基于序网等值电路的双馈风电机组接入系统短路电流计算方法

为了方便和准确地计算双馈风电机组(DFIG)接入系统的短路电流分布,提出了投撬棒后DFIG的工频和转频序网等值电路,并给出了利用该等值电路计算系统短路电流的方法。通过求解投撬棒后DFIG磁链的状态微分方程,得到其工频分量和转频分量的解析表达式。在此基础上,将DFIG的电压空间矢量方程按转频和工频分量进行分解,并根据空间矢量与相量间的关系,分别形成了转频和工频序网等值电路。其中,转频正序、负序等值电路分别为带内阻抗的电势和无源阻抗,而工频正序、负序等值电路均为无源阻抗。利用该等值电路只需已知DFIG的电机参数和故障初值条件而无需仿真即可求得DFIG接入系统各处的短路电流。以某DFIG接入系统为例,通过PSCAD仿真验证了该等值电路和短路计算方法在不同故障条件下的有效性。     

基于负荷电流补偿的负序方向保护改进算法

电力系统非全相运行和非全相运行方式下再发生故障的工况,会对负序方向保护的正确动作造成影响。当电压互感器安装于母线侧,非全相运行时,负序方向元件会误动;而非全相运行方式下再发生正向故障时,负序方向元件能正确识别。针对该问题,提出了一种修正的负序方向保护新方案:加入负荷电流补偿来抵消非全相运行时系统中存在的负序电流,使得非全相运行时,负序方向保护能有效不动作,而非全相运行再发生故障时,负序方向保护能有效识别。PSCAD与MATLAB的仿真结果表明,新的保护方案在输电线路非全相运行各种工况下具有很好的实用性。     

故障后转子侧变流器不间断控制下的双馈风机序网等值电路

为应用方便直观的电路方法进行双馈风电并网系统故障分析和短路计算,针对电网故障后转子侧变流器(rotor side converter,RSC)控制方式提出一种双馈风机(doubly-fed induction generator,DFIG)序网等值电路。故障后RSC不间断控制的运行方式下,DFIG定子短路电流中含有幅值稳定的工频正负序分量、2个衰减速度不同且频率接近工频的正序分量以及衰减直流分量。分别推导了各交流成分对应的序网等值电路,其中,稳定工频正序分量对应的等值电路可用等值电势及正序阻抗来表示;稳定工频负序分量对应的等值电路用无源的负序阻抗来表示;而衰减交流分量可用受控电流源来描述。利用所提DFIG等值电路,应用传统序网分析方法即可方便进行短路计算,不需仿真就能获得双馈风机并网系统中各处的短路电流。通过PSCAD仿真验证了所提等值电路和解析算法的有效性。     

交直流混联电网突变量选相元件动作性能分析

交直流混联电网受端交流系统发生故障时,其背侧系统正、负序等值阻抗不再近似相等,从而对现有继电保护产生不利影响。文中分析了交直流混联电网受端输电线路相电流差突变量选相元件的动作性能,指出现有相电流差突变量选相元件应用于交直流混联电网时,在单相接地故障情况下由于逆变侧系统正、负序阻抗相差较大,从而引起各侧正、负序电流分配系...     

同杆并架输电线路跨线故障识别元件

通过对线路发生单纯性故障与跨线故障情况下的正、负序故障分量阻抗关系和正、负序故障分量电流幅值关系的分析，提出了一种判别电力系统发生跨线故障的判别元件。单纯性故障时，正负序阻抗角相等、正负序阻抗幅值相等、正序故障分量电流幅值不小于负序电流幅值；而当发生跨线故障时，以上关系不再成立，由此便可以得到系统发生跨线故障的判据。该判别元件原理简单，动作灵敏度高，EMTP仿真和现场录波数据验证了该判别原理的准确性。     

反应三相对称故障的改进负序方向元件

负序方向元件的主要缺点是不能反应三相短路,针对这一问题提出了改进的负序方向元件.改进负序方向元件利用了微机保护的存贮记忆功能,人为控制采样数据的选取,三相对称故障时制造出负序分量,实现对三相对称故障的反应,而在不对称故障时仍正确动作.改进后负序方向元件能够反应对称及不对称故障,是一种性能完备的保护原理.同时针对故障开始付氏算法存在跨窗问题,提出在故障后半周内采用小矢量算法.理论分析和大量仿真证明了该改进负序方向元件用在特高压输电线路上的可行性和优越性.     

适应于双馈风电场的改进故障序分量选相方法

分析了应用于双馈风电场的故障序分量选相元件的动作特性,指出受双馈感应风机特有暂态特性的影响,故障网络中双馈风电场的正、负序等效阻抗差异很大,引起故障序分量选相元件动作性能的恶化。提出一种基于故障序电压补偿的改进故障序分量选相方法,该方法通过对双馈风电场正、负序等效阻抗的实时检测自适应修正阻抗差异对选相结果的影响,改善了传统故障序分量选相元件的动作性能,并通过仿真验证了所提方案的有效性。     

适应于广域后备保护的复合方向元件

提出一种适应于广域后备保护的复合方向元件。分析了正序突变量方向元件和负序方向元件的动作特性。针对二者存在的缺陷提出一种虚拟变化量方向元件,通过构造某相虚拟电压和电流使三相故障时保护元件中出现长期有效的虚拟变化量,实现故障判别。结合以上3种基本方向元件,提出复合方向元件的构成逻辑,用于识别故障方向。仿真结果表明,复合方向元件能够在各种类型故障下可靠启动,准确判断故障方向,持续反应故障状态,且在元件出口三相短路无死区,大电源侧有足够灵敏度,外部故障切除后可以自动返回,动作特性良好,能够满足广域后备保护的应用需求。     

独立运行微电网的故障特性分析及其线路保护研究

针对变流器接口电源区别于传统电源的故障特性和其分散接入微电网的拓扑结构使传统配电网保护难以快速可靠动作的问题,推导独立运行微电网不同类型电源支路的等效正序故障分量阻抗解析表达式,分析采用不同控制策略时,在故障前负荷情况、故障后输出电流幅值及外部等值阻抗影响下等效正序故障分量阻抗角的变化规律,并对微电网中不同位置正序故障分量方向元件的动作性能差异进行论证。进而提出一种基于线路正序电流故障分量与分布式光伏电源故障前电流相位比较的故障方向判断方法,并利用光伏支路电流突变量和光伏功率参考值突变量构造启动逻辑,形成闭锁式保护动作方案,可以以最小范围快速切除不同类型故障线路。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所提方案的正确性。     

适应于逆变型风电接入系统的改进故障序分量选相方法

针对传统故障序分量选相元件在逆变型风电接入系统中可靠性较低的问题,提出了一种改进的故障序分量选相方法。首先,分析在最新风电场低电压穿越策略下,风电侧的故障序阻抗特性及传统故障序分量选相元件的适应性。然后,利用负正序、负零序阻抗相位差等效正负序、零负序电流分支系数相位差,以补偿传统序分量选相判据的相角误差。最后,采用补偿后的故障序电流相位差作为选相判据,实现了故障相的判别。同时通过调整零负序选相分区,使其具有较好的耐过渡电阻能力。仿真实验表明,在不同故障类型、故障位置和过渡电阻下改进选相方法均能可靠地选出故障相。     

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。     

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。     

考虑撬棒保护的DFIG等效序阻抗研究

双馈感应风力发电机(DFIG)等效序阻抗特征对基于故障分量的继电保护原理影响重大。针对目前DFIG等效序阻抗理论分析及暂态变化过程研究的欠缺,首先给出了DFIG等效序阻抗的定义,考虑故障后投入撬棒保护这一情况,基于DFIG定子故障序电流推导了等效序阻抗的解析表达式。然后详细研究了DFIG等效正、负序阻抗的特征及其影响因素,指出等效正序阻抗有明显的暂态变化过程,其幅值较大且有波动,稳态相角在-90°~-180°之间;等效负序阻抗暂态过程不明显,其幅值较小,相角在0°~90°之间。最后通过仿真实验验证了理论分析的正确性。     

故障分量方向元件在交直流多端馈入系统中的适应性分析

故障分量方向元件在交直流多端馈入系统中存在适应性问题,目前缺乏相应的分析方法.文中分析了故障分量方向元件的原理,研究了对应的动作条件,理论推导了交直流多端馈入系统中馈线方向元件动作区间与换流器等值背侧阻抗波动区域的关系.结合换流器系统的故障响应特征,研究了不同故障场景下换流器等值序阻抗特性,推导了换流器序阻抗的波动范围.给出了故障分量方向元件在交直流混联系统中的适用条件,并分析了适用条件的影响因素.最后,PSCAD仿真验证了理论分析的正确性,为故障分量方向元件在非线性电网中的应用提供了理论基础.     

复故障情况下线路保护中方向元件动作行为分析

从理论上分析了序分量方向元件、能量方向元件及工频变化量方向元件在保护区内、区外不同相别同时发生故障时的动作行为,指出方向元件出现动作异常的根本原因是故障点分别位于保护测量CT的前后两侧。在此基础上提出了一种能在此复故障情况下快速、正确动作的综合方向元件。RTDS(Real Time Digital Simulation)动模试验结果证明了所提出的方向元件能在复故障情况下快速、准确地判断出故障点方向,且具有与单一故障同样的灵敏度。     

接地故障零序方向元件拒动保护改进方案

对于大电源长线路的输电系统,当线路末端发生接地故障时,虽然零序电流达到定值,零(负)序方向元件由于零(负)序电压可能达不到方向元件的门槛值,造成保护拒动.针对这类问题,提出了2种解决方案:一种是当零(负)序方向元件由于零(负)序电压可能达不到方向元件的门槛时,以正序电压代替零(负)序电压作为零序电流方向判别;另一种是采用无方向零序电流反时限过流保护作为接地故障后备保护,并提出了新的电流互感器断线方案,解决了国内保护装置电流互感器断线与反时限零序后备存在的矛盾.     

电网不对称故障下双馈风力发电机组的LVRT研究

本文在研究了电网电压不对称对双馈风力发电机(DFIG)的影响以及DFIG正、负序数学模型的基础上,分析了电网电压不对称条件下对系统输出有功、无功的构成,提出在转子侧和网侧采用正、负序分量分离控制与传统Crowbar电路结合的控制策略,并对Crowbar阻值和投切时间进行分析。最后通过Matlab对系统进行验证,仿真结果表明在电网不对称故障时,这种控制策略可以消除负序电流对定子侧有功功率、无功功率、电磁转矩和直流侧电压的影响,实现不对称故障穿越。     

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。