含分布式dfig型風電機的配電網縱聯保護方法
【專利摘要】本發明公開了一種含分布式DFIG型風電機的配電網縱聯保護方法，包括以下步驟：提取線路兩端保護安裝處的故障電流波形進行分析，將電流的離散數據通過Prony算法來計算兩端故障電流的衰減因子的大小，對兩端衰減因子進行做差比較得出兩端電流在故障情況下的衰減因子差異，與保護的整定值進行比較，可以正確的判別出故障區內與區外故障。本發明提供的方法能夠有效可靠的判別線路的區內外故障，可以有效的利用到分布式電源的特有性質，在實際工程中具有一定的應用價值。
【專利說明】
含分布式DFIG型風電機的配電網縱聯保護方法
技術領域
[0001] 本發明屬于配電網繼電保護技術領域，具體設及一種含分布式DFIG型風電機的配 電網縱聯保護方法。
【背景技術】
[0002] 風力發電機接入配電網后，配電網變為多源的系統，尤其隨著風力發電滲透率的 加大，使其對配電網的影響更加明顯；同時由于風力發電機出力的隨機性及不確定性，造成 了傳統的過電流保護難W適應，導致了配電網保護設置更加的困難。在實際的工程應用中， 雙饋式感應發電機（DFIG，Doubly-fed Induction Generator)為主流機型，而雙饋式風力 發電機其故障特性較逆變型分布式電源來說更為復雜，因此，對于其故障暫態特性的研究 則至關重要。
[0003] 目前，國內外對于含分布式電源的保護方法主要有：（1)提出了一種方向過電流保 護的方案，該方法解決了分布式電源接入帶來的保護方向性的問題，避免了保護元件反向 誤動的情況；（2)利用故障定位和分析方法對配電網保護進行一定的改進，也取得了一定的 成效；（3)對分布式電源的輸出容量進行了一定的限制，使其不會對配電網原有保護造成影 響；（4)針對分布式電源暫態特性方面的保護。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，在實際配電網中很難實現。（2)中利用了通信的方式對配 電網的故障進行處理，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 進行限制，不符合國家對能源開發的目的。最后一種雖然對分布式電源的暫態特性進行了 研究，但是把雙饋式風力發電機的暫態特性與配電網保護相結合的方面幾乎沒有。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種含分布式DFIG型風電機的配電網縱聯保護方法，解決了 現有技術中存在的對于接有DFIG的配電網的保護方法復雜、不能適應DFIG的暫態特性的問 題。
[0005] 本發明所采用的技術方案是，一種含分布式DFIG型風電機的配電網縱聯保護方 法，具體按照W下步驟實施：
[0006] 步驟1:通過DFIG型風電機的配電網的首端電流互感器、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，進行數據處理；
[0007] 步驟2:首端可編程處理器、末端可編程處理器根據步驟1數據處理結果分別發出 調控指令至首端斷路器動作控制器、末端斷路器動作控制器來控制首端斷路器、末端斷路 器，實現DFIG型風電機的配電網的縱聯保護方法。
[000引本發明的特點還在于：
[0009] 步驟1進行數據處理具體過程為：
[0010] 步驟1.1:首先采用Prony算法計算得出首端斷路器、末端斷路器處的電流值對應 的電流衰減因子值，分別記為ai、口2;
[0011]步驟1.2:計算ai、Q2之間的差值，將差值的絕對值與Qset進行比較，來實現線路的縱 聯保護：
[001^ 1)當Ia廣日21 >aset，判別為故障發生在線路之間，線路兩端的保護裝置動作，切斷 故障；
[OOK] 2)當|日廣日2| <aset，判別為故障發生在線路之外，線路兩端的保護裝置不動作。
[0014] 步驟1.1采用Prony算法計算得出首端斷路器、末端斷路器處的電流值對應的電流 衰減因子值，具體過程為：
[0015] 通過PSCAD仿真實驗模擬配電網發生不同類型的故障，將得到的故障電流暫態數 據導入matlab程序，通過Prony算法計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-分解的正弦分量個數；P-Prony模型的階數；N-采樣數據點的個數； 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(.)的共輛復數；
[0023] (2)利用仿真試驗得到的故障電流暫態數據，結合公式(2)，構造矩陣：
[0024]
:(3)
[0025] (3)用SVD-TLS方法確定R的自回歸參數曰1，...，ap;
[00%] (4)求解多項式
[0027] 1+aiz-i+. . .+apZ_P = 0 (4)
[0028]得根 Zi(i = l,...,p)
[0029] (5)計算參數b (5)
[0030]
[0031]
[0032]
[0033]
[0034]
[0035]
[0036]
[0037] DFIG型風電機的配電網系統包括電源，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，在饋線上設置有第二母線，DFIG風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作控制器相連接，首端電流互 感器和首端斷路器動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作控制 器相連接，末端電流互感器和末端斷路器動作控制器均與末端可編程處理器連接。
[0038] 本發明的有益效果是：1)本發明考慮到了分布式電源固有的暫態特性，對于保護 的設置能夠更加的準確，可W大大的提高接有DFIG的配電網保護的可靠性和選擇性;2)在 針對雙電源形式中利用了縱聯保護，僅用到電流量，其計算過程也較為簡單，而且較傳統的 縱聯保護來說，對于有分支線的線路其適應性也較高，在配電網中的實用性高。
【附圖說明】
[0039] 圖1是本發明中DFIG型風電機的配電網系統的結構示意圖；
[0040] 圖2是本發明配電網縱聯保護方法的流程圖；
[0041] 圖3是本發明DFIG型風電機的配電網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.末端斷路器動作控制器， 15.首端斷路器動作控制器。
【具體實施方式】
[0043] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明進行詳細說明。
[0044] 本發明中DFIG型風電機的配電網系統，結構如圖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，在饋線上設置有第二母線5， DFIG風電場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與首端斷路器動作控制器15相連接，首端電流互感器11和首端斷路器動作控制器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與末端斷路器動作控制器14相連接，末端電流互 感器10和末端斷路器動作控制器14均與末端可編程處理器12連接。
[0045] 本發明一種含分布式DFIG型風電機的配電網縱聯保護方法，流程如圖2所示，具體 按照W下步驟實施：
[0046] 步驟1:通過DFIG型風電機的配電網的首端電流互感器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，進行數據處理，具體過程為：
[0047] 步驟1.1:首先采用Prony算法計算得出首端斷路器9、末端斷路器8處的電流值對 應的電流衰減因子值，分別記為a 1、〇2，具體過程為：
[0048] 通過PSCAD仿真實驗模擬配電網發生不同類型的故障，將得到的故障電流暫態數 據導入matlab程序，通過Prony算法計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-分解的正弦分量個數；P-Prony模型的階數;N-采樣數據點的個數； 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(.)的共輛復數；
[0056] (2)利用仿真試驗得到的故障電流暫態數據，結合公式(2)，構造矩陣：
[0057]
(3)
[005引（3)用SVD-TLS方法確定R的自回歸參數曰1，...，ap;
[0059] (4)求解多項式
[0060] l+aiz-i+. . .+apZ_P = 0 (4) CS)
[OOW]得根 Zi(i = l,...,p)[0062] (5)計算參數 b(5)
[0063]
[0064]
[00 化]
[0066]
[0067] (6)計算衰減因子口1
[006引 Qi = In I Zi/AtI (6)
[0069] 其中i = l, . . . ,P。
[0070] 步驟1.2:計算ai、Q2之間的差值，將差值的絕對值與Qset進行比較，來實現線路的縱 聯保護：
[OOW 1)當I a廣日21 >aset，判別為故障發生在線路之間，線路兩端的保護裝置動作，切斷 故障；
[0072] 2)當Ia廣日2| <aset，判別為故障發生在線路之外，線路兩端的保護裝置不動作。
[0073] 步驟2:首端可編程處理器13、末端可編程處理器12根據步驟1數據處理結果分別 發出調控指令至首端斷路器動作控制器15、末端斷路器動作控制器14來控制首端斷路器9、 末端斷路器8,實現DFIG型風電機的配電網的縱聯保護方法。
[0074] 實施例：
[0075] 步驟1: W圖3(a)所示DFIG風電場輸出的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行測試，算法時間窗考慮到保護的快速 性，選擇20ms。對電流波形進行濾波，濾除嚴重的波形崎變點。
[0076] 步驟2:利用上述的Prony算法對上述數據進行衰減因子計算，得出各自對應的衰 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:考慮到實際中的測量誤差，運里設置Ciset = O.5,程序計算結果如表1所示：
[0079] 表1保護判別結果
[0080]
[0081 ]由上表可知A a>0.5,保護能夠正確動作。
[0082] 步驟5:對與不同容量下保護的大量測試結果如表2所示：
[0083] 表2保護的大量測試結果
[0084]
[0085] 由上表可知，采用本發明的配電網縱聯保護方法，都可W正確動作。
【主權項】
1. 一種含分布式DFIG型風電機的配電網縱聯保護方法，其特征在于，具體按照w下步 驟實施： 步驟1:通過DFIG型風電機的配電網的首端電流互感器（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 )，進行數據處理； 步驟2:首端可編程處理器（13)、末端可編程處理器（12)根據步驟1數據處理結果分別 發出調控指令至首端斷路器動作控制器（15)、末端斷路器動作控制器(14)來控制首端斷路 器(9)、末端斷路器(8)，實現DFIG型風電機的配電網的縱聯保護方法。2. 根據權利要求1所述的一種含分布式DFIG型風電機的配電網縱聯保護方法，其特征 在于，所述步驟1進行數據處理具體過程為： 步驟1.1:首先采用Prony算法計算得出首端斷路器(9)、末端斷路器(8)處的電流值對 應的電流衰減因子值，分別記為日1、口 2; 步驟1.2:計算αι、α2之間的差值，將差值的絕對值與aset進行比較，來實現線路的縱聯保 護： 1) 當I αι-α21 >aset，判別為故障發生在線路之間，線路兩端的保護裝置動作，切斷故障； 2) 當|ai-a2|<aset，判別為故障發生在線路之外，線路兩端的保護裝置不動作。3. 根據權利要求2所述的一種含分布式DFIG型風電機的配電網縱聯保護方法，其特征 在于，所述步驟1.1采用Prony算法計算得出首端斷路器(9)、末端斷路器(8)處的電流值對 應的電流衰減因子值，具體過程為： 通過PSCAD仿真實驗模擬配電網發生不同類型的故障，將得到的故障電流暫態數據導 入matlab程序，通過Prony算法計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-分解的正弦分量個數;p-Prony模型的階數;N-采樣數據點的個數;Am-振 幅;Qm -阻尼因子;fm一振蕩頻率;-相化Δ t-義樣間隔； 利用上述原理計算衰減因子的具體過程為： (1) 定義：(2) 式中:X^.)為X(.)的共輛復數； (2) 利用仿真試驗得到的故障電流暫態數據，結合公式(2)，構造矩陣：(3:) (3) 用SVD-TLS方法確定R的自回歸參數ai，. . .，ap; (4) 求解多項式 1+aiz 1+. . .+apZ P = 0 (4) 得根zi(i = l,. . .，p) (5) 計算參數b其中 i = l,...,p。4.根據權利要求1所述的一種含分布式DFIG型風電機的配電網縱聯保護方法，其特征 在于，所述DFIG型風電機的配電網系統包括電源（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，在饋線上設置有第二母線(5)，DFIG風電場(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)與首端斷路器動作控制器（15)相連接，首端電流互感器（11)和首端斷路器動作控 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)與末端斷路器動作控 制器（14)相連接，末端電流互感器（10)和末端斷路器動作控制器（14)均與末端可編程處理 器(12)連接。
【文檔編號】H02H7/28GK105846408SQ201610322165
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月16日
【發明人】段建東, 孫磊, 崔帥帥, 何魚, 慕騰
【申請人】西安理工大學