双馈风电场短路电流特性对距离保护的影响及保护策略研究

目前双馈风机短路电流特性对风电场送出线距离保护的影响以及相关的研究,一般是在计及Crowbar保护动作后的基础上进行的,少有考虑到计及转子侧变流器(RSC)控制后的DFIG短路电流特性对距离保护的影响。基于此,分析了计及Crowbar保护动作后和计及RSC控制两种运行工况下双馈风机的短路电流特性之间的差异。在此基础上,解析推导了计及Crowbar保护动作时的转速频率分量、计及RSC控制时的暂态自然分量对全周傅里叶算法产生的计算偏差表达式。进而分析双馈风电场提供的短路电流对传统距离保护的影响,并提出了故障后适用于两种运行工况下的时域距离保护。最后在Matlab/Simulink平台上搭建并网双馈风机电磁暂态仿真模型。仿真分析了计及Crowbar保护动作和计及RSC控制两种情况下,传统距离保护和时域距离保护的动作特性。     

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。     

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。     

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。     

距离保护在风电接入系统中的适应性分析

大规模风电接入交流输电网使得风电系统表现出越来越多异于常规电网的故障特征,传统继电保护应用于风电接入系统时存在适应性问题。距离保护广泛应用于电力系统输电线路保护,研究其对风电系统适应性意义重大。针对距离保护的适应性问题,首先通过各距离保护的基本原理得出其最佳应用条件,然后基于该条件结合风电系统的一般故障特征从理论上对其适应性进行分析,得到距离保护适应性的一般结论。研究结果表明,风电系统的弱馈性和系统阻抗不稳定性使得基于工频变化量的距离保护不适用于风电接入系统,风电系统的高谐波和频偏特性使得工频量距离保护存在相量提取问题,时域距离保护动作性能良好。仿真结果验证了理论分析的正确性。     

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。     

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。     

适应于双馈风电场送出线的时域距离纵联方向保护

针对基于傅里叶算法的距离纵联方向保护应用于双馈风机接入系统会受频偏特性影响这一问题,分析了双馈风机短路电流特性对传统距离方向元件的影响。考虑到双馈风电场的频偏特性,运用了一种时域保护原理,即通过采集双馈风电场送出线两端保护安装处电压、电流时域信息,利用递推最小二乘法辨识出两端保护装置感受到的电阻、电感,将时域距离保护II段作为方向判别元件实现时域距离纵联方向保护。仿真结果表明,该方法不受风电场侧短路电流频偏特性的影响,能准确、快速判断出故障方向,且具有较强的抗过渡电阻能力,提高了双馈风电场送出线纵联方向保护的动作可靠性。     

一种抗暂态超越的集群风电送出线时域方程模型误差修正距离保护

双馈风电系统谐波含量高、频率偏移、弱馈性等故障特征造成传统工频距离保护存在适应性问题;时域距离保护在风电短距离送出线路中适应性较好,但在风电长距离送出线中受分布电容的影响易发生距离I段暂态超越现象。提出一种抗暂态超越的集群风电送出线时域方程模型误差修正距离保护。从长距离送出线距离保护适应性角度出发,分析基于集中参数线路模型的时域方程模型误差,提出基于时域方程模型误差的时域距离保护测量电抗修正方法,并考虑过渡电阻参数的影响,构建适用于集群风电长距离送出线距离保护动作判据。通过新疆某地区集群双馈/直驱集群风电送出线发生故障时的实验数据,测试验证了所提出的时域方程模型误差修正距离保护能较好地适用于各类型集群风电长距离送出线,有效地避免距离I段区外发生故障时的暂态超越现象,并且抗过渡电阻性能良好。     

适应于风电接入系统的抗高阻接地时域方程距离保护研究

双馈风电接入系统带来的高次谐波、频率偏移等故障特性使传统工频量距离保护适应性存在问题。基于时域距离保护原理较适用于风电系统送出线,但在送出线发生单相经高阻接地故障时,易发生距离I段区内拒动现象,保护适应性存在问题。提出了一种抗高阻接地时域方程距离保护原理。基于时域距离保护原理,通过对时域方程进行重构,增加过渡电阻待识别量,从原理上解决了时域距离保护未充分考虑过渡电阻所带来的不利影响的问题。仿真结果表明,该原理能较好地适用于风电系统送出线,并且有效地避免了风电系统送出线距离I段区内发生单相经高阻接地故障时距离保护拒动的现象。     

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。     

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.     

对称双芯移相器的接入对距离保护的影响及改进措施研究

对称双芯移相变压器(Phase Shifting Transformer, PST)作为潮流调控设备,能实现输电线路传输功率的调节。然而,PST接入线路后将改变线路阻抗分布、电压和电流信号,可能导致距离保护的误动或拒动。为了消除PST接入对常规距离保护造成的影响,根据PST对各序网故障分量的移相特性、PST序网等效阻抗以及接地、相间测量阻抗算法,推导出PST安装位置、PST移相角、故障位置均会对距离保护产生影响。基于距离保护受PST接入的影响机理,利用对称分量反变换、同步相量测量技术,提出了基于相角补偿和相量测量单元(Phasor Measurement Units, PMUs)的自适应距离保护。在此基础上,利用Matlab/Simulink搭建了PST的模型,并通过仿真验证了PST接入对距离保护影响机理推导的正确性以及所提出的自适应距离保护改进措施的有效性,为未来PST的深入研究和工程应用提供了理论支撑。     

计及故障点两侧零序电流相位差的新能源送出线路接地故障时域距离保护研究

新能源电源故障电流呈现弱馈性、强受控性并具有大量的间谐波,导致现有工频量距离保护可靠性下降,而时域距离保护主要根据方程求解故障距离,受新能源短路电流特性影响较小。针对新能源送出线路较长时,线路分布电容对零序电流相位的影响不可忽略,进而导致故障距离的计算产生较大偏差的问题,提出了一种计及故障点两侧零序电流相位差的新能源送出线路时域距离保护改进方案。首先,计及故障点两侧零序电流相位差的影响,将过渡电阻等效为过渡阻抗。然后,通过列写故障回路方程并求解故障距离,形成保护判据。最后,基于PSCAD/EMTDC大量仿真实验,验证了所提时域距离保护方案计算故障距离的误差较小,可以较好地适用于新能源经中长距离交流线路送出的场景。