基于零模电流行波的风电场故障预警方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于零模电流行波的风电场故障预警方法，包括：采集风电场集电线路和所有风机线路上的零模电流行波；比较所有零模电流行波的时间关系，确定波扰动时间最小的测量点；计算行波扰动源线路最近连续三次发生行波扰动的时间间隔，并比较所述时间间隔与整定时间间隔，如果时间间隔计算值小于整定值则发出故障预警信号。通过本发明的技术方案，能够及时提供风电场内部故障预警信息，保证风电场安全运行。
【专利说明】基于零模电流行波的风电场故障预警方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统继电保护领域【技术领域】，具体而言，涉及一种基于零模电流 行波的风电场故障预警方法。
【背景技术】
[0002] 风电场是新一代电网的重要组成部分。目前，大规模的风电场故障导致的脱网事 故，给电力系统的稳定安全运行带来了绝大隐患。
[0003] 然而，目前的电力系统的故障处理集中在故障发生后的快速有选择隔离故障设 备，是一种事后处理的策略。如果能准确识别故障发展过程，实现故障预警，不仅将大大提 高电力系统的可靠性，减少故障损失，也将有力促进电力系统故障处理技术的发展。
[0004] 因此，需要一种新的技术方案，可以实时地检测风电场的故障，并对风电场的故障 进行预警，以减小故障损失。
【发明内容】
[0005] 本发明正是基于上述问题，提出了一种新的技术方案，可以实时地检测风电场的 故障，并对风电场的故障进行预警，以减小故障损失。
[0006] 有鉴于此，本发明提出了一种基于零模电流行波的风电场故障预警方法，包括：步 骤102 :在风电场的集电线路和风机线路上设置测量点，并采集所有测量点的零模电流行 波；步骤104 :判断每一所述测量点的所述零模电流行波的测量值是否大于行波扰动阈值； 步骤106 :如果每一所述行波的测量值均大于所述行波扰动阈值，则判定所述风电场发生 行波扰动，同时记录扰动发生时间；步骤108 :获取所有测量点在扰动发生时刻前后128微 秒内的行波；步骤110 :提取所有测量点的行波扰动时间；步骤112 :比较所有测量点的行 波扰动时间关系，选出行波扰动时间最小的测量点；步骤114 :选择与所述行波扰动时间最 小的测量点相邻的所有测量点，并计算每一所述行波扰动时间最小的测量点与所述相邻测 量点的行波扰动时间的差值；步骤116 :判断每一所述差值是否小于零模行波传播两个测 量点所需的时间阈值；步骤118 :如果每一所述差值均小于所述时间阈值，则判定所述两个 测量点之间线路为行波扰动源线路；如果每一所述差值均大于或等于所述时间阈值，则判 定所述行波扰动时间最小的测量点所在风机线路为行波扰动源线路；步骤120 :计算所述 行波扰动源线路最近三次发生行波扰动的时间间隔；步骤122 :判断所述行波扰动源线路 最近三次行波扰动的时间间隔是否大于时间间隔整定值；步骤124 :如果所述时间间隔小 于所述整定值，则发出故障预警信号。
[0007] 在该技术方案中，当运行中的电力线路出现绝缘薄弱点，或者运行环境变坏时，在 交流周期性工频电压作用下，电力线路绝缘薄弱点将发生闪络，产生扰动行波，而所述扰动 行波将在电力系统中传播，因此，通过获取线路测量点，可以获取扰动行波；同时，在系统中 传播，所有线路上都将检测到扰动行波。但是，由于扰动源行波的极性与其他线路的行波极 性相反，因此，基于所有线路上获取的电流行波的极性关系，可有效识别行波扰动源。另外， 由于线路上的扰动行波不一定都是故障前兆，也可能是由于断路器开关操作引起的，或者 雷击电力系统引起的，但是由运行中设备绝缘性降低引起的行波是有规律的，且三相交流 电力系统运行电压是周期性电压，因此故障前兆行波将是有规律的，在一定时间间隔内反 复出现，而其他扰动行波相对而言是随机的，离散的，且扰动时间间隔相对较长。因此，通过 比较行波扰动时间最小的测量点与相邻的所述测量点之间的差值与时间基准值的大小以 及行波扰动的时间间隔与时间间隔整定值的大小（即连续地检测扰动行波），可以准确地 识别是故障前兆还是系统扰动，进而对风电场的故障进行准确地预警，以减小故障损失。
[0008] 通过以上技术方案，可以实时地检测风电场的故障，并对风电场的故障进行预警， 以减小故障损失。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1示出了根据本发明的一个实施例的风电场电气系统结构示意图；
[0010] 图2示出了根据本发明的一个实施例的基于零模电流行波的风电场故障预警方 法的流程示意图；
[0011] 图3示出了根据本发明的另一个实施例的基于零模电流行波的风电场故障预警 方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0012] 为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实 施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施 例及实施例中的特征可以相互组合。
[0013] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可 以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开 的具体实施例的限制。
[0014] 图1示出了根据本发明的一个实施例的风电场电气系统结构示意图。
[0015] 如图1所示，示出了根据本发明的一个实施例的风电场电气系统结构示意图，下 面将以图1为例，说明本发明的基于零模电流行波的风电场故障预警装置的原理。
[0016] 图2示出了根据本发明的一个实施例的基于零模电流行波的风电场故障预警方 法的流程示意图。
[0017] 如图2所示，根据本发明的一个实施例的基于零模电流行波的风电场故障预警方 法的流程，包括：
[0018] 步骤202 :在风电场的集电线路和风机线路上设置测量点，并采集所有测量点的 零模电流行波；
[0019] 步骤204 :判断每一所述测量点的所述零模电流行波的测量值是否大于行波扰动 阈值，如果是，则执行步骤106,如果否，则执行步骤102 ;
[0020] 步骤206 :如果每一所述行波测量值均大于所述行波扰动阈值，则判定所述风电 场发生行波扰动，同时记录扰动发生时间；
[0021] 步骤208 :获取所有测量点在扰动发生时刻前后128微秒内的行波；
[0022] 步骤210 :提取所有测量点的行波扰动时间；
[0023] 步骤212 :比较所有测量点的行波扰动时间，选出行波扰动时间最小的测量点；
[0024] 步骤214 :选择与所述行波扰动时间最小的测量点相邻的所有测量点，并计算每 一所述行波扰动时间最小的测量点与所述相邻测量点的行波扰动时间的差值；
[0025] 步骤216 :判断每一所述差值是否小于零模行波传播两个测量点所需的时间阈 值；
[0026] 步骤218 :如果每一所述差值均小于所述时间阈值，则判定所述两个测量点之间 线路为行波扰动源线路；如果每一所述差值均大于或等于所述时间阈值，则判定所述行波 扰动时间最小的测量点所在风机线路为行波扰动源线路；
[0027] 步骤220 :计算所述行波扰动源线路最近三次发生行波扰动的时间间隔；
[0028] 步骤222 :判断所述行波扰动源线路最近三次行波扰动的时间间隔是否大于时间 间隔整定值，如果是，则执行步骤124,如果否，则执行步骤102 ;
[0029] 步骤224 :如果所述时间间隔小于所述整定值，则发出故障预警信号。
[0030] 图3示出了根据本发明的另一个实施例的基于零模电流行波的风电场故障预警 方法的流程示意图。
[0031] 如图3所示，根据本发明的另一个实施例的基于零模电流行波的风电场故障预警 方法的流程，包括：
[0032] 步骤302 :在风电场集电线路和风机线路上设置测量点，并实时采集所有测量点 的零模电流行波，采样频率2Mhz ;
[0033] 步骤304 :实时判断任一测量点的行波测量值是否大于行波扰动阈值，如果是，则 执行步骤206,如果否，则执行步骤202 ;对6Kv和ΙΟΚν的配电线路，行波扰动阈值建议设 为：1A (归算到电力系统一次侧的值）；对35Kv的配电线路，行波扰动阈值建议设为：3A (归 算到电力系统一次侧的值）；
[0034] 步骤306 :如果行波测量值大于行波扰动阈值，则判定系统发生行波扰动，同时记 录扰动发生时间；
[0035] 步骤308 :获取所有测量点扰动发生时刻前后128微秒内的行波；
[0036] 步骤310 :提取所有测量点行波扰动时间；可基于行波数据四层小波变换的初始 模极大值位置确定行波扰动时间，小波函数可选用三次B样条函数的一次导函数。
[0037] 步骤312 :比较所有测量点行波扰动时间关系，选出行波扰动时间最小的测量点；
[0038] 步骤314 :选择与所述行波扰动时间最小的测量点相邻的所有测量点，并计算每 一所述行波扰动时间最小的测量点与所述相邻测量点的行波扰动时间的差值；
[0039] 步骤316 :判断每一所述差值是否小于零模行波传播两个测量点所需的时间阈 值；
[0040] 步骤318 :如果每一所述差值均小于所述时间阈值，则判定所述两个测量点之间 线路为行波扰动源线路；如果每一所述差值均大于或等于所述时间阈值，则判定所述行波 扰动时间最小的测量点所在风机线路为行波扰动源线路；
[0041] 步骤320 :计算所述行波扰动源线路最近三次发生行波扰动的时间间隔；
[0042] 步骤322 :判断所述行波扰动源线路最近三次行波扰动的时间间隔是否大于时间 间隔整定值，如果是，则执行步骤224,如果否，则执行步骤202,当然，考虑风电场运行实 际，行波扰动时间间隔整定值可为10个周波，即50hz系统，200ms ;60hz系统167ms ;
[0043] 步骤324 :如果所述时间间隔小于所述整定值，则发出故障预警信号。
[0044] 以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，通过以上技术方案，可以实时地检 测风电场的故障，并对风电场的故障进行预警，以减小故障损失。
[0045] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种基于零模电流行波的风电场故障预警方法，其特征在于，包括： 步骤102 :在风电场的集电线路和风机线路上设置测量点，并采集所有测量点的零模 电流行波； 步骤104 :判断每一所述测量点的所述零模电流行波的测量值是否大于行波扰动阈 值； 步骤106 :如果每一所述行波测量值均大于所述行波扰动阈值，则判定所述风电场发 生行波扰动，同时记录扰动发生时间； 步骤108 :获取所有测量点在扰动发生时刻前后128微秒内的行波； 步骤110 :提取所有测量点的行波扰动时间； 步骤112 :比较所有测量点的行波扰动时间，选出行波扰动时间最小的测量点； 步骤114 :选择与所述行波扰动时间最小的测量点相邻的所有测量点，并计算每一所 述行波扰动时间最小的测量点与所述相邻测量点的行波扰动时间的差值； 步骤116 :判断每一所述差值是否小于零模行波传播两个测量点所需的时间阈值； 步骤118 :如果每一所述差值均小于所述时间阈值，则判定所述两个测量点之间线路 为行波扰动源线路；如果每一所述差值均大于或等于所述时间阈值，则判定所述行波扰动 时间最小的测量点所在风机线路为行波扰动源线路； 步骤120 :计算所述行波扰动源线路最近三次发生行波扰动的时间间隔； 步骤122 :判断所述行波扰动源线路最近三次行波扰动的时间间隔是否大于时间间隔 整定值； 步骤124 :如果所述时间间隔小于所述整定值，则发出故障预警信号。
【文档编号】G01R31/08GK104155571SQ201410328875
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月11日 优先权日:2014年7月11日
【发明者】施慎行, 孙勇, 董新洲, 郑太一, 蔡宏毅 申请人:国家电网公司, 国网吉林省电力有限公司, 清华大学