专利名称：一种将线路保护装置安全用于风电场的做法的制作方法
技术领域：
本发明涉及继电保护领域，特别是涉及其中的线路保护装置。
背景技术：
环保、低碳的国际形势要求，促使风力发电装机容量高速增长，占电网总装机容量比例不断提高，但由于风力发电并网具有间隙性、随机性的特点，会对电网安全稳定运行带来严重的负面影响。基于对某地区电网几次大规模风机脱网事故的分析和研究发现，风电场的故障特性与传统电源不尽相同，使得现有的系统保护装置存在不太适应风电场的保护需要，另方面，经对现有其它技术装备进行查询，也尚未发现针对线路保护装置能较好用于风电场的资料介绍。故本发明在于因势利导地将现有的系统保护装置从使用方法上加以改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种将现有的线路保护装置有效应用于风电场的做法，可以实现对风电场的出力大小及运行方式进行随机性改变，从而考核线路保护装置装置用于风电场时的适网性。本发明所述的适网性做法包括如下内容1)首先要建立一个仿真模型。所述的仿真模型即是在RTDS的软件系统RSCAD上建立一个虚拟的电网环境，它包括有风电场、母线和传输线、发电机变压器组、电流互感器、 电压互感器、等值系统和模拟系统中的各故障点，用于对线路保护装置进行实时仿真试验和监控。上述的虚拟电网环境中，母线至少为四条，传输线至少为三条，风电场通过单回传输线LN与无穷大系统相连接，同步发电机变压器组通过双回传输线丽1、丽2与无穷大系统连接，试验中配备的各故障点布置在各传输线上的不同位置处及主变高压侧和220kV母线上，本模拟环境中共设有八个故障试验点，通过运行试验来调节故障类型、故障持续时间及过渡电阻的大小。2)其次是要建立起试验检测平台。该平台包含有实时数字仿真工作站(8)、RTDS 实时数字仿真器(1)、模拟量输出板卡(2)、功率放大器(3)、线路保护装置(4)、模拟断路器 (5)、开关转换装置(6)及数字量输入板卡(7)。试验时，将待测的线路保护装置(X)接入到仿真工作站的模拟试验系统的线路保护装置(4)备用位置处，置于功率放大器后，与模拟断路器连接，该模拟断路器通过开关量转换装置和数字量输入板卡又与RTDS仿真器连接，如此闭环使RTDS实时数字仿真器可送出被测试的线路保护器两侧的二次电压及二次电流，接收的是断路器各位置接点信号。具体运行方式是，实时仿真器通过模拟量输出板卡输出模拟量，经功率放大器输出的电压、电流量接入线路保护装置的模拟量采集通道，线路保护装置(4)发出的分、合闸指令接到模拟断路器(5)的分、合闸回路，模拟断路器(5)的位置接点通过开关量转换装置(6)与数字量输入板卡(7)连接，最终反馈到实时数字仿真器，在试验过程中改变故障类型使线路保护装置(4)动作，使之发出分、合闸指令直接动作于模拟断路器(5)的分、合闸回路；模拟断路器(5)的分、合闸位置接点反馈回RTDS，最终切断故障电流。3)通过上述建立起的实时仿真工作站来进行各类闭环试验，其中的线路保护装置 (X)是待测部件。按照试验要求可进行的试验项目包括风电场主变压器高压侧分别接地和不接地情况下的区、内外瞬时性金属性故障及永久性金属性故障，暂态超越试验及70% 处动作时间测试，发展性故障及经过渡电阻故障，系统振荡及振荡中再发生故障，系统频率偏移，线路空载合闸充电、解合环及手合带故障线路，TV、TA断线，TA饱和试验，直流电源断续及直流电源波动试验及故障再现，在试验过程中来调节风电场的功率及运行方式，同时， 根据试验结果分析出风电场故障时故障特性，从而确认线路保护装置用于风电场时的适应性，并促进生产厂家从原理上加以改正，由此可调节线路保护装置使之达到有效保护风电并网的作用。本发明的优点和积极效果是首先是能保证待用的线路保护装置能有效安全用于风电场中；通过已建立的RTDS风电场仿真模型，可对大规模高电压等级风电场接入系统时对其故障新特性研究，提供相似的仿真试验场地；通过对这一方法的应用，可明确以纵联距离为主保护的线路保护装置不适用于风电线路的技术观点，同时可明确不合理的风电保护配置对系统保护存在有重大影响；本项目提供的研究成果，从电网的角度出发，通过风电机组与系统保护的合理配合，使风电机组可以在必要的时候支撑电网，避免故障的扩大化；对于风电投资商来说，可以避免在电网波动时由于大规模运行风机脱网，增加其有效的发电时间。
图1是本发明做法中实时仿真运行系统结构示意图2是本发明做法中的模拟电网环境示意。图中符号DLi为断路器，TVi为电压互感器，TAi为电流互感器，Ki为故障点，L、 M、N为母线。
具体实施例方式一种将线路保护装置安全用于风电场的做法，基本由三部分构成，首先是要建立一个实时仿真模型，该模型具有实时仿真的包括风力发电机在内的电网环境；在此基础之上，第二步建立试验系统检测平台，该平台包含有实时数字仿真工作站、RTDS实时数字仿真器、模拟量输出板卡、功率放大器、线路保护装置、模拟断路器、开关转换装置及数字量输入板卡；第三，在上述仿真工作站运行基础上，按照试验要求进行试验检测。这里，所述的实时仿真工作站是一个计算机管理系统，含有虚拟电网环境和实时仿真运行模型，其中的虚拟电网环境如图2所示，包括有风电场，母线L、M、N和传输线MN1、 MN2、LN，主变压器组，电流互感器TA1、TA2，电压互感器TV1、TV2，以及模拟系统中的各点故障Ki和等值系统，用于对线路保护装置进行实时仿真试验和监控。其具体连接方式为风电场通过断路器DLl、DL2与线路LN连接，线路LN的另外一侧通过断路器DL3与等值系统连接，同步发电机变压器组通过DL4、DL5、传输线MN1、DL6与等值系统连接，传输线MN2与丽1并联，两侧的断路器分别为DL7、DL8，电压互感器TVl安装于风场220kV母线，电压互感器TV2安装于等值系统侧母线，电流互感器TAl安装于线路LN的风电场侧，电流互感器 TA2安装于线路LN的系统侧，短路试验点Kl连接到风电场侧220kV母线上，短路试验点K2 连接到线路LN的风电场侧，短路试验点K3连接到线路LN中间，短路试验点K4连接到线路 LN的系统侧，短路试验点K5连接到等值系统侧母线上，K6、K7、K8连接于线路MNl的不同位置。本发明做法中的运行试验检测平台由图1所示，包含有能进行实时计算的数字仿真工作站(8)、RTDS实时数字仿真器(1)、模拟量输出板卡O)、功率放大器(3)、待测线路保护装置G)、模拟断路器(5)、开关转换装置(6)及数字量输入板卡(7)，可在电网环境配合下进行线路保护装置闭环试验。实时数字仿真工作站通过以太网与仿真器RTDS连接，其运行方式是，数字仿真器RTDS(I)通过模拟量输出板卡( 输出一个模拟量到功率放大器 (3)的输入端，功率放大器(3)输出的电压、电流量接入到线路保护装置(4)的模拟量采集通道，线路保护装置(4)发出的分、合闸指令接到模拟断路器(5)的分、合闸回路，在试验过程中改变故障类型使线路保护装置(4)动作，使线路保护装置发出分、合闸指令直接动作于模拟断路器(5)的分、合闸回路；反馈到实时数字仿真器切断故障电流，最终形成闭环。 此外，在试验的过程中调节风电场出力大小、风电场主变高压侧的接地情况，全面考核线路保护装置用于风电场时的适应性。通过上述实时仿真工作站，即可进行各类闭环试验，按照试验要求能进行的试验项目包括风电场主变压器高压侧不接地情况下的区、内外瞬时性金属性故障；风电场主变压器高压侧接地情况下的区内、外瞬时性金属性故障、永久性金属性故障、暂态超越试验及70%处动作时间测试、发展性故障、经过渡电阻故障、系统振荡及振荡中再发生故障、系统频率偏移、线路空载合闸充电、解合环及手合带故障线路、TV断线、TA饱和试验、TA断线、 直流电源断续及直流电源波动试验、故障再现，试验过程中调节风电场的功率及运行方式。实施举例通过对深圳南瑞科技有限公司等7家继电保护装置设备制造商生产的 14种型号上网线路保护装置开展的RTDS风电系统闭环测试，发现以距离为原理保护(包括纵联距离保护和距离保护)，在用于大型风电场线路时的动作性能并不理想，出现了多次拒动及误动情况。与之相反，分相电流差动保护用于风电场的正确动作率为百分之百，明确了以纵联距离为主保护的线路保护装置不适用于风电线路的技术观点，同时明确了不合理的风电保护配置对系统保护存在重大影响。申请人所在地区电网范围内根据此项研究成果， 已明确风电线路主保护选型应选择纵联差动为主保护的装置，同时其距离后备保护应能满足风电的特殊要求。综上所述，利用风电场模型及风电场的现场录波图进行试验，可提供真实准确的仿真环境，提高了验证可能性，进而待测的线路保护装置在通过检测后即可安全用到风电场。
权利要求
1.一种将线路保护装置安全用于风电场的做法，其总的适应性做法包括如下内容1)首先要建立一个实时仿真模型，该仿真模型即是一个虚拟的电网环境，其中的虚拟电网环境包括有风电场、母线和传输线、发电机变压器组、电流互感器、电压互感器、等值系统和模拟系统中的各故障点，用于对线路保护装置进行实时仿真试验和监控；2)其次是要建立起试验检测平台，该平台包含有实时数字仿真工作站(8)、RTDS实时数字仿真器(1)、模拟量输出板卡(2)、功率放大器(3)、线路保护装置(4)、模拟断路器(5)、 开关转换装置(6)及数字量输入板卡(7)；3)通过上述建立起的实时仿真工作站，将待测的线路保护装置(X)置于功率放大器 (3)和模拟断路器(6)之间，即可进行各类闭环试验检测。
2.根据权利要求1所述的一种将线路保护装置安全用于风电场的做法，其特征在于 所述的虚拟电网环境中，其中的母线至少为四条，传输线至少三条，与断路器和等值系统采用闭环方式连接，其具体连接方式为风电场通过断路器DLl、DL2与线路LN连接，线路LN 的另外一侧通过断路器DL3与等值系统连接，同步发电机变压器组通过DL4、DL5、传输线丽1、DL6与等值系统连接，传输线丽2与丽1并联，两侧的断路器分别为DL7、DL8，电压互感器TVl安装于风场220kV母线，电压互感器TV2安装于等值系统侧母线，电流互感器TAl安装于线路LN的风电场侧，电流互感器TA2安装于线路LN的系统侧，短路试验点Kl连接到风电场侧220kV母线上，短路试验点K2连接到线路LN的风电场侧，短路试验点K3连接到线路LN中间，短路试验点K4连接到线路LN的系统侧，短路试验点K5连接到等值系统侧母线上，K6、K7、K8连接于线路丽1的不同位置。
3.根据权利要求1所述的一种将线路保护装置安全用于风电场的做法，其特征在于 实时数字仿真工作站通过以太网与实时仿真器连接，其中，数字仿真器RTDS(I)输出的模拟量通过模拟量输出板卡输出到功率放大器C3)的输入端，功率放大器C3)输出的电压、电流量接入到线路保护装置(4)的模拟量采集通道，线路保护装置(4)发出的分合闸指令接到模拟断路器(5)的分合闸回路，模拟断路器(5)的位置接点通过开关量转换装置(6)与数字量输入板卡(7)连接，由此，在实验过程中改变故障类型使线路保护装置(4)动作，使之发出分、合闸指令直接动作于模拟断路器(5)的分、合闸回路，最终反馈到实时数字仿真器，切断故障电流最终形成闭环试验系统。
全文摘要
一种将线路保护装置安全用于风电场的做法，涉及电厂继电保护，是针对现有的系统线路保护装置存在不太适应风电场的保护需要提出，其做法包括如下内容首先建立一个实时仿真模型，它是一个虚拟的电网环境，包含有风电场、母线和传输线、发电机主变压器组、电流和电压互感器、等值系统和模拟系统中的各故障点；其次是建立一个实验检测平台，该平台包含有实时数字仿真工作站、RTDS实时数字仿真器、模拟量输出板卡、功率放大器、线路保护装置、模拟断路器、开关转换装置及数字量输入板卡；之后将待测的线路保护装置接入到检测系统功率放大器后，与模拟断路器连接来进行各类实验。这种利用风电场模型及风电场的现场录波图进的行试验，可提供真实准确的仿真环境，提高了验证可能性，进而使待测的线路保护装置通过检测后可安全用到风电场。
文档编号H02H7/26GK102208801SQ20111014483
公开日2011年10月5日 申请日期2011年5月24日 优先权日2011年5月24日
发明者乔彩霞, 吴志敏, 安中全, 尹柏清, 张鹏, 武占国, 王江萍, 王蕴敏, 赵喜 申请人:内蒙古自治区电力科学研究院