含分布式dfig型风电机的配电网纵联保护方法
【专利摘要】本发明公开了一种含分布式DFIG型风电机的配电网纵联保护方法，包括以下步骤：提取线路两端保护安装处的故障电流波形进行分析，将电流的离散数据通过Prony算法来计算两端故障电流的衰减因子的大小，对两端衰减因子进行做差比较得出两端电流在故障情况下的衰减因子差异，与保护的整定值进行比较，可以正确的判别出故障区内与区外故障。本发明提供的方法能够有效可靠的判别线路的区内外故障，可以有效的利用到分布式电源的特有性质，在实际工程中具有一定的应用价值。
【专利说明】
含分布式DFIG型风电机的配电网纵联保护方法
技术领域
[0001] 本发明属于配电网继电保护技术领域，具体设及一种含分布式DFIG型风电机的配 电网纵联保护方法。
【背景技术】
[0002] 风力发电机接入配电网后，配电网变为多源的系统，尤其随着风力发电渗透率的 加大，使其对配电网的影响更加明显；同时由于风力发电机出力的随机性及不确定性，造成 了传统的过电流保护难W适应，导致了配电网保护设置更加的困难。在实际的工程应用中， 双馈式感应发电机（DFIG，Doubly-fed Induction Generator)为主流机型，而双馈式风力 发电机其故障特性较逆变型分布式电源来说更为复杂，因此，对于其故障暂态特性的研究 则至关重要。
[0003] 目前，国内外对于含分布式电源的保护方法主要有：（1)提出了一种方向过电流保 护的方案，该方法解决了分布式电源接入带来的保护方向性的问题，避免了保护元件反向 误动的情况；（2)利用故障定位和分析方法对配电网保护进行一定的改进，也取得了一定的 成效；（3)对分布式电源的输出容量进行了一定的限制，使其不会对配电网原有保护造成影 响；（4)针对分布式电源暂态特性方面的保护。对于（1)来说，其利用功率方向来解决多源故 障方向的判别，但用到了电压量，在实际配电网中很难实现。（2)中利用了通信的方式对配 电网的故障进行处理，在可靠性方面有较大的不确定性。在(3)中对分布式电源的输出容量 进行限制，不符合国家对能源开发的目的。最后一种虽然对分布式电源的暂态特性进行了 研究，但是把双馈式风力发电机的暂态特性与配电网保护相结合的方面几乎没有。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种含分布式DFIG型风电机的配电网纵联保护方法，解决了 现有技术中存在的对于接有DFIG的配电网的保护方法复杂、不能适应DFIG的暂态特性的问 题。
[0005] 本发明所采用的技术方案是，一种含分布式DFIG型风电机的配电网纵联保护方 法，具体按照W下步骤实施：
[0006] 步骤1:通过DFIG型风电机的配电网的首端电流互感器、末端电流互感器分别采集 首端断路器、末端断路器处的电流值，并将测得的电流值分别传递到首端可编程处理器、末 端可编程处理器，进行数据处理；
[0007] 步骤2:首端可编程处理器、末端可编程处理器根据步骤1数据处理结果分别发出 调控指令至首端断路器动作控制器、末端断路器动作控制器来控制首端断路器、末端断路 器，实现DFIG型风电机的配电网的纵联保护方法。
[000引本发明的特点还在于：
[0009] 步骤1进行数据处理具体过程为：
[0010] 步骤1.1:首先采用Prony算法计算得出首端断路器、末端断路器处的电流值对应 的电流衰减因子值，分别记为ai、口2;
[0011]步骤1.2:计算ai、Q2之间的差值，将差值的绝对值与Qset进行比较，来实现线路的纵 联保护：
[001^ 1)当Ia广日21 >aset，判别为故障发生在线路之间，线路两端的保护装置动作，切断 故障；
[OOK] 2)当|日广日2| <aset，判别为故障发生在线路之外，线路两端的保护装置不动作。
[0014] 步骤1.1采用Prony算法计算得出首端断路器、末端断路器处的电流值对应的电流 衰减因子值，具体过程为：
[0015] 通过PSCAD仿真实验模拟配电网发生不同类型的故障，将得到的故障电流暂态数 据导入matlab程序，通过Prony算法计算出不同故障下首端断路器与末端断路器电流的衰 减因子的值；
[0016] 其中Prony算法的原理如下：
[0017] (1):
[001引式中：n-分解的正弦分量个数；P-Prony模型的阶数；N-采样数据点的个数； Am一振幅;Qm-阻尼因子;fm一振荡频率;0m -相位；A t-义样间隔；
[0019] 利用上述原理计算衰减因子的具体过程为：
[0020] (1)定义：
[0021
C2)
[0022] 式中：x*(.)为x(.)的共辆复数；
[0023] (2)利用仿真试验得到的故障电流暂态数据，结合公式(2)，构造矩阵：
[0024]
:(3)
[0025] (3)用SVD-TLS方法确定R的自回归参数曰1，...，ap;
[00%] (4)求解多项式
[0027] 1+aiz-i+. . .+apZ_P = 0 (4)
[0028]得根 Zi(i = l,...,p)
[0029] (5)计算参数b (5)
[0030]
[0031]
[0032]
[0033]
[0034]
[0035]
[0036]
[0037] DFIG型风电机的配电网系统包括电源，电源通过降压变压器与第一母线连接，从 第一母线处引出一条馈线，在馈线上设置有第二母线，DFIG风电场通过第一升压变压器、第 二升压变压器接入到第二母线处;在第一母线的出口处设置有首端断路器和检测首端断路 器处电流值的首端电流互感器，首端断路器与首端断路器动作控制器相连接，首端电流互 感器和首端断路器动作控制器均与首端可编程处理器连接;在第二母线出口处设置有末端 断路器和检测末端断路器处电流值的末端电流互感器，末端断路器与末端断路器动作控制 器相连接，末端电流互感器和末端断路器动作控制器均与末端可编程处理器连接。
[0038] 本发明的有益效果是：1)本发明考虑到了分布式电源固有的暂态特性，对于保护 的设置能够更加的准确，可W大大的提高接有DFIG的配电网保护的可靠性和选择性;2)在 针对双电源形式中利用了纵联保护，仅用到电流量，其计算过程也较为简单，而且较传统的 纵联保护来说，对于有分支线的线路其适应性也较高，在配电网中的实用性高。
【附图说明】
[0039] 图1是本发明中DFIG型风电机的配电网系统的结构示意图；
[0040] 图2是本发明配电网纵联保护方法的流程图；
[0041] 图3是本发明DFIG型风电机的配电网的故障电流特性示意图。
[0042] 图中，1.电源，2.降压变压器，3.第一母线，4. DFIG风电场，5.第二母线，6.第一升 压变压器，7.第二升压变压器，8.末端断路器，9.首端断路器，10.末端电流互感器，11.首端 电流互感器，12 .末端可编程处理器，13 .首端可编程处理器，14.末端断路器动作控制器， 15.首端断路器动作控制器。
【具体实施方式】
[0043] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0044] 本发明中DFIG型风电机的配电网系统，结构如图1所示，包括电源1，电源1通过降 压变压器2与第一母线3连接，从第一母线3处引出一条馈线，在馈线上设置有第二母线5， DFIG风电场4通过第一升压变压器6、第二升压变压器7接入到第二母线5处;在第一母线3的 出口处设置有首端断路器9和检测首端断路器9处电流值的首端电流互感器11，首端断路器 9与首端断路器动作控制器15相连接，首端电流互感器11和首端断路器动作控制器15均与 首端可编程处理器13连接;在第二母线5出口处设置有末端断路器8和检测末端断路器8处 电流值的末端电流互感器10,末端断路器8与末端断路器动作控制器14相连接，末端电流互 感器10和末端断路器动作控制器14均与末端可编程处理器12连接。
[0045] 本发明一种含分布式DFIG型风电机的配电网纵联保护方法，流程如图2所示，具体 按照W下步骤实施：
[0046] 步骤1:通过DFIG型风电机的配电网的首端电流互感器11、末端电流互感器10分别 采集首端断路器9、末端断路器8处的电流值，并将测得的电流值分别传递到首端可编程处 理器13、末端可编程处理器12，进行数据处理，具体过程为：
[0047] 步骤1.1:首先采用Prony算法计算得出首端断路器9、末端断路器8处的电流值对 应的电流衰减因子值，分别记为a 1、〇2，具体过程为：
[0048] 通过PSCAD仿真实验模拟配电网发生不同类型的故障，将得到的故障电流暂态数 据导入matlab程序，通过Prony算法计算出不同故障下首端断路器与末端断路器电流的衰 减因子的值；
[0049] 其中Prony算法的原理如下：
[(K)加 ] (I)
[0051] 式中：n-分解的正弦分量个数；P-Prony模型的阶数;N-采样数据点的个数； Am一振幅;Qm-阻尼因子;fm-振荡频率;0m-相位；A t-义样间隔；
[0052] 利用上述原理计算衰减因子的具体过程为：
[0053] (1)吿令:
[0054]
(2)
[0055] 式中：/(.)为x(.)的共辆复数；
[0056] (2)利用仿真试验得到的故障电流暂态数据，结合公式(2)，构造矩阵：
[0057]
(3)
[005引（3)用SVD-TLS方法确定R的自回归参数曰1，...，ap;
[0059] (4)求解多项式
[0060] l+aiz-i+. . .+apZ_P = 0 (4) CS)
[OOW]得根 Zi(i = l,...,p)[0062] (5)计算参数 b(5)
[0063]
[0064]
[00 化]
[0066]
[0067] (6)计算衰减因子口1
[006引 Qi = In I Zi/AtI (6)
[0069] 其中i = l, . . . ,P。
[0070] 步骤1.2:计算ai、Q2之间的差值，将差值的绝对值与Qset进行比较，来实现线路的纵 联保护：
[OOW 1)当I a广日21 >aset，判别为故障发生在线路之间，线路两端的保护装置动作，切断 故障；
[0072] 2)当Ia广日2| <aset，判别为故障发生在线路之外，线路两端的保护装置不动作。
[0073] 步骤2:首端可编程处理器13、末端可编程处理器12根据步骤1数据处理结果分别 发出调控指令至首端断路器动作控制器15、末端断路器动作控制器14来控制首端断路器9、 末端断路器8,实现DFIG型风电机的配电网的纵联保护方法。
[0074] 实施例：
[0075] 步骤1: W图3(a)所示DFIG风电场输出的S相接地故障下的故障电流和图3(b)所 示的大电源在=相接地故障下的故障电流为例进行测试，算法时间窗考虑到保护的快速 性，选择20ms。对电流波形进行滤波，滤除严重的波形崎变点。
[0076] 步骤2:利用上述的Prony算法对上述数据进行衰减因子计算，得出各自对应的衰 减因子的大小为〇1、口2。
[0077] 步骤3:求解|日广日2|的值，记为Aa。
[0078] 步骤4:考虑到实际中的测量误差，运里设置Ciset = O.5,程序计算结果如表1所示：
[0079] 表1保护判别结果
[0080]
[0081 ]由上表可知A a>0.5,保护能够正确动作。
[0082] 步骤5:对与不同容量下保护的大量测试结果如表2所示：
[0083] 表2保护的大量测试结果
[0084]
[0085] 由上表可知，采用本发明的配电网纵联保护方法，都可W正确动作。
【主权项】
1. 一种含分布式DFIG型风电机的配电网纵联保护方法，其特征在于，具体按照w下步 骤实施： 步骤1:通过DFIG型风电机的配电网的首端电流互感器（11)、末端电流互感器（10)分别 采集首端断路器(9)、末端断路器(8)处的电流值，并将测得的电流值分别传递到首端可编 程处理器(13 )、末端可编程处理器(12 )，进行数据处理； 步骤2:首端可编程处理器（13)、末端可编程处理器（12)根据步骤1数据处理结果分别 发出调控指令至首端断路器动作控制器（15)、末端断路器动作控制器(14)来控制首端断路 器(9)、末端断路器(8)，实现DFIG型风电机的配电网的纵联保护方法。2. 根据权利要求1所述的一种含分布式DFIG型风电机的配电网纵联保护方法，其特征 在于，所述步骤1进行数据处理具体过程为： 步骤1.1:首先采用Prony算法计算得出首端断路器(9)、末端断路器(8)处的电流值对 应的电流衰减因子值，分别记为日1、口 2; 步骤1.2:计算αι、α2之间的差值，将差值的绝对值与aset进行比较，来实现线路的纵联保 护： 1) 当I αι-α21 >aset，判别为故障发生在线路之间，线路两端的保护装置动作，切断故障； 2) 当|ai-a2|<aset，判别为故障发生在线路之外，线路两端的保护装置不动作。3. 根据权利要求2所述的一种含分布式DFIG型风电机的配电网纵联保护方法，其特征 在于，所述步骤1.1采用Prony算法计算得出首端断路器(9)、末端断路器(8)处的电流值对 应的电流衰减因子值，具体过程为： 通过PSCAD仿真实验模拟配电网发生不同类型的故障，将得到的故障电流暂态数据导 入matlab程序，通过Prony算法计算出不同故障下首端断路器与末端断路器电流的衰减因 子的值； 其中Prony算法的原理如下：式中：η-分解的正弦分量个数;p-Prony模型的阶数;N-采样数据点的个数;Am-振 幅;Qm -阻尼因子;fm一振荡频率;-相化Δ t-义样间隔； 利用上述原理计算衰减因子的具体过程为： (1) 定义：(2) 式中:X^.)为X(.)的共辆复数； (2) 利用仿真试验得到的故障电流暂态数据，结合公式(2)，构造矩阵：(3:) (3) 用SVD-TLS方法确定R的自回归参数ai，. . .，ap; (4) 求解多项式 1+aiz 1+. . .+apZ P = 0 (4) 得根zi(i = l,. . .，p) (5) 计算参数b其中 i = l,...,p。4.根据权利要求1所述的一种含分布式DFIG型风电机的配电网纵联保护方法，其特征 在于，所述DFIG型风电机的配电网系统包括电源（1)，电源（1)通过降压变压器(2)与第一母 线(3)连接，从第一母线(3)处引出一条馈线，在馈线上设置有第二母线(5)，DFIG风电场(4) 通过第一升压变压器(6)、第二升压变压器(7)接入到第二母线（5)处;在第一母线(3)的出 口处设置有首端断路器(9)和检测首端断路器(9)处电流值的首端电流互感器(11)，首端断 路器(9)与首端断路器动作控制器（15)相连接，首端电流互感器（11)和首端断路器动作控 制器(15)均与首端可编程处理器(13)连接;在第二母线(5)出口处设置有末端断路器(8)和 检测末端断路器(8)处电流值的末端电流互感器(10)，末端断路器(8)与末端断路器动作控 制器（14)相连接，末端电流互感器（10)和末端断路器动作控制器（14)均与末端可编程处理 器(12)连接。
【文档编号】H02H7/28GK105846408SQ201610322165
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】段建东, 孙磊, 崔帅帅, 何鱼, 慕腾
【申请人】西安理工大学