐受过渡电阻值为保护失效边界电阻。根据保护失效边界模型计算出保护失效边界电阻值和相应的故障距离,用以绘制保护失效边界电阻曲线,再引入保护失效系数的概念,以此评估该继电器的耐受过渡电阻能力以及抗风险能力。PSCAD仿真结果表明,该模型可准确计算出继电器能承受的最大过渡电阻数值。     

距离保护特性元件躲过渡电阻能力分析与研究

对距离保护元件,由于存在过渡电阻,单侧电源线路经短线路出口故障或双侧电源的线路故障,容易引起距离保护拒动或误动.分析了过渡电阻对距离保护工作的影响,探讨了接地及相间距离继电器这种受过渡电阻影响较大的元件阻抗圆特性躲过渡电阻能力改进,以及几种较好的躲过渡电阻特性,指出将这些特性组合起来将具有很好的躲过渡电阻的能力.     

送出直流对工频变化量元件的影响机理分析

为了从理论上分析送端交流系统工频变化量保护的动作特性,建立了送端交流系统故障下的整流侧直流系统的等值工频变化量阻抗模型。基于所建立的数学模型,并结合直流控制系统的故障响应特性,对不同故障情况下直流系统的等值工频变化量阻抗特性进行了分析,进而分析了送出直流对工频变化量元件的影响。研究表明:在送端交流系统故障情况下,直流等值工频变化量阻抗在大部分条件下呈容性,可造成工频变化量距离元件保护范围的缩小和工频变化量方向元件的误判。最后通过PSCAD/EMTDC仿真软件对理论研究进行了仿真验证。     

考虑双馈异步风机特性的自适应接地距离保护

研究风电场故障特性对继电保护的影响。针对双馈异步风机投入撬棒电阻后正序阻抗和负序阻抗不相等的特征,分析了传统接地距离保护I、II、III段在保护安装处所测量到的阻抗与实际阻抗的异同。若利用传统整定原则来整定接地距离保护II段,保护可能拒动。根据接地故障时的测量阻抗,提出了考虑双馈异步风机特性的自适应接地距离保护II段的整定方法。该方法在线计算自适应分支系数,使保护安装处的测量阻抗更为准确地反映保护安装处到故障点的距离。利用DIg SILENT仿真软件搭建含风机的线路模型进行仿真分析,验证了自适应接地距离保护的灵敏性,同时该保护的可靠性得到有效提高,且不失选择性。     

基于阻抗复数平面的自适应距离保护方案应用中的正则性问题研究

当双馈风电场送出线发生短路故障时,基于傅里叶算法的传统距离保护受双馈风机频偏特性以及过渡电阻的影响,保护动作性能较差。因此,通过分析保护安装处测量阻抗与故障点阻抗的关系,采用一种抗过渡电阻的新型自适应距离保护。针对该保护中出现的病态化问题,采用正则化处理病态表达式,在线修改自适应系数使保护的动作边界随自适应系数动态调整。最后,基于Matlab/Simulink平台搭建双馈风机电磁暂态仿真模型,考虑不同风电场规模和风速变化,对比分析传统距离保护和自适应距离保护的动作特性。结果表明自适应距离保护的动作性能较好,可靠性更高。     

Distance-differential protection of transmission lines connected to wind farms

Distance relays are often used in the protection of the transmission lines connected to the wind farms. The distance relay using the transmission line impedance measurement identifies the type and location of the fault. However any other factors that cause the failure of the measured impedance, makes the relay detect the fault in incorrect location or do not detect the fault at all. One of these factors is the fault resistance which directly increases the measured impedance by the relay. One of the methods to eliminate relay under-reach effect is using of the trip boundaries. Trip boundaries are changing with wind variation and following with output power of the wind farms. Therefore, trip boundaries should continuously change proportional by the wind speed. In this paper, a method is provided based on the combination of distance and differential protection. In this method, using active power calculation in both ends of the transmission line, fault resistance is calculated and its effects are directly deducted from the calculated impedance by the relay. Therefore, variable trip boundaries are not needed anymore. Also in this method, unlike the technique that the trip boundaries are used, the exact location of fault and its distance from the relay also is calculated. Detailed model of a doubly-fed induction generator (DFIG) driven by a wind turbine is used in the modelling. Results of studies show that the presented method eliminates properly the mal-operation of relays under all different fault resistance conditions.     

Performance evaluation of a distance relay as applied to a transmission system with UPFC

This paper presents analytical and simulation results of the application of distance relays for the protection of transmission systems employing flexible alternating current transmission controllers such as the unified power flow controller (UPFC). Firstly a detailed model of the UPFC and its control is proposed and then it is integrated into the transmission system for the purposes of accurately simulating the fault transients. An apparent impedance calculation procedure for a transmission line with UPFC based on the power frequency sequence component is then investigated. The simulation results show the impact of UPFC on the performance of a distance protection relay for different fault conditions; the studies also include the influence of the setting of UPFC control parameters and the operational mode of UPFC.     

风电T接双电源系统对距离保护的影响分析

风电并网影响接入系统距离保护测量阻抗及保护动作特性,风电T型接入对保护的影响有其特殊性。推导风电T接双电源系统距离保护测量阻抗公式,研究故障点位置、风电场运行方式及过渡电阻对风电T接线路距离保护测量阻抗的影响,并讨论上述因素对本段距离保护和下段距离保护的影响。以新疆某地区风电T接系统为算例,仿真验证了理论分析的正确性。研究成果可为风电T接电网的继电保护配置和整定提供依据,具有一定的实际应用价值和意义。     

不同类型风电场对现有继电保护仿真对比分析

不同类型风电场接入电网系统表现出异于常规电源的故障特征,使得基于常规电源的继电保护应用存在适应性问题。针对不同类型风电场的故障特征,仿真分析风电场送出线路在不同故障、不同运行工况下各种继电保护元件(差动元件、方向元件、距离元件及选相元件等)的动作性能。分析结果表明,双馈风电场出现送出线路发生故障时系统表现出弱馈性和频偏性,对基于工频向量的保护元件产生严重影响;直驱风电场送出线路故障只对负序、零序方向元件及选相元件产生部分影响。     

西北电网330kV尖樊线人工短路试验中接地距离保护适应性分析

以风电为代表的新能源场站的故障特征对传统距离保护的附加阻抗产生了新的影响,导致保护性能降低。而现有距离保护适应性研究缺乏对单相接地故障场景的分析。为此,结合西北电网于尖樊线进行的2次人工短路试验数据,基于多种控制策略下的风电场故障特征,分析单相接地故障下接地距离保护附加阻抗系数,进而判断保护适应性。研究发现网侧保护附加阻抗系数较小,两侧电源故障电流对保护影响较小;而风电场侧保护附加阻抗系数较大,两侧电源故障电流对保护影响较大,导致保护拒动。     

基于阻抗幅值波动差异的新型参数识别方向元件

针对故障分量方向元件在大规模双馈风机并网不适用的问题,提出了基于正序阻抗幅值波动差异的新型参数识别方向元件。首先,将风电场正序阻抗波动量化,分析阻抗波动对正序故障分量方向元件影响,得到正序故障分量方向元件在风电场送出线路的拒动边界。其次,基于Prony算法结合带通滤波器提取工频量,分析送出线路风电侧正、反方向故障正序阻抗幅值变化特征。最后,引入去趋势波动分析(detrended fluctuation analysis, DFA)计算波动函数,构造新型参数识别方向元件动作判据,实现故障方向判别。仿真结果表明,提出的参数识别方向元件不受风电场运行工况、故障类型和系统振荡的影响。当过渡电阻达到100Ω时,仍能正确判别故障方向,具有较强的抗干扰性能,适用于含风电接入的弱馈型电力系统。     

风力发电系统短路故障特征分析及对保护的影响

为了进一步掌握风力发电系统短路故障特征并分析其对继电保护的影响,建立了双馈和直驱风电系统电磁暂态模型。通过电磁暂态仿真研究了风电系统短路电流及系统正负序阻抗的特征,得出了风电系统提供短路电流能力较常规电源弱和风电系统正负序阻抗不一致且随时间波动的结论。研究了常用输电线路继电保护原理对风力发电系统的适应性,得出了输电线路距离保护和选相元件受风力发电系统故障特征影响较大,可能发生不正确动作的结论。利用现场录波数据验证了故障特征及保护适应行分析的正确性,相关结论对继电保护的配置具有一定的借鉴意义。     

基于过渡电阻倾斜角的风电T接双电源系统自适应距离保护方案

针对风电T型接入高压配电网后传统距离保护可能发生误动、拒动的情况,研究相对应的保护方案意义重大。首先,文章推导了风电T接点上、下游测量阻抗表达式,得出其包含的附加阻抗可能会使传统保护装置不正确动作。鉴于此,提出基于过渡电阻倾斜角的风电T接系统自适应距离保护方案。该方案自适应修正测量阻抗使其能跟踪到短路阻抗,有效消除附加阻抗对距离保护的影响。最后,在MATLAB仿真软件中对方案进行仿真验证,结果表明该方案受故障点位置、过渡电阻、电源相位差及风电运行方式影响较小,可有效解决传统距离保护拒动或者误动的问题,提高电网的安全稳定性。