一种次同步/超同步振荡监测保护装置及振荡监测保护方法与流程

技术特征：

1.一种次同步/超同步振荡监测保护装置，所述次同步振荡监测保护装置应用于新能源接入，安装在风电汇集站或者风电场，次同步振荡监测保护装置包括模拟量采集单元(AI)、保护处理单元(CPU)、动作单元(TRIP)，其特征在于：

模拟量单元(AI)采集监测线路的三相相电压、三相相电流信号，并将数据上送保护处理单元(CPU)，保护处理单元(CPU)计算各线路是否发生次同步/超同步振荡，计算各线路是否产生保护动作信号，根据线路保护跳闸顺序设定机制，依次向动作单元(TRIP)发出跳闸指令，由动作单元(TRIP)根据跳闸指令按顺序跳开相应的线路开关。

2.根据权利要求1所述的次同步/超同步振荡监测保护装置，其特征在于：

所述次同步振荡监测保护装置还包括管理单元(MASTER)和信号单元(DO)；

其中，信号单元(DO)作为次同步振荡监测保护装置发出的跳闸指令、次同步振荡监测保护装置自检出错事件的信号输出接口，接入其他监控系统进行观察；

管理单元(MASTER)实现次同步振荡监测保护装置对外的通讯接口，采用标准的61850以太网接口。

3.根据权利要求1或2所述的次同步/超同步振荡监测保护装置，其特征在于：

所述保护处理单元(CPU)包括对应各条线路的保护模块以及线路保护跳闸顺序决策模块；

对应各条线路的保护模块分别实现对各线路的次同步/超同步振荡辨识，计算各线路是否产生保护动作信号，并将保护动作信号传送给线路保护跳闸顺序决策模块，由线路保护跳闸顺序决策模块确定各条线路的跳闸顺序。

4.根据权利要求3所述的次同步/超同步振荡监测保护装置，其特征在于：

对应各条线路的保护模块均包括谐波阻抗保护元件、功率振荡保护元件和谐波电流保护元件，所述保护模块分别计算对应线路是否满足上述3个保护元件的动作判据，满足其中任何一个，所述保护模块都会向线路保护跳闸顺序决策模块发出该线路的保护动作信号。

5.根据权利要求4所述的次同步/超同步振荡监测保护装置，其特征在于：

在对应各条线路的保护模块中，谐波阻抗保护元件作为主保护，谐波电流保护元件为第二级后备保护，功率振荡保护元件为第三级后备保护。

6.根据权利要求3所述的次同步/超同步振荡监测保护装置，其特征在于：

线路保护跳闸顺序决策模块根据设定机制确定发出线路保护动作信号的各线路跳闸顺序，并依次向动作单元(TRIP)发出跳闸指令；

其中，所述设定机制包括可选的人为设定机制和自动潮流计算机制：

人为设定机制是按照人为设定的各条线路的重要程度顺序来确定线路的跳闸顺序；

自动潮流计算机制是指计算各条线路的工频功率，按照工频功率从小至大排序确定线路跳闸顺序。

7.一种次同步/超同步振荡监测保护方法，所述次同步/超同步振荡监测保护方法应用于新能源接入，其特征在于，所述次同步/超同步振荡监测保护方法包含以下步骤：

(1)采集各条集电线或各风电场接入汇集站线路的三相电压、三相电流信号；

(2)计算各集电线或各风电场接入汇集站线路的瞬时功率，并对瞬时功率进行快速傅里叶变换，辨识瞬时功率中的振荡频率和相应振荡频率下的功率幅值，确定当前是否有线路发生次同步/超同步振荡；

(3)根据步骤(2)中计算的功率振荡频率，选择带通滤波器，对步骤(2)判断发生次同步/超同步振荡线路的三相电压和三相电流分别进行滤波处理，获取该线路不同振荡频率下的实时振荡数据，包括三相次同步/超同步电流，三相次同步/超同步电压；

(4)分别计算在次同步/超同步振荡期间线路工频功率变化值，根据步骤(2)中计算出的次同步/超同步频率对应的瞬时功率幅值和次同步/超同步振荡期间线路工频功率变化值，判断功率振荡保护元件是否动作；

(5)根据步骤(3)中经滤波获取的三相电压、三相电流中的次同步/超同步振荡分量，分别计算该振荡线路在次同步/超同步振荡频率下的相阻抗，判断谐波阻抗保护元件是否动作；

(6)根据步骤(3)中经滤波获取的三相电流中的次同步/超同步振荡分量实时数据，计算不同振荡频率下的功率幅值，根据振荡频率的电流分量幅值以及持续时间，判断谐波电流保护元件是否动作；

(7)发生次同步/超同步振荡的各线路根据步骤(4)-(6)所得到本线路功率振荡保护元件、谐波阻抗保护元件、谐波电流保护元件是否动作的判断结果，确定是否发出线路保护动作信号即线路切除信号；

(8)对于所有发出线路保护动作信号的各条线路，根据设定机制，依次跳闸切除相应线路。

8.根据权利要求7所述的次同步/超同步振荡监测保护方法，其特征在于：

在步骤(2)中，快速傅里叶FFT数据窗口选择选择1s的数据窗口。

9.根据权利要求7所述的次同步/超同步振荡监测保护方法，其特征在于：

在步骤(3)中，所有带通滤波器的中心频率间隔1Hz，通带宽度为1Hz，对于步骤(2)辨识出的第k个次同步/超同步振荡频率f_sso(k)，在线载入频率为f₀-f_sso(k)和f₀+f_sso(k)的带通滤波器，其中f₀为工频频率，f_sso(k)为第k个次同步/超同步频率，同一条线路的三相相电压和三相相电流依次通过所有振荡模式的带通滤波器，获取每一相电压、电流中所有次同步频率f₀-f_sso(k)对应的电压、电流分量和超同步频率f₀+f_sso(k)对应的电压、电流分量；带通滤波器设计在偏离通带中心频率2Hz，衰减40dB。

10.根据权利要求7或8所述的次同步/超同步振荡监测保护方法，其特征在于：

在步骤(4)中，功率振荡保护元件的动作条件为：

P_sub(k)≥P_set，T_p(k)≥T_{p_set}并且ΔP_ave＜ΔP_{ave_set}；

其中：

P_sub(k)为第k个次同步/超同步振荡频率对应的瞬时功率幅值；

T_p(k)为P_sub(k)≥P_set的持续时间，T_{p_set}为功率振荡保护时间定值；

P_set为设定门槛值；

ΔP_ave为线路工频功率变化值；

ΔP_{ave_set}为工频功率变化量门槛值。

11.根据权利要求10所述的次同步/超同步振荡监测保护方法，其特征在于：

设定门槛值P_set取值范围为发生次同步/超同步振荡线路的1％～2％的额定功率；

功率振荡保护时间定值T_{p_set}为12～20s；

工频功率变化量门槛值ΔP_{ave_set}取值范围为发生次同步/超同步振荡线路的2％～5％的额定功率。

12.根据权利要求7或9所述的次同步/超同步振荡监测保护方法，其特征在于：

在步骤(5)中，分别计算线路在的次同步/超同步振荡频率下三相相阻抗

谐波阻抗保护元件动作条件为需同时满足以下两个条件：

三相相阻抗中有两相及以上实部为负或者有两相及以上虚部为负；

该线路三相电流中任一相量幅值大于动作门槛值I_{R_set}，T_R(k)为电流大于I_{R_set}的持续时间，T_{R_set}为谐波阻抗保护时间定值。

13.根据权利要求12所述的次同步/超同步振荡监测保护方法，其特征在于：

动作门槛值I_{R_set}取值为发生次同步/超同步振荡的线路的0.5％～1％的额定电流；

波阻抗保护时间定值T_{R_set}取值为3～8s。

14.根据权利要求7或9所述的次同步/超同步振荡监测保护方法，其特征在于：

在步骤(6)中，所述谐波电流元件的动作条件为：

任一相谐波电流幅值大于谐波电流门槛值I_{i_set}，且持续时间大于谐波电流时间定值T_{i_set}，其中，I_{i_set}为设定的谐波电流门槛值；T_{i_set}为设定的谐波电流时间定值。

15.根据权利要求14所述的次同步/超同步振荡监测保护方法，其特征在于：

谐波电流门槛值I_{i_set}取值范围为发生次同步/超同步振荡线路的1％～2％的额定功率；

谐波电流时间定值取值范围为8～12s。

16.根据权利要求7所述的次同步/超同步振荡监测保护方法，其特征在于：在步骤(7)中，谐波阻抗保护元件作为主保护，谐波电流保护元件为第二级后备保护，功率振荡保护元件为第三级后备保护；其中，谐波阻抗保护元件的动作时间最短小于谐波电流保护元件的动作时间，谐波电流保护元件的动作时间小于功率振荡保护元件的动作时间。

17.根据权利要求7或16所述的次同步/超同步振荡监测保护方法，其特征在于：

在步骤(8)中，当有多条线路发出保护动作信号时，按照根据设定机制，依次跳闸切除相应线路，所述设定机制是指人为设定机制，即人为设定各条线路的重要程度顺序，按照重要性的逆序依次切除发出保护动作信号的线路，直至全部切除完毕或者线路次同步/超同步振荡消失使得相应线路保护动作信号返回。

18.根据权利要求7或16所述的次同步/超同步振荡监测保护方法，其特征在于：

在步骤(8)中，当有多条线路发出保护动作信号时，按照根据设定机制，依次跳闸切除相应线路，所述设定机制是指自动潮流计算机制，即计算各条线路的工频功率，按照工频功率从小至大排序，依次从工频功率最小的线路开始切除，直至全部切除完毕或者线路次同步/超同步振荡消失使得相应线路保护动作信号返回。