双馈风力发电系统故障特性及保护方案构建

针对双馈电机励磁方式的特点,本文分析了电网发生故障时定子短路电流呈现的"多态"故障特征,论述了故障点距离、Crowbar保护动作门槛值以及励磁逆变器控制系数等因素对双馈电机短路电流特性的影响,并进行了仿真验证。基于以上研究结果,从提高双馈电机故障穿越能力的角度出发,提出了一套适用在风电场并网节点处的新型复合式电流—电压保护方案。通过对传统电流保护的改进和构建低电压穿越运行特性的电压保护,使其能够适应双馈电机的故障特征,满足风场联络线上故障的可靠切除及配电系统内故障时风电场的低压穿越运行,对实现含双馈风电机组的电网稳定及故障后的快速恢复具有重要意义。     

适用于双馈风电场联络线故障选相方法

双馈风电机组复杂的故障电流特性使得应用于双馈风电场联络线上的传统选相元件性能严重劣化,难以满足双馈风电场联络线保护与重合闸的选相需求。根据双馈风电机组的低电压穿越控制策略,分析了传统选相元件应用于双馈风电场联络线面临的缺陷。提出了基于相间电压突变量和相电压突变量幅值比较的故障选相新方法。根据双馈风电场侧保护安装处相电压突变量与相间电压突变量之间的比例关系,构建了故障相别选择系数,并利用故障相别选择系数在不同电网故障类型下的特征,以实现故障选相。仿真结果表明,所提选相元件可以可靠地选出故障相。     

含大型双馈感应风电场的新型汇流线路保护策略研究

由于双馈风电场自身的弱电源和故障特性,当风电场汇流线路发生故障时,传统保护已不能可靠动作。文章提出基于双馈风电场故障特性的汇流线路自适应电流保护策略,并搭建含双馈风电场及电网联络线的PSCAD模型,分别对传统保护和改进保护策略进行仿真验证与分析,为大规模双馈风电场接入电网时,风电场汇流线路保护新原理的研究和应用提供了理论基础。     

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。     

采用Crowbar实现低电压穿越的风电场继电保护定值整定研究

在双馈风机(DFIG)中使用Crowbar电路是提高风机低电压穿越能力的一种常用措施,为协调Crowbar与风电场集电线路保护动作之间的关系,提出了集电线路电流保护新的整定方法与控制策略。在Matlab/Simulink中建立了含有Crowbar电路的风电场并网模型,投入Crowbar能够有效提高风机抵御电网电压跌落的性能,但使得风电场集电线路故障电流峰值减小并迅速衰减,对此针对电流速断保护提出采用功率方向元件判断故障区结合快速保护算法,并对整定值进行修正,后备保护采用自保持电路并增加电压判据的控制策略。仿真结果表明,该策略能够满足风电场联络线故障的可靠切除及主网故障时低电压穿越运行的要求。     

基于双馈风电机组的风电场联络线保护方案分析

针对现有联络线大多使用定值保护方案因而容易受风电特性影响而误动的现状,讨论了双馈风机的数学模型和电磁暂态过程。以PSCAD/EMTDC为平台建立了风电场并网运行的仿真模型,研究了故障类型、风电场投入系统容量、风速对风电场侧短路电流的影响,并在此基础上搭建了含距离保护的的风电场仿真模型,对风电场侧和系统侧距离保护的动作特性进行了仿真,得出了目前风电场连联络线距离保护存在的一些问题。     

基于同步挤压小波变换的双馈风电场送出变保护研究

目前,电力变压器的保护研究及优化多是针对传统电源,少有文献研究双馈风电场电源下计及RSC控制电路的变压器保护。而当双馈风电场并入弱电网时,传统变压器差动保护又存在动作性能变差的问题。基于此,分析了系统发生故障时,计及Crowbar保护电路与计及RSC控制电路的短路电流特性,推导了两种运行条件下短路电流经傅里叶算法提取后的误差表达式。在此基础上,分析了致使传统差动保护性能降低的原因,从而提出利用同步挤压小波变换进行故障特征提取并联合归一化二维轨迹图对故障进行识别并动作的保护新方案。该方案不受风电场短路电流特性的影响,在双馈风电场送出变中具有更好的适用性和更高的精确性。最后,在Matlab/Simulink平台上搭建双馈风电场仿真模型,验证了该方案在不同故障类型、励磁涌流、不同大小噪声及非同步数据传输影响下的有效性。     

适用于双馈风电场并网的自适应距离保护

文章利用Prony算法分析了双馈风电并网联络线故障时故障电压电流的频率成分,提出了一种适用于双馈风电并网的固有频率与特征频率相结合的自适应距离保护,该保护采用圆阻抗特性,自适应于发电机故障前转速值,充分利用了故障分量里的工频分量和非工频分量,可正确反应故障。并在PSCAD\EMTDC仿真平台上搭建了双馈式风电场电磁暂态模型进行仿真验证,结果表明,该原理能正确判断风电场送出线故障,对风电接入系统时有效地提高继电保护的正确动作性能具有参考意义。     

基于实测数据的双馈风电场集电线路时域距离保护

基于傅里叶算法的传统距离保护在用于双馈风电场集电线路时,受风电系统故障特性及过渡电阻的影响,会导致保护不能正确动作。提出了不受频率影响且具有抗过渡电阻能力的时域距离保护方法,通过分析双馈风电场发生故障后的短路电流特性,解析推导了离散傅里叶算法提取基频分量及过渡电阻产生的测量阻抗误差表达式,进一步分析了双馈风机短路电流特性对传统距离保护的影响。根据云南某风电场实测录波数据,对风电接入系统故障及风电场传统距离保护在双馈风电场集电线路上的动作特性进行分析,并对集电线路参数进行参数辨识。结果表明,时域距离保护不受风电场侧短路电流特性的影响,提高了集电线路距离保护的动作可靠性。     

双馈风电场联络线单相接地故障单端测距分析

针对单相接地故障,风电场联络线故障特性受风电场运行方式、低电压穿越策略等因素影响较大,传统故障测距方法已不能很好地适用于风电场联络线故障测距。为此,本文基于传统单相接地短路解复数方程故障测距方法,研究了双馈风电场序阻抗特性,建模分析了双馈风电场联络线短路电流、电压特性。基于零序网络,指出了该方法在风电场联络线故障测距中产生误差的关键因素,并仿真研究了风电场不同风速和投运机组数对这种因素产生的影响,最后经过迭代补偿故障支路零序电流相位有效提高了测距精度。     

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。     

基于风电接入点的配电网分区保护方案研究

风电接入配电网,接入点不同,配电网呈现不同的故障特性,影响传统保护的动作特性。根据建立的含风电的配电网故障电流关系式,分析了风电接入对配网的影响,提出根据风电场并网位置及对保护的影响确定保护配置方案,风电场接入馈线末端时上游区域配置方向纵联保护,接入馈线首端时下游区域和相邻馈线配置自适应电流速断保护。通过FFT变换滤除故障分量中的直流分量,采用对称分量故障分量法计算保护背侧阻抗以适应风电场运行工况的多变性,提高自适应电流保护的动作性能。以PSCAD为平台构建35k V配电系统仿真模型,仿真验证了保护方案的有效性。     

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。     

Impacts of DFIG‐based wind farm integration on its tie line distance protection and countermeasures

Modern power grids, especially high‐voltage grids, are increasingly integrated with wind farms. The correct action of distance protection for the wind farm tie line plays an important role in the safe and stable operation of the power system. However, based on the fault characteristics of wind farms based on the doubly fed induction generator, considering crowbar action and weak infeed properties, this paper reveals some serious defects of conventional distance protection. The result shows that, due to the influences of mixed data window and damped current component with near‐rotor‐speed frequency, the fault distance calculation result obtained by the fundamental‐component‐based distance protection is inaccurate. To tackle this problem, a transient‐based distance protection countermeasure along with a faulted phase selection technique is proposed. Specifically, the transient phase voltage characteristic for different fault types is analyzed to select the faulted phase. Considering the effect of high‐frequency components, pre‐fault voltage compensation, and transducer characteristics, a distance calculation procedure including a low‐pass filter, the reconstruction of voltage at the fault point, and an iterative fault distance calculation is proposed. The comprehensive performance of the proposed method is validated by the simulation case studies using the PSCAD /EMTDC software. © 2017 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

基于自适应阻抗继电器的风电T接线路纵联保护方案

风电的T型接入改变了系统拓扑和故障特性,导致继电保护整定与配合困难,传统距离保护应用于风电T接线路时存在适应问题。基于风电T接线路拓扑,分析了双保护方向对保护范围的影响,推导了测量阻抗表达式并提取了主要影响参数,指出风电的T型接入影响距离保护的动作性能;鉴于此,提出了基于自适应阻抗继电器的风电T接线路纵联保护方案。该方案实现了保护方向的唯一化,且保护动作区域能够根据过渡电阻、三端电源电势幅值比、相位差和风电电源等效序阻抗的变化进行自适应调整,提高了保护的可靠性和灵敏性。同时给出了自适应整定阻抗的具体计算方法,一定程度上降低了保护对通信系统的要求。仿真结果验证了所提保护方案的正确性和有效性。     

面向多能互补微网的故障辨识与继电保护算法

由于含有多种具有互补特性的分布式电源,多能互补微电网在能源综合利用、供电可靠性和运行经济性方面具有明显的优势。然而与传统配电网相比,各类分布式电源的并入导致微电网拓扑结构和运行方式变得更为复杂,并网和离网运行对应的故障特性存在差异,使得传统继电保护方案难以满足此类微电网保护的要求。针对这一问题,首先围绕传统继电保方案的不足展开讨论,分析微电网网内故障特点,继而提出一种适用于微电网的改进故障辨识算法,以实现对网内故障的快速准确辨识。综合考虑多能互补微网继电保护的需求,结合改进故障辨识算法,将改进电流差动保护与广域自适应电流速断保护相结合,提出一种适用于微电网分布式电源上下游线路的综合继电保护算法,在缩小故障影响范围的基础上,提高保护响应速度并降低保护拒动的概率。最后,利用RT-LAB实时仿真系统构建含风、光、储、微型燃气轮机等分布式电源在内的多能互补微网模型,通过网内模拟不同类型故障,验证了所提故障辨识和继电保算法的有效性。     

基于正序电流的风电接入电网自适应阈值差动保护方案

随着风电渗透率的不断提高,风电不确定性和间歇性对电网保护方案的影响愈加显著,基于固定阈值的保护整定方案不再适用于复杂多变的电力系统。基于此,提出了基于正序电流的风电接入电网自适应阈值差动保护方案。首先,以含风电场的标准电力系统为例,剖析了风电“T”型接入对传统电流差动保护的影响机理。在此基础上,以正序电流为故障信号,以故障位置和故障发生时间为自变量,建立了自适应阈值差动保护模型。为了提高求解效率以适应保护控制的要求,提出了基于PSO算法的二阶段求解方法。其中：阶段1以故障位置为优化变量,得到对阈值影响最高的故障类型;阶段2在阶段1的基础上引入故障开始时间,仅针对阶段1得到的故障类型进行二维优化,可以明显缩短计算时间,以实现阈值计算的快速性和准确性。最后,基于Matlab仿真分析,验证了该方法的正确性和有效性。     

风电场故障特性仿真研究

在DIgSILENT/Power Factory中构建了含风电场的电力系统仿真模型,对由恒速异步风电机组和双馈异步风电机组构成的风电场的故障特性及其影响因素进行了仿真研究,对比分析了不同类型的风电机组与相同容量的同步机组的故障特性的异同。仿真和分析结果表明：不同类型的风电场在系统故障时提供的短路电流不同,并远小于相同容量的同步机组所提供的短路电流,因此可以在短路电流过大的地点建设相同容量的风电场而不是传统的火电厂;在含风电场的配电网中,要考虑风电场对继电保护的影响,在风电接入系统的可研阶段不能简单将风电场视为相同容量的同步机组进行研究。     

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。