双馈风电场的频率特性对距离保护的影响

基于双馈的风力发电场送出线路发生故障时,风力发电机的短路电流的特性与常规电力系统短路电流特性有明显的差别,主要表现在短路电流可能非工频,这种特性使得利用工频傅式算法进行信号的基频相量的提取和计算不正确。为了深入分析双馈风电场短路电流的这种特性,文中将结合双馈风电场的等效电路,从理论上分析送出线路故障时,风电场侧电流、电压的频率主要成分,并通过频谱分析进行验证。根据风电场侧电流、电压的频率不一致的特性,在PSCAD中仿真分析该种特性对送出线路上传统距离保护的影响。通过对某地区风电场仿真的实验结果可知,短路电流偏移工频,使得基于傅里叶工频算法的传统距离保护不能准确地测得阻抗,从而造成距离元件的误动作。     

采用电压极化的比相式距离保护用于双馈式风电场送出线路适用性分析

在系统故障期间,双馈式风电场电源的等值内阻抗会发生变化,给风电场送出线路距离保护的适用性带来了很大影响。讨论了双馈式风电场的电源特性和故障暂态特征,对采用电压极化的比相式距离保护的动作特性进行了分析。分析结果表明,当系统发生故障时,阻抗圆的时变特性会造成距离保护不正确动作。RTDS仿真试验验证了理论分析的正确性。     

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.     

适用于双馈风电场联络线的距离保护方案

风电场联络线作为风电场向电网输送功率的重要通道,其稳定运行对于风电场和电网的安全稳定运行具有重要影响。双馈风电机组故障电流特性复杂,将导致基于全波傅里叶算法的传统距离保护应用在双馈风电场联络线上时性能严重劣化,难以满足实际电网安全运行要求。因此提出一种距离保护方案。该方案以瞬时值表征的微分方程算法为基础,通过数字低通滤波、故障点电压重构和故障距离迭代计算等技术保证距离测量的正确性。仿真结果表明,该距离保护方案的整体性能明显优于传统距离保护方案,可较好地满足工程应用要求。     

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。     

改进的配电网双馈风电场电压控制策略

结合双馈风电机组(doubly-fed induction generators,DFIG)的运行特点,提出了一种改进的适用于与配电网连接的双馈风电场的电压控制策略,其中既包括了传统的通过无功功率控制电网电压的方法,也包括电网负序电压的补偿控制策略。以双馈风电系统的功率关系为基础,给出双馈风电机组不同运行状态下的无功功率的计算方法,阐述双馈风电机组的无功功率控制方法及通过风电场无功功率控制电网电压的方法。针对电网电压不平衡的情况,给出通过双馈风电机组抑制电网负序电压影响的控制方法,分析了双馈机组的控制电网负序电压的限制条件和控制策略。由双馈风电机组构成的与配电网连接的风电场的仿真结果验证了所提出的电压控制策略的有效性,仿真结果表明这种电压控制方法可以有效地提高电网及风电场运行的稳定性。     

双馈风电场自动电压协调控制策略

依据当前风速与电网状态进行实时在线的电压无功控制(VQC)是大型风电场参与系统优化运行、改善局部电网电压水平的关键技术.以风电场自动电压控制(AVC)的3层结构模型为基础,讨论了升压站集中补偿设备和双馈风力发电机的协调控制策略.针对双馈风电场AVC优化,借鉴变电站综合无功控制方法,采用近似线性化方法推导出一种风电场AVC的分区图简化策略,为风力发电机群与集中补偿设备的协调优化提供了一种新型实用化方法.进一步考虑风能随机性与波动性的影响,对分区图策略进行了改进.该改进可显著提高电压合格率,减少设备调节次数.对中国北方某风电场仿真计算验证了所提出的模型与方法的有效性.     

双馈感应电机风电场对电网电压的影响

介绍了双馈感应电机(DFIG)的数学模型,分析了风电场并入电网后对电网静态电压的影响因素,包括风电场输出功率、风电场接入点以及风电场功率因数等因素。以洋前风电场并入湛江市电网实际工程为例,将风电场等效为PQ节点,仿真研究了风电场输出功率、风电场接入点以及风电场功率因数对电网静态电压的影响;仿真结果证明了理论分析的正确性。     

基于双馈机组风电场并入网后的自适应保护

随着风力发电技术的不断发展,风电机组数量及单机容量都在不断增加,这使得风电场对系统提供的容量比重增大;而且风速具有随机性,其控制也难以稳定,导致风场向系统提供的短路电流也在增大。那么随着风场大规模并网,对配电网的保护是不容忽视的。通过分析双馈风机特性及风机数学模型得知传统的继电保护已不能满足要求,为此引入了自适应保护,在剖析其原理的基础上论证了自适应保护可应用于并入风电场后的配电网的继电保护当中。     

适用于双馈机组风电场的故障电压序分量选相元件

针对双馈机组风电场弱馈特性以及暂态特性中含有转速频率分量的问题,通过分析风电系统背侧正、负序阻抗间的差异以及对故障电压序分量分布的影响,提出了一种基于故障电压序分量的选相方法。结合撬棒保护对故障电压序分量相位的影响,修正相位偏差角,使得该选相方法受风电场弱馈性及其风电系统背侧阻抗不稳定性影响较小。双馈机组风电场侧故障电压主要由电网电压支撑,频率偏差较小,该选相方法易于实现,且具有较大的选相裕度。运用PSCAD软件进行建模仿真,结果验证了该选相元件的有效性。     

含风电电网输电线距离保护测量阻抗特性研究

分析了联络线风电侧距离保护测量阻抗随风速、过渡电阻等参数变化时的特性。基于双馈异步(DFIG)、普通异步(IG)机组仿真了线路不同故障下改变风速、过渡电阻等参数时距离保护测量阻抗的变化。结果表明,由于对侧电源的助增和本侧风机风速变化使过渡电阻呈电容性或电感性,可引起距离保护保护范围缩短或使保护装置超范围动作,从而导致保护产生误动或拒动。针对测量阻抗随过渡电阻变化的特性,提出了相应的改进措施。     

风电接入对继电保护的影响(六)——风电场送出线路距离保护影响分析

从感应发电机基本原理出发,在转子转速旋转磁场坐标下,建立感应发电机简化三阶动态模型。从电路角度分析了风电场送出线电压、电流主频不同的机理,因此依据工频傅氏算法的相量距离保护元件的动作性能受到严重影响。利用Prony等算法分别提取保护安装处电压、电流工频及转速频率分量,可以准确测量出故障线路阻抗;基于线路时域微分方程模型的解微分方程算法距离元件不受信号频率影响。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了分析的正确性。     

风电场并网线路单相接地故障单端测距误差特性分析

基于阻抗原理的输电线路单相接地故障单端测距精度受过渡电阻及线路对侧系统运行方式的影响。风电场总体表现出弱馈系统特征,但不同类型风电场的故障等值特性不同,使得风电场并网线路传统故障测距算法存在较大误差,且误差机理不明确。针对该问题,建模仿真了异步鼠笼、直驱永磁及感应双馈三种类型风电场运行特性,分别从并网线路系统侧及风场侧对比分析了负序、零序电流与故障点电压的相位差值。量化分析了不同风机类型及并网容量的风场等值序阻抗变化规律,给出了影响风电场并网线路测距精度的因素及作用机理。提出了不同类型风电场并网线路适用的故障测距策略及后续改进方向,大量算例仿真证明了所提故障测距策略的有效性。     

风电场短路电压电流频率不一致对距离保护及测试的影响

基于双馈风机风电场的电力系统等效电路研究了输出线路短路故障点保护设备安装处的电压电流的频率成分,得出了含风电场的电力系统短路故障时所特有的电压电流频率的不一致性。基于Matlab/Simulink仿真平台验证了频率不一致的特性,总结过渡阻抗与短路点电压电流频率成分之间的关系。分析了电压电流频率的不一致性对于距离保护所产生的影响,研究了距离保护及其测试在风电场中存在的适应性问题。最后,算例仿真验证了分析结果的正确性,从而为风电场继电保护的设置和测试工作提供参考。     

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。     

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.     

含二级电压控制的风电场电压稳定性研究

为研究自动电压控制（Automatic Voltage Control,AVC）对电网电压质量和运行经济性的作用效果,采用了将双馈风电机组作为无功源的风电场自动电压控制设计方法,分析二级电压控制对风电场电压稳定性的影响.以IEEE14节点为例,采用基于遗传算法的协调二级电压控制模型,并通过基于MATLAB的电力系统软件包PSAT进行动态仿真验证.结果表明,二级电压控制可以大幅度改善风电场的电压-无功水平.     

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。     

基于多端信息的风电场集电线路单相接地故障定位算法

风电场集电线路大多包含多个分支,且一般只在线路首端设置测量装置,若故障后基于该装置进行单端故障定位,则只能在不同分支上得到多个疑似故障点,无法确定实际故障位置。当前基于多端量的算法虽然能够准确定位故障,但需要增设的测量装置过多,成本过高。文中针对最常见的单相接地故障,分析了集电线路拓扑,指出当故障位于不同分支时,单端测量装置可能采集到相同的数据,因而仅依靠单端电气量无法确定故障分支,有必要增设测量装置以实现故障分支定位。为降低定位成本,在不同结构的线路上确定故障分支所需要增设的测量装置最小数量及位置。随后,结合新增测量信息与现有单端法,提出一种根据多端故障录波信息定位故障分支并实现故障测距的算法。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真验证了文中方法的有效性和实用性。该算法改进自单端阻抗法,解决了故障分支定位问题,且在当前配置基础上增加少量测量装置即可实现,成本较低,具有较好的工程应用前景。