风电厂次同步振荡保护方法及保护装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及输电线路、风电厂次同步振荡的保护应用，尤其设及一种适应于风电 厂的次同步振荡保护装置。
【背景技术】
[0002] 风力发电机组是我国主要的清洁能源发电设备，目前在新投运的风机机组中，约 有80%为双馈型感应风机，此类风机发电设备产生的电能需要经过输电线路传输到负荷区 域，随着全国性互联大电网的快速发展，输电线路的串联电容补偿、直流输电、电力系统稳 定器的不当加装等，均有可能诱发、导致次同步谐振/次同步振荡现象。研究表明；受风电 厂SSO影响的机型主要是感应型双馈风机，此种次同步振荡属于纯电气谐振，因此具有起 振快的特点，因此对需要对风电场的SSO问题进行监测和保护。
[0003] 截至目前，国内尚无提供风电厂SSO保护方法与保护装置的厂家，国外有根据电 流的快速增加切除串补电容的设备，但该设备并不是针对次同步电流提出的保护方法。
[0004] 本申请则提出了一种基于自适应次同步电流提取的次同步谐振/次同步振荡保 护装置，在自适应次同步电流提取中无须预先设定次同步频率即可实现准确可靠的提取， 次同步谐振/次同步振荡保护装置同时根据次同步电流的幅值、趋势给出=种保护判据， 保护功能全面。
【发明内容】
[0005] 为了解决风电厂面临的次同步谐振/次同步振荡风险，本发明公开了一种风电厂 SSO保护装置，通过提取线路电流中的次同步分量，分析模态幅值大小与变化趋势，实现对 风机及风电厂的保护。本发明适应于任意容量的风电厂，尤其适应于具有SSO风险的风电 厂。
[0006] 本发明具体采用W下技术方案。
[0007] 本申请公开了一种风电厂次同步振荡保护方法，其特征在于，所述方法包括W下 步骤：
[000引步骤1 ;采集风电厂各输电线或集电线的PT二次侧S相电压与CT二次侧S相电 流；
[0009] 步骤2 ;将所采集的S相电流采样值按W下算法提取次同步分量序列，并确定最 终的次同步模态个数m;
[0010] 步骤3 ;实时计算S相电流中次同步分量的正序和负序分量，；
[ocm] 步骤4;当任意一个次同步分量幅值在不同时间窗内的变化趋势为发散，则发出 跳闽命令切除线路；否则进入步骤5 ;
[0012] 步骤5 ;在设定的时间定值内分别判断各次同步分量幅值是否越限即判断是否超 过设定限值，当任一次同步模态下的电流次同步分量幅值的持续越限时间超过设定的时间 定值，则发出定时限保护动作信号切除输电线路或集电线路；否则进入步骤6 ;其中，电流 定值取1~2倍的集电线CT二次额定电流，时间定值取2~3s ;
[0013] 步骤6 ;将步骤3计算得到的各次同步分量的正序分量A Iii和负序分量A I 21等 效为工频的正序111和负序I 21，并判断等效后的工频正序分量和负序分量是否超过反时限 设定值，若在任一模态下的等效后的工频正序分量和负序分量越限即发出保护动作信号；
【主权项】
1. 一种风电厂次同步振荡保护方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤： 步骤1 :采集风电厂各输电线或集电线的PT二次侧三相电压与CT二次侧三相电流； 步骤2 :从所采集的三相电流采样值提取次同步分量序列，并确定最终的次同步模态 个数m ; 步骤3 :实时计算在每一次同步模态下的三相电流中次同步分量的正序和负序分量； 步骤4:当任意一个次同步分量幅值在不同时间窗内的变化趋势为发散，则发出跳闸 命令切除线路；否则进入步骤5 ; 步骤5 :在设定的时间定值内分别判断各次同步分量幅值是否越限即判断是否超过设 定限值，当任一次同步分量幅值的持续越限时间超过设定的时间定值，则发出定时限保护 动作信号切除输电线路或集电线路，否则进入步骤6 ; 步骤6 :将步骤3计算得到的各次同步分量的正序Λ Ili和负序分量Λ I 2i等效为工频 的正序Ili和负序12i，并判断等效后的工频正序分量和负序分量是否超过反时限设定值，若 在任一模态下的等效后的工频正序分量和负序分量越限即发出保护动作信号；
式甲悮态i的频卒，X为等双希指数，I2Oo为湔电线现集电线长期允许的负序电流 值、Iee为输电线或集电线CT二次电流额定值，A 2为预先设定的越限允许系数。
2. 根据权利要求1所述的风电厂次同步振荡保护方法，其特征在于： 在步骤2中，按照以下方式确定最终的次同步模态： 2. 1划分η个次同步频率范围； 2. 2根据如下的带通滤波器原型计算对应2. 1中η个次同步频率范围对应的η个带通 滤波器，其中ωρ为带通中心频率，ω Β1、ωΒ2为相应的带通区间的两个截止频率；
2. 3将工频电流采样值分别通过η个带通滤波器求取η个电流次同步分量序列； 2. 4计算η个电流次同步分量序列的幅值及相应频率； 2. 5对2. 4中的η个电流次同步分量序列按照频率进行筛选，在频率偏差处于IHz内几 个次同步分量序列中，保留幅值最大的次同步分量作为一个次同步模态，舍弃其它幅值较 小的次同步分量；对于频率偏差大于IHz的次同步分量序列，则分别对应不同的次同步模 态，最终确定m个次同步模态序列，其中m小于等于η。
3. 根据权利要求1或2所述的风电厂次同步振荡保护方法，其特征在于： 在步骤4中按照以下方式判断某一次同步模态是否发散： 3. 1选择两个不等长度的观测窗ρ和q，满足ρ > 3q/2,分别计算在观测窗ρ和q长度 内的任一次同步模态i的次同步分量幅值平均值Δ Ii (p)和Δ Ii (q)，当Δ Ii (p)+〇. OlIfe < AIi (q)时，则认为次同步模态i在观测窗ρ内发散； 3. 2连续判别k个时间窗p，若均有Λ Ii(P)+〇. 01Iee< Λ I Jq)，则认为次同步模态i 发散，输电线或集电线的保护动作出口。
4. 根据权利要求1所述的风电厂次同步振荡保护方法，其特征在于： 在步骤5中，判断各次同步分量幅值是否越限的设定限值取1~2倍的输电线或集电 线CT二次额定电流，所设定的时间定值取2~3s。
5. 根据权利要求1所述的风电厂次同步振荡保护方法，其特征在于： 在步骤6中，X取值范围为I. 1~1. 5, I2oo取0. 1~0. 15倍的CT二次额定电流值，A2 取10~25。
6. -种应用权利要求1-5所述次同步振荡保护方法的风电厂次同步谐振/次同步振 荡保护装置，包括电源模块（PW)、模拟量输入模块（PI)、控制器模块（CM)、数字量输出模块 (DO);其特征在于： 所述电源模块为模拟量输入模块、控制器模块、数字量输出模块提供电源输入； 模拟量输入模块、控制器模块、数字量输出模块之间采用DP-NET通讯网络连接； 所述模拟量输入模块用于采集输电线/集电线三相电流与三相电压信号，并分别从三 相电流中提取各次同步分量，将计算结果以IkHz的频率传输至主控制器模块； 主控模块处理各次同步模态信号，计算次同步电流的正序与负序分量，判断是否满足 预设的保护动作判据，如果满足，向数字量输出模块下发动作信号； 数字量输出模块接收动作信号后，通过切除线路实现对风机及风电厂的保护。
【专利摘要】一种适用于风电厂次同步振荡(SSO)保护方法及保护装置，对线路电流进行检测并进行滤波处理的输入模块(PI)，其功能是检测并解调出线路中的次同步模态信号，并求解各模态信号的幅值；主控模块(CM)，根据以下三个判据实施保护功能：一、根据次同步模态信号进行趋势判断，当模态检测趋势为发散时，保护动作；二、依据次同步模态幅值进行定时限保护，越限即发送动作和告警信号；三、求解各相次同步模态电流的正、负序，设计反时限保护判据并进行跳闸出口，以上三个判据相互独立，输出的跳闸、告警信号经数字量输出模块(DO)输出，可用于风电厂集电线路的跳闸、输出线路跳闸或旁路串补等需要的跳闸信号，避免风电厂及其风电组遭受SSR/SSO的危害。
【IPC分类】H02J3-24
【公开号】CN104638664
【申请号】CN201510077241
【发明人】张涛, 焦邵华, 刘全, 王莹莹, 常富杰, 孙小晶, 郑巍, 钱华东, 梁新艳, 赵伟华, 马永斌
【申请人】北京四方继保自动化股份有限公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年2月13日