一种基于主动探测信号注入的风电系统故障判别方法与流程

本发明涉及分布式能源故障分析，尤其是指一种基于主动探测信号注入的风电系统故障判别方法。

背景技术：

1、当前以风能、太阳能等分布式发电为代表的可再生能源的开发和应用步入了快速发展阶段。而继电保护是保证电网及电气设备运行安全的重要基础。传统交流配电网多采用单电源辐射型网络结构或运行方式，保护系统通常由基于单侧电量的多段式电流保护构成，并辅之以自动重合闸或备自投等自动控制功能，以加快故障隔离和供电恢复，提高电网可靠性。但是伴随着风电等新能源的接入，新能源发电和储能系统中变流器的存在，使得传统的单端电源辐射状交流配电网变成了含分布式电源网络，分布式电源和交直流互联设备复杂的故障特性给以故障特征为基础的传统电网保护带来了严峻挑战。目前针对分布式电源接入电网后可能对继电保护的影响进行了多方面的研究，也提出了一些有效的应对措施，但仍存在诸多不足。在保护原理研究方面，现有研究主要关注分布式电源间歇性和随机性运行方式带来的影响，而对其馈出的复杂短路电流特性认识不足，对应提出的应对措施也主要是在传统基于工频量的保护原理的基础上进行调整和改进，存在相当的局限性。特别是由于分布式电源在故障期间，为保证机组运行安全，其控制策略需要进行切换调整，导致短路电流特性发生突变，使得故障暂态过程更为复杂，将直接影响快速保护的暂态性能，而传统电网的故障分析方法也难以分析此类复杂的故障暂态过程，无法确定分布式电源和直流系统接入后对继电保护的影响。传统电网的故障排查常需要结合继电保护的运行情况来确定各设备的排查顺序，从而提高故障排查的效率。但在分布式电源和直流系统接入后，在发生永久性故障后，为了保障风机的运行安全，势必要对区域内的风机进行故障排查，但由于无法确定继电保护的运行情况，传统的故障排查方法难以保障分布式电源和直流系统接入后电网的故障排查效率。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中的缺点，提供一种基于主动探测信号注入的风电系统故障判别方法，能够基于信号注入后的电气数据特性来实现对于风电系统故障性质的判别，并进一步根据故障性质的判别结果来确定后续的故障处理，给出了永久性故障的故障排查方法，能够解决现有的针对分布式能源接入电网后的继电保护分析方法中存在的难以分析分布式能源接入电网后复杂的故障暂态过程，无法确定分布式能源接入电网后对于继电保护的影响，故障排查效率无法得到保证的问题。能够提高风电系统故障情况分析结果的准确性，在发生永久性故障，需要进行故障排查时，能够结合风电系统的故障情况来确定对应的故障排查表，从而提高风电系统的故障排查效率，使得风电系统的继电保护水平能够得到显著提高。

2、本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：

3、一种基于主动探测信号注入的风电系统故障判别方法，包括，

4、各风机通过对应的电量储存缓冲装置接入电网，构成风电系统进行供电；

5、采集风电系统内线路的电气量信息，基于采集的电气量信息对风电系统故障情况进行检测；

6、在风电系统出现故障情况时，向风电系统内的故障线路注入低电流信号；

7、采集注入低电流信号后故障线路的电气数据，基于采集到的电气数据根据电流积分判据对风电系统故障进行故障性质判别；

8、在判断存在永久性故障后， 还根据风电系统内故障线路的断闸情况确定被切断的电量储存缓冲装置；

9、获取切断的电量储存缓冲装置对应线路内的设备拓扑关系，根据切断的电量储存缓冲装置对应线路内的设备拓扑关系确定切断的电量储存缓冲装置对应线路内每个风机所属的管控区域， 根据切断的电量储存缓冲装置对应线路内风机所属的管控区域获取每个风机的受监管程度，基于风机的受监管程度值由大到小生成故障排查表，基于故障排查表进行故障排查。

10、进一步的，所述在风电系统出现故障情况时，向风电系统内的故障线路注入低电流信号，包括，风电系统出现故障情况，故障两侧的断路器跳闸，风电系统切除对应的电量储存缓冲装置，在经过第一预设延时后，重合风电系统其中一台电量储存缓冲装置的主断路器和送出线一端的断路器，经过第二预设延时后，网侧逆变器启动附加控制策略，网变逆变器基于附加控制策略向故障线路注入低电流信号。

11、进一步的，所述基于附加控制策略向故障线路注入低电流信号，包括，获取故障线路的故障情况，设定故障线路送出线的注入相和非注入相，基于故障线路送出线的注入相以及对应的故障类型确定低电流信号的注入时间和注入间隔，并根据设定的注入时间和注入间隔向对应的注入相注入低电流信号。

12、进一步的，所述基于采集到的电气数据根据电流积分判据对风电系统故障进行故障性质判别前，还获取风电系统出现线路末端高阻故障情况时的送出线相电流积分值，并基于线路末端高阻故障时的送出线相电流积分值选取故障性质判别的故障判别阈值。

13、进一步的，所述基于采集到的电气数据根据电流积分判据对风电系统故障进行故障性质判别，包括，按照设定的注入时间和注入间隔短时导通网侧逆变器，导通后的网侧逆变器向故障线路母线对应的注入相注入低电流信号，采集注入低电流信号后故障线路的电气数据，基于电流积分判据根据电气数据计算注入低电流信号后故障线路送出线的相电流积分值，将相电流积分值与故障判别阈值进行比较，若存在其中一相的相电流积分值超过故障判别阈值，则判断为永久性故障，其他情况下，判断为瞬时性故障。

14、进一步的，在对风电系统故障进行故障性质判别后，还对故障性质判别结果进行验证，所述对故障性质判别结果进行验证的具体过程为：在完成故障性质判别后，重新选择不同的注入相，并按照相同的注入时间、注入间隔向重新选择的注入相注入低电流信号，重新计算故障线路送出线的相电流积分，并将重新计算得到的电流积分结果与故障判别阈值进行比较，确定验证性故障性质判别结果，将故障性质判别结果与验证性故障性质判别结果进行比较，若验证性故障性质判别结果与故障性质判别结果显示一致，则判断故障性质判别结果通过验证，若验证性故障性质判别结果与故障性质判别结果显示不一致，则判断故障性质判别结果未通过验证，调整注入低电流的附加控制策略内容，重新进行故障性质判别。

15、进一步的，所述电流积分判据的表达式为：

16、；

17、其中，为送出线相电流积分值，为注入起始时间，为积分时长，为送出线相电流。

18、进一步的，在判断为永久性故障后，断开送出线断路器，在判断为瞬时性故障后，经过第三预设延时，重合送出线另一端的断路器，电量储存缓冲装置重新投入运行。

19、进一步的，获取切断的电量储存缓冲装置对应线路内的设备拓扑关系，根据切断的电量储存缓冲装置对应线路内的设备拓扑关系确定切断的电量储存缓冲装置对应线路内每个风机所属的管控区域， 根据切断的电量储存缓冲装置对应线路内风机所属的管控区域获取每个风机的受监管程度，基于风机的受监管程度值由大到小生成故障排查表，基于故障排查表进行故障排查，包括如下步骤：获取电量储存缓冲装置及其对应的管控区域，以电量储存缓冲装置作为原点，以管控区段作为管控半径对管控区域进行划分，根据切断的电量储存缓冲装置对应线路内的设备拓扑关系确定不同管控区域内覆盖的风机；并对风机进行编号，获取隶属于不同管控区域的风机初步监控序列；基于风机初步监控序列中不同风机对应的管控区域的安全权重、风机自身的故障系数确定每个风机的受监管程度，基于受监管程度的由大到小对风机初步监控序列进一步修正得到风机修正监控序列；将不同管控区域对应的风机修正监控序列进行拼接和排序得到故障排查表；基于故障排查表进行故障排查。

20、进一步的，基于风机初步监控序列中不同风机对应的管控区域的安全权重、风机自身的故障系数确定每个风机的受监管程度，计算公式如下：

21、；

22、其中，，，n为管控区域内风机的个数；m为管控区域的个数；为第i个风机的受监管程度；为第j个管控区域对应的安全权重，且；为第i个风机的历史故障次数；为第i个风机的使用年限，为第i个风机在第s次故障发生时的故障修复时间。

23、本发明的有益效果是：

24、能够基于信号注入后的电气数据特性来实现对于风电系统故障性质的判别，能够对于风电系统馈出的复杂短路电流特性进行分析，保障了风电系统故障性质的判断准确性。

25、能够基于风机所属的管控区域以及对应的自身故障系数来确定每个风机的受监管程度，从而在发生永久性故障后，确定对相应电量储存缓冲装置区域内风机进行故障排查的故障排查表，提高在发生永久性故障后的故障排查效率。