用于新能源送出系统的汇集线路的保护配置方法及装置与流程

本技术涉及电力系统新能源继电保护领域，具体涉及一种用于新能源送出系统的汇集线路的保护配置方法装置。

背景技术：

1、近年来，风电、光伏发电等间歇式新能源电源正迅猛发展，其在电网中所占比例越来越大，这导致以传统同步电机为基础的故障分析计算及继电保护技术正面临新挑战。主要体现在以下几个方面：

2、一是新能源电源及场站故障特性依赖于电力电子变换器控制策略且这些控制策略参数未知，导致新能源电源及场站故障特性认知尚不够全面深入，不能为电网继电保护研究所用。二是新能源电源场站短路计算模型不清，所接电网现有保护配置缺乏理论支撑。

3、在现有国内外相关研究中，多数采用仿真方法揭示新能源电源的故障特性并分析电网继电保护适应性，而缺乏从根本上认知新能源电源的故障特性发生变化的原因，尚无从理论角度建立风电场短路计算模型，也并未对现有电网保护配置进行系统的定量评价。因此，在实际电网中通常忽略风电场的影响，即将风电场视为负荷处理，这会造成现有电网保护系统存在较大隐患。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本技术提供一种用于新能源送出系统的汇集线路的保护配置方法，包括：

2、解析电网发生对称故障和不对称故障时的短路电流表达式；

3、根据表达式，明确双馈风电机组的最大短路电流；

4、对新能源汇集线路相间短路配置阶段式电流保护，确定各阶段的电流速断保护定值和整定方式；

5、根据各阶段的电流速断保护定值，确定电流速断保护的保护范围。

6、进一步的，解析电网发生对称故障和不对称故障时的短路电流表达式，包括：

7、电网发生对称故障时，双馈风电机组的电流矢量表达式为：

8、

9、在发电机定子参考坐标系下，上式中转子电流矢量为：

10、

11、式中：ls表示发电机定子绕组的等效自感；lm表示发电机定转子绕组间的等效互感；γ表示机端电压跌落系数；ω1表示电网角频率；qs＝1.5γ(0.9-γ)表示故障期间双馈风力发电机组向电网提供的无功功率标幺值；ps表示故障期间发电机向电网提供的有功功率；

12、电网发生不对称故障时，故障稳态期间双馈风力发电机输出正负序故障电流幅值为：

13、

14、式中，为发电机输出序故障电流幅值；为发电机输出负序电流幅值；正表示为同步旋转角速度；te0表示为发电机电磁转矩的直流分量；γs表示为机端正序电压跌落系数；βs表示为机端电压不平衡度；qs0为表示故障期间双馈风力发电机组向电网提供的无功功率标幺值；usm为不对称电压的空间矢量。

15、进一步的，明确双馈风电机组的最大短路电流，具体为，第一风电场的送出线路上接了第二风电场之后接入变电站；多条汇集线路将风机输出的电能汇集到35kv母线上，再由风场主变将电压升高到220kv后接入送出线路；受转子侧变换器本身过流能力限制，双馈风力发电机组的最大稳态短路电流均不会超过其额定电流的3倍；含双馈风电场电网保护配置与整定计算时，双馈风电场最大短路电流按照3倍额定值分析。

16、进一步的，对新能源汇集线路相间短路配置阶段式电流保护，确定各阶段的电流速断保护定值和整定方式，包括：

17、第一整定方式躲首个箱变低压侧短路最大短路电流，在对汇集线路电流速断保护进行整定时仅考虑系统短路电流，可靠系数沿用配电网线路电流速断保护时的数值，则汇集线路电流保护定值为：

18、

19、式中：i1表示为电流保护定值；krel表示为可靠系数；z*∑表示为系统主变至新能源电源箱变低压侧的最小总阻抗标幺值；ib表示为电流基准值；

20、第二整定方式对汇集线末端两相短路有灵敏度，灵敏度系数沿用传统电流保护数值，取为1.5，可得汇集线路电流保护定值为：

21、

22、式中：i2表示为电流保护定值；ksen表示为灵敏度系数；z∑’表示为主变至汇集线末端的最大总阻抗标幺值；ib表示为电流基准值；

23、第三整定方式躲汇集线路末端短路最大短路电流，虑可靠系数同配电线路电流速断保护，电流速断保护定值为：

24、

25、式中：i3表示为电流保护定值；krel表示为可靠系数；z∑”表示为主变至汇集线末端的最小总阻抗标幺值；ib表示为电流基准值。

26、本发明同时提供一种用于新能源送出系统的汇集线路的保护配置装置，其包括：

27、短路电流解析单元，用于解析电网发生对称故障和不对称故障时的短路电流表达式；

28、最大短路电流确定单元，用于明确双馈风电机组的最大短路电流；

29、保护定值和整定方式确定单元，用于对新能源汇集线路相间短路配置阶段式电流保护，确定各阶段的电流速断保护定值和整定方式；

30、保护范围确定单元，用于根据各阶段的电流速断保护定值，确定电流速断保护的保护范围。

31、进一步的，短路电流解析单元，包括：

32、电流矢量表达子单元，用于电网发生对称故障时，双馈风电机组的电流矢量表达式为：

33、

34、转子电流矢量表达子单元，用于在发电机定子参考坐标系下，上式中转子电流矢量为：

35、

36、式中：ls表示发电机定子绕组的等效自感；lm表示发电机定转子绕组间的等效互感；γ表示机端电压跌落系数；ω1表示电网角频率；qs＝1.5γ(0.9-γ)表示故障期间双馈风力发电机组向电网提供的无功功率标幺值；ps表示故障期间发电机向电网提供的有功功率；

37、电流幅值输出子单元，用于电网发生不对称故障时，故障稳态期间双馈风力发电机输出正负序故障电流幅值为：

38、

39、式中，为发电机输出序故障电流幅值；为发电机输出负序电流幅值；正表示为同步旋转角速度；te0表示为发电机电磁转矩的直流分量；γs表示为机端正序电压跌落系数；βs表示为机端电压不平衡度；qs0为表示故障期间双馈风力发电机组向电网提供的无功功率标幺值；usm为不对称电压的空间矢量。

40、进一步的，最大短路电流确定单元，具体为，第一风电场的送出线路上接了第二风电场之后接入变电站；多条汇集线路将风机输出的电能汇集到35kv母线上，再由风场主变将电压升高到220kv后接入送出线路；受转子侧变换器本身过流能力限制，双馈风力发电机组的最大稳态短路电流均不会超过其额定电流的3倍；含双馈风电场电网保护配置与整定计算时，双馈风电场最大短路电流按照3倍额定值分析。

41、进一步的，保护定值和整定方式确定单元，包括：

42、第一整定子单元，用于第一整定方式躲首个箱变低压侧短路最大短路电流，在对汇集线路电流速断保护进行整定时仅考虑系统短路电流，可靠系数沿用配电网线路电流速断保护时的数值，则汇集线路电流保护定值为：

43、

44、式中：i1表示为电流保护定值；krel表示为可靠系数；z*∑表示为系统主变至新能源电源箱变低压侧的最小总阻抗标幺值；ib表示为电流基准值；

45、第二整定子单元，用于第二整定方式对汇集线末端两相短路有灵敏度，灵敏度系数沿用传统电流保护数值，取为1.5，可得汇集线路电流保护定值为：

46、

47、式中：i2表示为电流保护定值；ksen表示为灵敏度系数；z∑’表示为主变至汇集线末端的最大总阻抗标幺值；ib表示为电流基准值；

48、第三整定子单元，用于第三整定方式躲汇集线路末端短路最大短路电流，虑可靠系数同配电线路电流速断保护，电流速断保护定值为：

49、

50、式中：i3表示为电流保护定值；krel表示为可靠系数；z∑”表示为主变至汇集线末端的最小总阻抗标幺值；ib表示为电流基准值。

51、本技术提供一种用于新能源送出系统的汇集线路的保护配置方法及装置，推导了不依赖变换器暂态控制的新能源电源稳态短路电流计算公式，确定对不同新能源场站而言最严重的故障情况，从而给出极端故障情况下不同新能源场站所提供的最大短路电流，以此作为含新能源场站电网继电保护整定计算的依据，提出兼顾新能源电源本身安全与系统可靠性的电网保护配置新规范与整定计算方法。这对于确保含新能源场站电网安全可靠运行具有重要理论价值和现实意义。