一种并网升压变压器二次谐波制动元件动作辅助判据的制作方法

本发明属于新能源电力系统和变压器本体保护技术领域，具体涉及一种防止光伏电源并网暂态过程中变压器二次谐波制动元件误动作辅助判别方法。

背景技术：

近年来，随着可再生能源由补充能源向替代能源过渡，光伏并网发电因其不受能源资源，原材料和应用环境的限制得到广泛应用。光伏电站渗透率不断提高，提高含大规模光伏接入的复杂电网运行的安全性正受到越来越多的关注。准确掌握光伏发电并网系统短路电流特性是解决含大规模光伏并网电力系统继电保护问题的关键，而作为能量传输接口的电力电子逆变器在电网发生三相短路故障后，计及并网逆变器接口惯性时间常数，在短路瞬间电网电流中存在直流衰减分量和基频自由分量，其衰减速度快，仅为数十毫秒，而电力电子器件的响应速度为微秒级，该直流衰减分量引入控制环节，会引发并网点电流中含有二次谐波分量。

变压器差动保护因动作速度快和灵敏度高、各侧电气量同步测量方便被广泛应用，成为变压器的主保护。变压器差动保护为正确区分变压器励磁涌流和故障电流，防止变压器因励磁涌流的影响造成保护误动作，在配置基频电流保护的同时配置谐波保护。然而光伏并网发电系统暂态短路电流特性复杂，暂态短路电流含有二次谐波分量，并网电流中二次谐波含量可能超过变压器二次谐波制动整定范围，造成二次谐波制动元件误动作，若此时变压器高压侧内部发生故障，则二次谐波制动元件动作会影响变压器差动保护的动作速度，因此需要在光伏并网侧故障时，短时开放变压器二次谐波制动保护，保证变压器内部故障时差动保护的速动性。

技术实现要素：

鉴于此，本发明提出一种通过检测短路暂态过程中并网点电流中检测并网电流中低频谐波分量判别短路故障的方法，以区分变压器励磁涌流。在检测到并网点电流中二次谐波分量占基频分量比值超过变压器二次谐波整定系数时且短路电流中含有频率为ωc的低频衰减分量时，短时开放二次谐波制动保护，以保证变压器本体安全稳定运行。具体技术方案如下。

一种并网升压变压器二次谐波制动元件动作辅助判据，其特征在于，包括具体步骤：

1)光伏并网逆变器采用基于电网电压定向的双环控制方式，电压外环控制直流母线电压稳定，内环采用dq旋转坐标系下的内环电流控制，正常运行情况下，光伏并网系统并网点电流中不会产生直流电流分量和二次谐波分量，在光伏电压经变压器并网在变压器内部故障时，由于逆变器接口惯性，在并网逆变器出口侧短路电流中含有直流电流分量，此直流分量引入逆变器控制环节引起并网电流中含有二次谐波分量；

2)光伏暂态短路过程中并网点电流中所含直流分量引入电压外环控制时在电流中引入二次谐波分量，同时由于故障导致电压跌落，光伏系统切换至低电压穿越控制模式，

低电压穿越控制切换如下:

在满足无功支撑并维持系统有功功率平衡基础上，同时为防止电流过大危及逆变器的安全运行，通常要求逆变器流过电流不超过1.2倍的额定电流IN，即式中Pref0为稳态状态下逆变器的额定输出功率。

3)低电压穿越控制切换导致内环d轴电流参考值产生阶跃性跌落，在并网点电流中产生以ωc为频率的低频谐波分量。

4)在上述分析中，并网电流中二次谐波分量和以ωc为频率的低频谐波分量在故障时同时产生，因此可以通过检测并网电流中低频谐波分量的大小来区分光伏并网系统短路状态和变压器励磁涌流状态，在检测到并网电流中含有频率为ωc的低频分量时，光伏并网系统处于短路状态，短时开放变压器二次谐波制动保护；在检测到并网电流中二次谐波分量超过变压器二次谐波整定系数K2时，且不含频率为ωc的低频分量时，即变压器处于励磁涌流状态，二次谐波制动保护动作，变压器二次谐波制动保护动作辅助判据如下：

5)当检测到流过变压器的差动电流中二次谐波含量I2及差动电流中基频电流含量I1满足关系I2≥K2I1且检测到并网电流中含有频率位ωc的衰减分量时，短时开放二次谐波制动保护。

所述变压器二次谐波制动保护切换策略在正常情况下，并不会发挥作用。

附图说明

图1为本发明提出的变压器切换策略的典型电网接线图。

图2为低电压穿越控制条件下内环电流传递函数。

图3为本发明所提变压器二次谐波制动保护辅助判据。

具体实施方式

下面结合附图对发明进一步详细说明。

当图1中故障点f处发生短路故障时，逆变器出口处提供短路故障电流中含有直流分量，此时，并网点电流可以表示为

根据有功功率计算公式，此时逆变器输出有功功率中含有基频波动分量，有功功率表达式为由功率传输平衡公式，在故障瞬间光伏电池板输出有功功率Ppv保持不变，则有功功率基频波动引起直流侧电压产生基频波动。

直流侧电压基频波动引入电压外环控制在交流侧电流中产生二次谐波分量。

与此同时，光伏并网系统发生对称短路故障，根据国家电网关于光伏系统接入的准则，要求大中型电站在电压跌落期间提供一定的无功功率支撑，在电网故障期间根据电压跌落程度对无功电流指令进行调整，为满足无功支撑要求，同时尽量维持系统有功功率平衡，低电压穿越控制的切换，d轴内环电流参考值由故障前的切换为故障后的相当于在电流内环控制d轴电流分量中引入一个阶跃信号，经过图2所示电流内环传递函数在此阶跃信号作用下由逆变器输出的d轴故障分量经拉氏反变换将其转换为时域信号即在光伏并网发电系统短路故障暂态期间，短路电流中含有二次谐波分量，同时d轴电流中含有频率为ωc的直流衰减分量。

通过傅里叶计算，得到流过变压器差动电流中的电流的二次谐波含量，同时测量d轴电流中低频分量的含量，在检测到d轴分量中含有频率为ωc的衰减分量时，且变压器任意一相差动电流中的电流的二次谐波含量超过二次谐波制动整定系数时，短时开放二次谐波制动保护；如图3所示，变压器任意一相差动电流中的电流的二次谐波含量超过二次谐波制动整定系数时，检测到d轴分量不含衰减分量时，变压器二次谐波制动正常动作，通过本发明提出的二次谐波制动保护辅助判据，可以有效区分差动电流中所含二次谐波分量是由于变压器励磁涌流引发或光伏并网系统电网侧故障引发，从而保护变压器本体。