[发明专利]基于波形相关的风电场集电线路电流保护方法

说明书

本发明涉及一种基于波形相关的风电场集电线路电流保护方法，包括以下步骤，首先采集风电场内各条集电线路保护安装处的三相电流。进行滤波处理，并编程提取各相故障分量电流。根据故障分量电流计算集电线路间的各相相关系数，两两遍历。若某相的相关系数属于(0,1]，则两条集电线路的所述相均未发生故障，将其记作线路i、线路j；若该相的相关系数不属于(0,1]，则有且仅有一条集电线路的所述相发生故障，将其记作线路u、线路v；此时当线路u、线路j间的该相相关系数属于(0,1]时，则集电线路u的所述相未发生故障，集电线路v的所述相发生故障，而当线路u、线路j间的该相相关系数不属于(0,1]时，则集电线路u的所述相发生故障，集电线路v的所述相未发生故障。

技术领域

本发明属于电力系统继电保护技术领域，特别涉及一种基于波形相关的风电场集电线路电流保护方法。

背景技术

我国风电发展具有独特的发展模式，多为大规模集中开发、远距离外送模式。这种发展模式导致风电对电网的影响不容忽视，随着风电装机容量的不断增加，风电并网引发的问题越来越突出。近年来甘肃酒泉等风电基地发生了多起大规模风电连锁脱网事故，导致电网损失大量出力，影响电力系统的安全稳定运行。事故调查显示，大规模风电场连锁脱网事故多由风电场内轻微故障的非及时清除而引发。由此可见，风电场场内保护的性能对保证风电并网系统的安全稳定运行至关重要，亟待解决。风电场装机容量不断增加，风电机组故障特性复杂多变，场内集电线路距离长、回路数多且同一条集电线路上有多台风电机组分散接入，这导致集电线路的故障概率大、故障特性更加复杂多变，简单地沿用配电系统的继电保护配置方案已无法满足要求。

图1所示为风电场典型网架结构。各台双馈风电机组(DFIG)按照就近原则分组由集电线路汇集至35kV集电母线，再经升压变压器升压至220kV，最后经送出线向电网供电。该风场中共m条集电线路，每台风电机组采用单元接线方式连接箱式变压器。风电场在35kV母线处接入接地变压器，人为引入中性点，以实现风电场的有效接地。参考《西北电网风电场继电保护配置及整定技术规范》，集电线路所采用的三段式过流保护的整定原则为：I段按本线路末端故障，保护有足够的灵敏度整定，时间取为0s；II段按躲过本线路最大负荷电流整定，时间比I段多0.3s；III段视具体情况整定，可不采用。箱变高压侧配备有熔断器和隔离开关作为箱变本体及低压侧故障的保护，箱变低压侧不配备专门的保护装置。现以风电场集电线路为研究对象，分析按照配电网配置的集电线路电流保护的适应性，主要结论如下：

(1)1条集电线路上分散接有多台DFIG，且每台DFIG高压侧仅配备熔断器保护，导致集电线路保护与箱变的熔断器保护配合十分困难，箱变高压侧故障时，集电线路的过流I段保护会越级跳闸。

(2)某集电线路故障时，非故障集电线路上风电机组提供的低穿电流可能大于负荷电流，导致无方向元件的过流II段误动作。

(3)为解决(2)中过流II段误动作的问题，通过增加方向元件来判别方向。但风电机组等效序阻抗的变化破坏了传统故障分量方向元件的最佳应用环境。风电机组与常规电源存在很大差异，尤其是采用异步发电机和电力电子装置相结合的双馈风电机组，其故障特性十分复杂。故障期间风电电源等效正、负序阻抗受风电机组的故障暂态策略控制，阻抗相角可能发生较大变化，进而可能导致故障分量方向元件灵敏性不足或误判。因此问题(2)并未得到实质上的解决。

基于以上分析可知，寻求一种适用于风电场集电线路保护的继电保护配置与整定方法，对兼顾风机安全与系统可靠性具有重要意义。针对过流I段保护与熔断器保护的配合问题已有较多研究，因此本发明重点研究集电线路的过流II段保护方法。

发明内容

本发明的目的是针对上述风电场集电线路中传统保护配置方案的适应性问题，提出一种基于波形相关的风电场集电线路电流保护方法。

所述保护方法的分析过程如下：