风电场故障预警方法
【专利摘要】本发明提出了一种基于零模电流行波极性的风电场故障预警方法，包括：实时采集风电场集电线路和所有风机线路上的零模电流行波；比较所有集电线路上的零模电流行波极性，选出行波极性与众不同的集电线路；比较选出的集电线路上的所有风机线路上的零模电流行波极性，选出行波极性与众不同的风机线路，并指定该风机线路为行波扰动源线路；计算所述行波扰动源线路最近连续三次发生行波扰动的时间间隔，比较所述时间间隔与整定时间间隔，判断行波扰动源线路上是否将发生故障。通过本发明的技术方案，能够及时提供风电场内部的故障预警信息，以保证风电场的安全运行。
【专利说明】风电场故障预警方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力【技术领域】，具体而言，涉及一种基于零模电流行波极性的风电场 故障预警方法。
【背景技术】
[0002] 如图1所示的风电场是新一代电网的重要组成部分，连接有多条集电线路，每条 集电线路上连接有多条风机线路。风电场频繁发生的大规模风电场故障导致的脱网事故， 给电力系统的稳定和安全运行带来了巨大的隐患。
[0003] 然而，目前电力系统的故障处理主要为在故障发生后快速有选择地隔离故障设 备，属于事后处理策略，不利于防止故障发生。如果能准确识别故障发展过程，实现故障预 警，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，提出一种新的风电场故障预警方法显得十分必要。
【发明内容】
[0005] 本发明正是基于上述技术问题，提出了一种基于零模电流行波极的风电场故障预 警方法，能够及时提供风电场内部的故障预警信息，减少风电场故障，降低风电场故障损 失，以保证风电场的安全运行。
[0006] 本发明的风电场故障预警方法正是基于图1所示的风电场而提出的，包括：
[0007] 实时采集风电场的集电线路和风机线路上的零模电流行波；
[0008] 比较任一所述零模电流行波的测量值与行波扰动阈值之间的关系；
[0009] 当所述任一所述零模电流行波的测量值大于所述行波扰动阈值时，判定所述风电 场发生行波扰动，同时记录所述行波扰动发生的时间；
[0010] 比较发生所述行波扰动时所有所述集电线路上的所述零模电流行波极性；
[0011] 当所有所述集电线路上的所述零模电流行波极性相同时，判定所述行波扰动发生 在汇流母线上或者电网侧；
[0012] 当所有所述集电线路上的所述零模电流行波极性不全部相同时，选出所述零模电 流行波极性与其他所述集电线路不同的集电线路，判断所述行波扰动是否发生在与其他所 述集电线路不同的所述集电线路所连接的风机线路上；
[0013] 比较与其他所述集电线路不同的所述集电线路所连接的风机线路上的零模电流 行波极性；
[0014] 当所有所述风机线路的零模电流行波极性相同时，判定与其他所述集电线路不同 的所述集电线路的干线为所述行波扰动的源线路；
[0015] 当所有所述风机线路的零模电流行波极性不全部相同时，选出所述零模电流行波 极性与其他所述风机线路不同的风机线路，并判定所述零模电流行波极性与其他所述风机 线路不同的风机线路为所述行波扰动的源线路；
[0016] 当所述行波扰动的源线路为所述集电线路的干线或者所述零模电流行波极性与 其他所述风机线路不同的风机线路时，计算所述行波扰动的源线路最近三次发生所述行波 扰动的时间间隔；
[0017] 比较所述行波扰动的源线路最近三次发生所述行波扰动的时间间隔的计算值与 整定值的关系；
[0018] 当所述计算值小于所述整定值时，发出故障预警信号。
[0019] 在上述技术方案中，故障发生是一个过程，故障过程中将出现反复的行波扰动，因 此，行波扰动的频率可以作为故障的预兆。运行中的风电场线路，如某一点绝缘降低，在工 频电压作用下，将重复地间歇性地引起在风电场中传播的行波。扰动发生的线路，其零模电 流行波机芯与其他线路极性相反。另外，开关操作、雷击等外在干扰也将在风电场线路上产 生干扰行波，但是，开关操作、雷击等干扰行波，相比由于线路自身原因引起的在工频电压 激励下的产生的行波而言是随机的。因此，基于线路上干扰行波出现的统计规律，可实现风 电场线路故障预警。
[0020] 当运行中的电力线路出现绝缘薄弱点，或者运行环境变坏，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，该扰动行波将在电力系统中传 播，在线路测量点，该扰动行波可被获取。
[0021] 由于行波将在系统中传播，所有线路上都将检测到扰动行波。当扰动源行波的极 性与其他线路的行波极性相反时，基于所有线路上获取的电流行波的极性关系，就可以有 效地识别行波扰动源。
[0022] 另外，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。线路故障前由于运行中设备绝缘降低引起的行波是有规 律的，因为三相交流电力系统运行电压是周期性电压，因此故障前兆行波是有规律的，会在 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，扰动时间间隔相对 较长。因此，扰动行波出现的规律，可用于区分故障前兆和系统扰动。本发明中引入了扰动 行波的连续性检测，识别行波扰动是故障前兆还是系统扰动，以实现线路故障预警。
[0023] 通过本发明的技术方案，能够及时提供风电场内部的故障预警信息，减少风电场 故障，降低风电场故障损失，以保证风电场的安全运行。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 图1示出了现有技术中的风电场的示意图。
[0025] 图2示出了根据本发明的实施例的风电场故障预警方法的流程图。
[0026] 图3示出了根据本发明的一个实施例的风电场故障预警方法的流程图。
【具体实施方式】
[0027] 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。
[0028] 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。
[0029] 图2示出了根据本发明的实施例的风电场故障预警方法的流程图。
[0030] 如图2所示，根据本发明的实施例的风电场故障预警方法，包括以下步骤：
[0031] 步骤201，实时采集风电场的集电线路和风机线路上的零模电流行波。
[0032] 步骤202,比较零模电流行波的测量值是否大于行波扰动阈值，当判断结果为是 时，进入步骤203,当判断结果为否时，返回步骤201。
[0033] 步骤203,判定所述风电场发生行波扰动，同时记录所述行波扰动发生的时间。
[0034] 步骤204,比较发生所述行波扰动时所有所述集电线路上的所述零模电流行波极 性；当所有所述集电线路上的所述零模电流行波极性相同时，判定所述行波扰动发生在汇 流母线上或者电网侧，返回步骤201，继续监测是否有故障发生；当所有所述集电线路上的 所述零模电流行波极性不全部相同时，进入步骤205。
[0035] 步骤205,选出所述零模电流行波极性与其他所述集电线路不同的集电线路。
[0036] 步骤206,比较与其他所述集电线路不同的所述集电线路所连接的风机线路上 的零模电流行波极性；当所有所述风机线路的零模电流行波极性不全部相同时，进入步骤 207,当所有所述风机线路的零模电流行波极性相同时，进入步骤208。
[0037] 步骤207,选出所述零模电流行波极性与其他所述风机线路不同的风机线路，并判 定该风机线路为所述行波扰动的源线路。
[0038] 步骤208,判定与其他所述集电线路不同的所述集电线路的干线为所述行波扰动 的源线路。
[0039] 步骤209,计算所述行波扰动的源线路最近三次发生所述行波扰动的时间间隔；
[0040] 步骤210，判断所述行波扰动的源线路最近三次发生所述行波扰动的时间间隔的 计算值是否小于整定值，当判断结果为是时，进入步骤211，当判断结果为否时，判定系统未 发生故障，返回步骤201。
[0041] 步骤211，发出故障预警信号。
[0042] 在上述技术方案中，故障发生是一个过程，故障过程中将出现反复的行波扰动，因 此，行波扰动的频率可以作为故障的预兆。运行中的风电场线路，如某一点绝缘降低，在工 频电压作用下，将重复地间歇性地引起在风电场中传播的行波。扰动发生的线路，其零模电 流行波机芯与其他线路极性相反。另外，开关操作、雷击等外在干扰也将在风电场线路上产 生干扰行波，但是，开关操作、雷击等干扰行波，相比由于线路自身原因引起的在工频电压 激励下的产生的行波而言是随机的。因此，基于线路上干扰行波出现的统计规律，可实现风 电场线路故障预警。
[0043] 当运行中的电力线路出现绝缘薄弱点，或者运行环境变坏，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，该扰动行波将在电力系统中传 播，在线路测量点，该扰动行波可被获取。
[0044] 由于行波将在系统中传播，所有线路上都将检测到扰动行波。当扰动源行波的极 性与其他线路的行波极性相反时，基于所有线路上获取的电流行波的极性关系，就可以有 效地识别行波扰动源。
[0045] 另外，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。线路故障前由于运行中设备绝缘降低引起的行波是有规 律的，因为三相交流电力系统运行电压是周期性电压，因此故障前兆行波是有规律的，会在 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，扰动时间间隔相对 较长。因此，扰动行波出现的规律，可用于区分故障前兆和系统扰动。本发明中引入了扰动 行波的连续性检测，识别行波扰动是故障前兆还是系统扰动，以实现线路故障预警。
[0046] 图3示出了根据本发明的一个实施例的风电场故障预警方法的流程图。
[0047] 如图3所示，根据本发明的一个实施例的风电场故障预警方法，包括以下步骤：
[0048] 步骤301，实时采集线路上零模电流行波和一相电压行波，采样频率为3Mhz。
[0049] 步骤302,实时比较零模电流行波与预设启动值，判断所监测的风电场中是否发生 了行波扰动，对6Kv和ΙΟΚν的配电线路，预设启动值建议设为：1A(归算到电力系统一次侧 的值）；对35Kv的配电线路，预设启动值建议设为：3A(归算到电力系统一次侧的值）。如 果没有检测到扰动，返回步骤301，如果检测到扰动，记录扰动发生时间。
[0050] 步骤303,若监测到风电场中发生了扰动，对所有集电线路扰动前后记录的各64 点零模电流行波分别进行四层小波变换，此处的小波函数可选用三次B样条函数的一次导 函数；对行波数据的小波变换结果提取模极大值。
[0051] 步骤304,比较所有集电线路零模电流行波四层小波变换模极大值极性，选出有不 少于三层的电流行波小波变换模极大值极性与其他集电线路极性相反的集电线路；否则， 判定扰动发生在风电场的电网侧。
[0052] 步骤305,如果选出了发生行波扰动的集电线路，则对该集电线路所联的所有风机 线路的零模电流行波进行四层小波变换。
[0053] 步骤306,比较所有风机线路零模电流行波四层小波变换模极大值极性，选出有不 少于三层的电流行波小波变换模极大值极性与其他风机线路极性相反的集电线路，并判定 扰动发生在该风机线路上；否则，则判定扰动发生在集电线路干线上。
[0054] 步骤307,如果判定行波扰动发生在风机线路或者集电线路干线上，则计算最近三 次行波扰动发生的时间间隔。
[0055] 步骤308,比较计算得到的行波扰动时间间隔与整定时间间隔。
[0056] 步骤309,如果计算时间间隔小于整定时间间隔，则发出风电场故障预警信号。考 虑风电场运行环境恶劣，行波扰动整定时间间隔为10个周波，即50hz系统，200ms ;60hz系 统，167ms。
[0057] 以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，通过上述技术方案，能够及时提供 风电场内部的故障预警信息，减少风电场故障，降低风电场故障损失，以保证风电场的安全 运行。
[0058] 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极性的风电场故障预警方法，其特征在于，包括： 实时采集风电场的集电线路和风机线路上的零模电流行波； 比较任一所述零模电流行波的测量值与行波扰动阈值之间的关系； 当所述任一所述零模电流行波的测量值大于所述行波扰动阈值时，判定所述风电场发 生行波扰动，同时记录所述行波扰动发生的时间； 比较发生所述行波扰动时所有所述集电线路上的所述零模电流行波极性； 当所有所述集电线路上的所述零模电流行波极性相同时，判定所述行波扰动发生在汇 流母线上或者电网侧； 当所有所述集电线路上的所述零模电流行波极性不全部相同时，选出所述零模电流行 波极性与其他所述集电线路不同的集电线路，判断所述行波扰动是否发生在与其他所述集 电线路不同的所述集电线路所连接的风机线路上； 比较与其他所述集电线路不同的所述集电线路所连接的风机线路上的零模电流行波 极性； 当所有所述风机线路的零模电流行波极性相同时，判定与其他所述集电线路不同的所 述集电线路的干线为所述行波扰动的源线路； 当所有所述风机线路的零模电流行波极性不全部相同时，选出所述零模电流行波极性 与其他所述风机线路不同的风机线路，并判定所述零模电流行波极性与其他所述风机线路 不同的风机线路为所述行波扰动的源线路； 当所述行波扰动的源线路为所述集电线路的干线或者所述零模电流行波极性与其他 所述风机线路不同的风机线路时，计算所述行波扰动的源线路最近三次发生所述行波扰动 的时间间隔； 比较所述行波扰动的源线路最近三次发生所述行波扰动的时间间隔的计算值与整定 值的关系； 当所述计算值小于所述整定值时，发出故障预警信号。
【文档编号】G01R31/08GK104155539SQ201410331319
【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