[发明专利]一种双馈风电场站送出线路故障选相方法

说明书

本发明涉及一种双馈风电场站送出线路故障选相方法，属于电力系统继电保护技术领域。本发明当送出线路发生区内故障时，故障相全时域电流在二维空间上分布在第一、第三象限，而非故障相全时域电流在二维空间上分布在第二、第四象限；根据全时域电流在二维空间的轨迹分布特征，结合最小二乘法对轨迹进行直线拟合，求取直线斜率，通过故障电流在二维空间轨迹分布比例和轨迹拟合直线斜率极性，判断故障相别。本发明对采用率要求不高，减小了采样装置的存储容量要求，不受场站侧高次谐波、场站弱馈特性、双馈风机转速频电流、二次侧电流互感器饱和、采样故障电流混入25dB高斯白噪声的影响。

技术领域

本发明涉及一种双馈风电场站送出线路故障选相方法，特别是一种基于时域电流二维空间轨迹识别的双馈风电场站送出线路故障选相方法，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术

随着新能源发电装机规模逐渐扩大，为了将电能远距离大规模送出，建立新能源场站，然后经过升压变压器，通过送出线路连接到电网中。新能源场站送出线路作为输送清洁能源的重要通道，其运行安全对于新能源场站和电网的安全稳定运行都具有十分重要的意义。因此，送出线路故障时确保线路保护正确、可靠动作对新能源场站和电网安全稳定运行至关重要。

送出线路故障特征在很大程度上区别于常规线路，给电网的安全稳定运行带来极大的风险。新能源场站含有大量的电力电子器件，场站送出线路发生故障后，故障电流含有大量谐波，并且受电力电子器件和转动惯量小的影响，故障电压和电流幅值较低，对于双馈风机场站故障后电流主频率发生偏移，场站运行方式多变，且故障后撬棒的投入等导致系统阻抗不稳定。因此，基于阻抗元件、相电流突变选相元件难以适应双馈风电场站送出线路，需要采用新的选相方案。基于电压突变量选相元件保护安装处电压是由保护安装处的正序、负序、零序电压决定，并且与序阻抗上的电压降有关，由于风电场站的弱馈特性和谐波特性，提取的序分量电压不足以满足选相要求。基于行波模值比较和极性判别的方法受到场站侧弱馈特性的影响，无法提取行波模值，并且受噪声的影响较大。基于相位差选相元件受到场站侧高次谐波和序阻抗不稳定的影响，针对不同的控制策略需要进行相位补偿，选相过程较为繁琐。而新能源场站送出线路故障后如果无法准确查找并排除故障，可能给电网的稳定运行带来隐患，造成风机大规模脱网，降低了对绿色能源的消纳，产生严重经济损失。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于时域电流二维空间轨迹识别的双馈风电场站送出线路故障选相方法，用以双馈风电场站送出线路区内故障选相，解决上述问题，对双馈风电场站和电网侧安全稳定运行有着积极的意义。

本发明的技术方案是：一种双馈风电场站送出线路故障选相方法，当送出线路发生区内故障时，故障相全时域电流在二维空间上分布在第一、第三象限，而非故障相全时域电流在二维空间上分布在第二、第四象限；根据全时域电流在二维空间的轨迹分布特征，结合最小二乘法对轨迹进行直线拟合，求取直线斜率，通过故障电流在二维空间轨迹分布比例和/或轨迹拟合直线斜率极性，判断故障相别。

具体步骤为：

Step1：通过电磁暂态仿真在双馈风电场站送出线路区内设置不同故障类型，提取电流互感器二次侧故障电流I_S(t)和I_W(t)，I_S(t)为电网侧故障电流，I_W(t)为双馈风电场站侧故障电流。

Step2：把故障电流映射至二维空间，绘制故障电流在二维空间上的轨迹。

Step3：分别统计轨迹落入第一、三和第二、四象限总点数，，分别记为K₁₃和K₂₄，计算比例系数若K＞1初步判断为故障相，K＜1，初步判断为非故障相。

Step4：利用最小二乘法对故障电流二维空间轨迹进行直线拟合，求取拟合直线斜率k，若k＞0初步判断为故障相，k＜0初步判断为非故障相。