含分布式dfig型風(fēng)電機(jī)的配電網(wǎng)縱聯(lián)保護(hù)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種含分布式DFIG型風(fēng)電機(jī)的配電網(wǎng)縱聯(lián)保護(hù)方法，包括以下步驟：提取線路兩端保護(hù)安裝處的故障電流波形進(jìn)行分析，將電流的離散數(shù)據(jù)通過Prony算法來計(jì)算兩端故障電流的衰減因子的大小，對兩端衰減因子進(jìn)行做差比較得出兩端電流在故障情況下的衰減因子差異，與保護(hù)的整定值進(jìn)行比較，可以正確的判別出故障區(qū)內(nèi)與區(qū)外故障。本發(fā)明提供的方法能夠有效可靠的判別線路的區(qū)內(nèi)外故障，可以有效的利用到分布式電源的特有性質(zhì)，在實(shí)際工程中具有一定的應(yīng)用價(jià)值。
【專利說明】
含分布式DFIG型風(fēng)電機(jī)的配電網(wǎng)縱聯(lián)保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于配電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種含分布式DFIG型風(fēng)電機(jī)的配 電網(wǎng)縱聯(lián)保護(hù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)力發(fā)電機(jī)接入配電網(wǎng)后，配電網(wǎng)變?yōu)槎嘣吹南到y(tǒng)，尤其隨著風(fēng)力發(fā)電滲透率的 加大，使其對配電網(wǎng)的影響更加明顯；同時(shí)由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)出力的隨機(jī)性及不確定性，造成 了傳統(tǒng)的過電流保護(hù)難W適應(yīng)，導(dǎo)致了配電網(wǎng)保護(hù)設(shè)置更加的困難。在實(shí)際的工程應(yīng)用中， 雙饋式感應(yīng)發(fā)電機(jī)（DFIG，Doubly-fed Induction Generator)為主流機(jī)型，而雙饋式風(fēng)力 發(fā)電機(jī)其故障特性較逆變型分布式電源來說更為復(fù)雜，因此，對于其故障暫態(tài)特性的研究 則至關(guān)重要。
[0003] 目前，國內(nèi)外對于含分布式電源的保護(hù)方法主要有：（1)提出了一種方向過電流保 護(hù)的方案，該方法解決了分布式電源接入帶來的保護(hù)方向性的問題，避免了保護(hù)元件反向 誤動(dòng)的情況；（2)利用故障定位和分析方法對配電網(wǎng)保護(hù)進(jìn)行一定的改進(jìn)，也取得了一定的 成效；（3)對分布式電源的輸出容量進(jìn)行了一定的限制，使其不會(huì)對配電網(wǎng)原有保護(hù)造成影 響；（4)針對分布式電源暫態(tài)特性方面的保護(hù)。對于（1)來說，其利用功率方向來解決多源故 障方向的判別，但用到了電壓量，在實(shí)際配電網(wǎng)中很難實(shí)現(xiàn)。（2)中利用了通信的方式對配 電網(wǎng)的故障進(jìn)行處理，在可靠性方面有較大的不確定性。在(3)中對分布式電源的輸出容量 進(jìn)行限制，不符合國家對能源開發(fā)的目的。最后一種雖然對分布式電源的暫態(tài)特性進(jìn)行了 研究，但是把雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的暫態(tài)特性與配電網(wǎng)保護(hù)相結(jié)合的方面幾乎沒有。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種含分布式DFIG型風(fēng)電機(jī)的配電網(wǎng)縱聯(lián)保護(hù)方法，解決了 現(xiàn)有技術(shù)中存在的對于接有DFIG的配電網(wǎng)的保護(hù)方法復(fù)雜、不能適應(yīng)DFIG的暫態(tài)特性的問 題。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種含分布式DFIG型風(fēng)電機(jī)的配電網(wǎng)縱聯(lián)保護(hù)方 法，具體按照W下步驟實(shí)施：
[0006] 步驟1:通過DFIG型風(fēng)電機(jī)的配電網(wǎng)的首端電流互感器、末端電流互感器分別采集 首端斷路器、末端斷路器處的電流值，并將測得的電流值分別傳遞到首端可編程處理器、末 端可編程處理器，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；
[0007] 步驟2:首端可編程處理器、末端可編程處理器根據(jù)步驟1數(shù)據(jù)處理結(jié)果分別發(fā)出 調(diào)控指令至首端斷路器動(dòng)作控制器、末端斷路器動(dòng)作控制器來控制首端斷路器、末端斷路 器，實(shí)現(xiàn)DFIG型風(fēng)電機(jī)的配電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)方法。
[000引本發(fā)明的特點(diǎn)還在于：
[0009] 步驟1進(jìn)行數(shù)據(jù)處理具體過程為：
[0010] 步驟1.1:首先采用Prony算法計(jì)算得出首端斷路器、末端斷路器處的電流值對應(yīng) 的電流衰減因子值，分別記為ai、口2;
[0011]步驟1.2:計(jì)算ai、Q2之間的差值，將差值的絕對值與Qset進(jìn)行比較，來實(shí)現(xiàn)線路的縱 聯(lián)保護(hù)：
[001^ 1)當(dāng)Ia廣日21 >aset，判別為故障發(fā)生在線路之間，線路兩端的保護(hù)裝置動(dòng)作，切斷 故障；
[OOK] 2)當(dāng)|日廣日2| <aset，判別為故障發(fā)生在線路之外，線路兩端的保護(hù)裝置不動(dòng)作。
[0014] 步驟1.1采用Prony算法計(jì)算得出首端斷路器、末端斷路器處的電流值對應(yīng)的電流 衰減因子值，具體過程為：
[0015] 通過PSCAD仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)M配電網(wǎng)發(fā)生不同類型的故障，將得到的故障電流暫態(tài)數(shù) 據(jù)導(dǎo)入matlab程序，通過Prony算法計(jì)算出不同故障下首端斷路器與末端斷路器電流的衰 減因子的值；
[0016] 其中Prony算法的原理如下：
[0017] (1):
[001引式中：n-分解的正弦分量個(gè)數(shù)；P-Prony模型的階數(shù)；N-采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)； Am一振幅;Qm-阻尼因子;fm一振蕩頻率;0m -相位；A t-義樣間隔；
[0019] 利用上述原理計(jì)算衰減因子的具體過程為：
[0020] (1)定義：
[0021
C2)
[0022] 式中：x*(.)為x(.)的共輛復(fù)數(shù)；
[0023] (2)利用仿真試驗(yàn)得到的故障電流暫態(tài)數(shù)據(jù)，結(jié)合公式(2)，構(gòu)造矩陣：
[0024]
:(3)
[0025] (3)用SVD-TLS方法確定R的自回歸參數(shù)曰1，...，ap;
[00%] (4)求解多項(xiàng)式
[0027] 1+aiz-i+. . .+apZ_P = 0 (4)
[0028]得根 Zi(i = l,...,p)
[0029] (5)計(jì)算參數(shù)b (5)
[0030]
[0031]
[0032]
[0033]
[0034]
[0035]
[0036]
[0037] DFIG型風(fēng)電機(jī)的配電網(wǎng)系統(tǒng)包括電源，電源通過降壓變壓器與第一母線連接，從 第一母線處引出一條饋線，在饋線上設(shè)置有第二母線，DFIG風(fēng)電場通過第一升壓變壓器、第 二升壓變壓器接入到第二母線處;在第一母線的出口處設(shè)置有首端斷路器和檢測首端斷路 器處電流值的首端電流互感器，首端斷路器與首端斷路器動(dòng)作控制器相連接，首端電流互 感器和首端斷路器動(dòng)作控制器均與首端可編程處理器連接;在第二母線出口處設(shè)置有末端 斷路器和檢測末端斷路器處電流值的末端電流互感器，末端斷路器與末端斷路器動(dòng)作控制 器相連接，末端電流互感器和末端斷路器動(dòng)作控制器均與末端可編程處理器連接。
[0038] 本發(fā)明的有益效果是：1)本發(fā)明考慮到了分布式電源固有的暫態(tài)特性，對于保護(hù) 的設(shè)置能夠更加的準(zhǔn)確，可W大大的提高接有DFIG的配電網(wǎng)保護(hù)的可靠性和選擇性;2)在 針對雙電源形式中利用了縱聯(lián)保護(hù)，僅用到電流量，其計(jì)算過程也較為簡單，而且較傳統(tǒng)的 縱聯(lián)保護(hù)來說，對于有分支線的線路其適應(yīng)性也較高，在配電網(wǎng)中的實(shí)用性高。
【附圖說明】
[0039] 圖1是本發(fā)明中DFIG型風(fēng)電機(jī)的配電網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040] 圖2是本發(fā)明配電網(wǎng)縱聯(lián)保護(hù)方法的流程圖；
[0041] 圖3是本發(fā)明DFIG型風(fēng)電機(jī)的配電網(wǎng)的故障電流特性示意圖。
[0042] 圖中，1.電源，2.降壓變壓器，3.第一母線，4. DFIG風(fēng)電場，5.第二母線，6.第一升 壓變壓器，7.第二升壓變壓器，8.末端斷路器，9.首端斷路器，10.末端電流互感器，11.首端 電流互感器，12 .末端可編程處理器，13 .首端可編程處理器，14.末端斷路器動(dòng)作控制器， 15.首端斷路器動(dòng)作控制器。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0044] 本發(fā)明中DFIG型風(fēng)電機(jī)的配電網(wǎng)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括電源1，電源1通過降 壓變壓器2與第一母線3連接，從第一母線3處引出一條饋線，在饋線上設(shè)置有第二母線5， DFIG風(fēng)電場4通過第一升壓變壓器6、第二升壓變壓器7接入到第二母線5處;在第一母線3的 出口處設(shè)置有首端斷路器9和檢測首端斷路器9處電流值的首端電流互感器11，首端斷路器 9與首端斷路器動(dòng)作控制器15相連接，首端電流互感器11和首端斷路器動(dòng)作控制器15均與 首端可編程處理器13連接;在第二母線5出口處設(shè)置有末端斷路器8和檢測末端斷路器8處 電流值的末端電流互感器10,末端斷路器8與末端斷路器動(dòng)作控制器14相連接，末端電流互 感器10和末端斷路器動(dòng)作控制器14均與末端可編程處理器12連接。
[0045] 本發(fā)明一種含分布式DFIG型風(fēng)電機(jī)的配電網(wǎng)縱聯(lián)保護(hù)方法，流程如圖2所示，具體 按照W下步驟實(shí)施：
[0046] 步驟1:通過DFIG型風(fēng)電機(jī)的配電網(wǎng)的首端電流互感器11、末端電流互感器10分別 采集首端斷路器9、末端斷路器8處的電流值，并將測得的電流值分別傳遞到首端可編程處 理器13、末端可編程處理器12，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，具體過程為：
[0047] 步驟1.1:首先采用Prony算法計(jì)算得出首端斷路器9、末端斷路器8處的電流值對 應(yīng)的電流衰減因子值，分別記為a 1、〇2，具體過程為：
[0048] 通過PSCAD仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)M配電網(wǎng)發(fā)生不同類型的故障，將得到的故障電流暫態(tài)數(shù) 據(jù)導(dǎo)入matlab程序，通過Prony算法計(jì)算出不同故障下首端斷路器與末端斷路器電流的衰 減因子的值；
[0049] 其中Prony算法的原理如下：
[(K)加 ] (I)
[0051] 式中：n-分解的正弦分量個(gè)數(shù)；P-Prony模型的階數(shù);N-采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)； Am一振幅;Qm-阻尼因子;fm-振蕩頻率;0m-相位；A t-義樣間隔；
[0052] 利用上述原理計(jì)算衰減因子的具體過程為：
[0053] (1)吿令:
[0054]
(2)
[0055] 式中：/(.)為x(.)的共輛復(fù)數(shù)；
[0056] (2)利用仿真試驗(yàn)得到的故障電流暫態(tài)數(shù)據(jù)，結(jié)合公式(2)，構(gòu)造矩陣：
[0057]
(3)
[005引（3)用SVD-TLS方法確定R的自回歸參數(shù)曰1，...，ap;
[0059] (4)求解多項(xiàng)式
[0060] l+aiz-i+. . .+apZ_P = 0 (4) CS)
[OOW]得根 Zi(i = l,...,p)[0062] (5)計(jì)算參數(shù) b(5)
[0063]
[0064]
[00 化]
[0066]
[0067] (6)計(jì)算衰減因子口1
[006引 Qi = In I Zi/AtI (6)
[0069] 其中i = l, . . . ,P。
[0070] 步驟1.2:計(jì)算ai、Q2之間的差值，將差值的絕對值與Qset進(jìn)行比較，來實(shí)現(xiàn)線路的縱 聯(lián)保護(hù)：
[OOW 1)當(dāng)I a廣日21 >aset，判別為故障發(fā)生在線路之間，線路兩端的保護(hù)裝置動(dòng)作，切斷 故障；
[0072] 2)當(dāng)Ia廣日2| <aset，判別為故障發(fā)生在線路之外，線路兩端的保護(hù)裝置不動(dòng)作。
[0073] 步驟2:首端可編程處理器13、末端可編程處理器12根據(jù)步驟1數(shù)據(jù)處理結(jié)果分別 發(fā)出調(diào)控指令至首端斷路器動(dòng)作控制器15、末端斷路器動(dòng)作控制器14來控制首端斷路器9、 末端斷路器8,實(shí)現(xiàn)DFIG型風(fēng)電機(jī)的配電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)方法。
[0074] 實(shí)施例：
[0075] 步驟1: W圖3(a)所示DFIG風(fēng)電場輸出的S相接地故障下的故障電流和圖3(b)所 示的大電源在=相接地故障下的故障電流為例進(jìn)行測試，算法時(shí)間窗考慮到保護(hù)的快速 性，選擇20ms。對電流波形進(jìn)行濾波，濾除嚴(yán)重的波形崎變點(diǎn)。
[0076] 步驟2:利用上述的Prony算法對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行衰減因子計(jì)算，得出各自對應(yīng)的衰 減因子的大小為〇1、口2。
[0077] 步驟3:求解|日廣日2|的值，記為Aa。
[0078] 步驟4:考慮到實(shí)際中的測量誤差，運(yùn)里設(shè)置Ciset = O.5,程序計(jì)算結(jié)果如表1所示：
[0079] 表1保護(hù)判別結(jié)果
[0080]
[0081 ]由上表可知A a>0.5,保護(hù)能夠正確動(dòng)作。
[0082] 步驟5:對與不同容量下保護(hù)的大量測試結(jié)果如表2所示：
[0083] 表2保護(hù)的大量測試結(jié)果
[0084]
[0085] 由上表可知，采用本發(fā)明的配電網(wǎng)縱聯(lián)保護(hù)方法，都可W正確動(dòng)作。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種含分布式DFIG型風(fēng)電機(jī)的配電網(wǎng)縱聯(lián)保護(hù)方法，其特征在于，具體按照w下步 驟實(shí)施： 步驟1:通過DFIG型風(fēng)電機(jī)的配電網(wǎng)的首端電流互感器（11)、末端電流互感器（10)分別 采集首端斷路器(9)、末端斷路器(8)處的電流值，并將測得的電流值分別傳遞到首端可編 程處理器(13 )、末端可編程處理器(12 )，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理； 步驟2:首端可編程處理器（13)、末端可編程處理器（12)根據(jù)步驟1數(shù)據(jù)處理結(jié)果分別 發(fā)出調(diào)控指令至首端斷路器動(dòng)作控制器（15)、末端斷路器動(dòng)作控制器(14)來控制首端斷路 器(9)、末端斷路器(8)，實(shí)現(xiàn)DFIG型風(fēng)電機(jī)的配電網(wǎng)的縱聯(lián)保護(hù)方法。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含分布式DFIG型風(fēng)電機(jī)的配電網(wǎng)縱聯(lián)保護(hù)方法，其特征 在于，所述步驟1進(jìn)行數(shù)據(jù)處理具體過程為： 步驟1.1:首先采用Prony算法計(jì)算得出首端斷路器(9)、末端斷路器(8)處的電流值對 應(yīng)的電流衰減因子值，分別記為日1、口 2; 步驟1.2:計(jì)算αι、α2之間的差值，將差值的絕對值與aset進(jìn)行比較，來實(shí)現(xiàn)線路的縱聯(lián)保 護(hù)： 1) 當(dāng)I αι-α21 >aset，判別為故障發(fā)生在線路之間，線路兩端的保護(hù)裝置動(dòng)作，切斷故障； 2) 當(dāng)|ai-a2|<aset，判別為故障發(fā)生在線路之外，線路兩端的保護(hù)裝置不動(dòng)作。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種含分布式DFIG型風(fēng)電機(jī)的配電網(wǎng)縱聯(lián)保護(hù)方法，其特征 在于，所述步驟1.1采用Prony算法計(jì)算得出首端斷路器(9)、末端斷路器(8)處的電流值對 應(yīng)的電流衰減因子值，具體過程為： 通過PSCAD仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)M配電網(wǎng)發(fā)生不同類型的故障，將得到的故障電流暫態(tài)數(shù)據(jù)導(dǎo) 入matlab程序，通過Prony算法計(jì)算出不同故障下首端斷路器與末端斷路器電流的衰減因 子的值； 其中Prony算法的原理如下：式中：η-分解的正弦分量個(gè)數(shù);p-Prony模型的階數(shù);N-采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù);Am-振 幅;Qm -阻尼因子;fm一振蕩頻率;-相化Δ t-義樣間隔； 利用上述原理計(jì)算衰減因子的具體過程為： (1) 定義：(2) 式中:X^.)為X(.)的共輛復(fù)數(shù)； (2) 利用仿真試驗(yàn)得到的故障電流暫態(tài)數(shù)據(jù)，結(jié)合公式(2)，構(gòu)造矩陣：(3:) (3) 用SVD-TLS方法確定R的自回歸參數(shù)ai，. . .，ap; (4) 求解多項(xiàng)式 1+aiz 1+. . .+apZ P = 0 (4) 得根zi(i = l,. . .，p) (5) 計(jì)算參數(shù)b其中 i = l,...,p。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含分布式DFIG型風(fēng)電機(jī)的配電網(wǎng)縱聯(lián)保護(hù)方法，其特征 在于，所述DFIG型風(fēng)電機(jī)的配電網(wǎng)系統(tǒng)包括電源（1)，電源（1)通過降壓變壓器(2)與第一母 線(3)連接，從第一母線(3)處引出一條饋線，在饋線上設(shè)置有第二母線(5)，DFIG風(fēng)電場(4) 通過第一升壓變壓器(6)、第二升壓變壓器(7)接入到第二母線（5)處;在第一母線(3)的出 口處設(shè)置有首端斷路器(9)和檢測首端斷路器(9)處電流值的首端電流互感器(11)，首端斷 路器(9)與首端斷路器動(dòng)作控制器（15)相連接，首端電流互感器（11)和首端斷路器動(dòng)作控 制器(15)均與首端可編程處理器(13)連接;在第二母線(5)出口處設(shè)置有末端斷路器(8)和 檢測末端斷路器(8)處電流值的末端電流互感器(10)，末端斷路器(8)與末端斷路器動(dòng)作控 制器（14)相連接，末端電流互感器（10)和末端斷路器動(dòng)作控制器（14)均與末端可編程處理 器(12)連接。
【文檔編號(hào)】H02H7/28GK105846408SQ201610322165
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月16日
【發(fā)明人】段建東, 孫磊, 崔帥帥, 何魚, 慕騰
【申請人】西安理工大學(xué)