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。     

基于电压相位比较的双馈风电场输电线路单相接地距离保护

基于双dq坐标系的双馈感应发电机(DFIG)暂态模型,推导了DFIG正、负序突变量阻抗表达式并研究其相角变化特征。针对DFIG突变量阻抗角变化,提出一种单相接地时故障点序电流与保护安装处序电流之间相位差的计算方法,从而得到以保护安装处电压为参考值的故障点电压和补偿电压的相角。以区内外故障时故障点电压和补偿电压之间的相位关系为依据,提出适用于双馈风电场输电线路的电压相位比较距离保护方案。仿真结果表明,所提方法不受过渡电阻、故障位置及系统运行方式的影响,能够准确判别区内外故障。     

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。     

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。     

风电场送出线路距离保护的探究

风电场的电气特性必须符合新的大型风电场并网标准和要求。按照这些要求,风电场受到的约束仅仅是当时的风力条件,应该能在传统发电厂的水平上完成控制任务。例如,在电网降低输电容量时(如主干电网器件替换或检修),风电场的所有风力机可以运行,但功率水平降低。风电场也必须能参与局部平衡控制(二次调频)。主要基于具有低电压穿越能力的双馈风机,在联络线的风电场侧和网侧都采用距离保护,增加保护的可靠性,并建立保护模型,并将其与风机模型相结合进行研究。     

输电线路距离保护继电器配置的研究

讨论了引入负荷限制继电器,防止重负荷时测量阻抗进入距离继电器而引起误动;引入接地及相间距离继电器提高躲过渡电阻能力;以及采用低压距离继电器,防止继电器存在死区的合理而有致的输电线路距离保护继电器配置方案.     

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。     

过渡电阻对距离保护的影响

分析了过渡电阻对单相接地和相间故障时距离保护测量阻抗的影响,提出了通过采集同一时刻故障线路两侧电流、母线电压的补偿算法,消除过渡电阻对测量阻抗的影响。     

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。     

风电接入对继电保护的影响(四)——风电场送出线路保护性能分析

分析了具备低电压穿越能力的双馈式风电场送出线路的故障特征,发现仅在三相金属性故障情况下风电场侧电压与电流同频率,其他故障情况下风电场侧短路电压、电流频率均不同;风电场的弱电源特性使得正负序阻抗远大于零序阻抗,接地故障时风电短路电流主要为零序分量,使得三相电流相近;风电场侧方向元件、距离元件、选相元件均无法保证正确动作。以某地区风电接入为例,对风电场送出线路保护进行动作性能测试,实验结果表明电流差动保护灵敏度降低,方向元件、距离元件、选相元件的动作性能受到严重影响。     

双馈风电短路电流特性对距离保护的影响分析

双馈风电机组短路电流特性不同于传统同步电机,给继电保护算法和原理带来新的问题。解析推导了转速频率分量使全周傅里叶算法产生计算偏差的表达式,进一步分析了双馈型风电机组短路电流对全周傅里叶算法的影响,并通过仿真论证了理论解析的正确性。同时考虑到风电场一般具有较强的弱馈性,以距离保护为例,考虑不同类型接地故障并计及过渡电阻,对风电场侧送出线距离保护测量阻抗进行了机理分析,并辅以DIgSILENT仿真验证,分析了双馈风电短路电流中的转速频率分量以及风电场弱馈特性对送出线距离保护的影响,揭示了转速频率分量对于距离保护测量阻抗的影响规律。所得结论可为风电接入系统的保护与配置提供参考。     

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。     

风电场联络线短路电流特性的研究

为了对包含双馈感应风力发电机风电场的联络线保护进行研究,有必要对联络线发生故障时的短路电流特性进行分析。对于联络线对称短路故障,利用双馈风力发电机定、转子磁链的暂态变化机理,推导了双馈风力发电机组在联络线远端和近端故障情况下的定子暂态电流解析表达式。对于不对称短路故障,通过利用对称分量法和双馈感应风力发电机简化正负序等效电路,定性地分析了联络线发生不对称故障时的短路电流特性。仿真结果表明含双馈感应风力发电机的风电场联络线短路电流特性与常规电力系统短路电流特性有明显差别。     

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。     

基于边缘检测的大规模风电场送出线路纵联保护算法

由于风电出力的波动及送出线路发生故障时故障电流的频偏特性,风电场送出线路纵联保护灵敏度下降甚至拒动,因此提出了基于边缘检测的风电场送出线路纵联保护算法。通过将风电场送出线路两侧采集到的电流构造为矩阵形式,并使用Sobel算子进行边缘检测,从而确定电流采样值变化大的部分。然后通过所识别到的线路两侧电流采样值变化大的部分计算平均梯度幅值并与整定值相比较,实现区内故障和区外故障的快速识别。最后通过PSCAD/EMTDC搭建了大规模风电场送出系统模型,验证了所提算法的适用性、速动性及抗过渡电阻能力。与现有送出线路的纵联保护相比,所提方法在风电场弱出力的情况下仍适用,且动作速度更快。     

风电场场内输电线路直击雷防护研究

风力发电场的场内输电线路是防雷保护的薄弱环节.当雷电击中输电线路时,会造成线路过电压,损坏电力变压器设备.对此,笔者以某风力发电场雷击事故为例,利用电磁暂态程序ATP/EMTP建立雷电直击于输电线路的模型,定量计算出升压变压器上的暂态过电压和流过电缆的最大雷电流,综合考虑安装线路避雷器和降低接地电阻对计算结果的影响,然后确定风电场场内输电线路有效的防雷保护方案,确保变压器安全可靠运行.仿真分析验证,采用该方案能提高场内输电线路的耐雷水平,能起到保护变压器安全运行的作用.