一种风电场风机汇集系统保护配置及参数整定方法与流程

本发明涉及新能源发电领域，具体涉及一种风电场风机汇集系统保护配置及参数整定方法。

背景技术：

1、近年来，风力发电在电网中所占比例越来越大，目前，对风电场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，另外，新能源电源场站短路计算模型不清，所接电网现有保护适应性分析、保护配置与整定计算研究缺乏理论支撑。现有国内外相关研究中，多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，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原则、整定计算方法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。

2、例如，一种在中国专利文献上公开的“用于双馈风电场送出线的负序电流分量纵联保护方法、系统”，其公告号cn115133511a，包括：获取双馈风电场送出线的三相电流突变量，根据三相电流突变量确定双馈风电场送出线是否发生故障；根据是否存在负序电流判断故障类型；对于不对称故障，求出不对称故障下两侧的负序电流自适应幅值比；对于对称故障，求出对称故障下两侧的负序电流自适应幅值比；依据不对称故障动作值、对称故障动作值，进行相应的保护动作。能解决双馈风电场送出线故障时，风场侧电流频偏带来保护动作性能下降的问题且有较好的耐受过渡电阻能力，并可以反应所有的故障类型，有效提高双馈风电场送出线保护的可靠性。

技术实现思路

1、本发明主要解决现有技术中基于风场故障和新能源场短路计算方法不够清晰导致电网故障时无法进行完善整定配置的问题；提供一种风电场风机汇集系统保护配置及参数整定方法，根据电网常见的对称短路故障与不对称短路故障，进行带撬棒保护的单台双馈式风电机组分别在两种故障下的短路电流表达式解析；得到单台双馈式风电机组两种故障下的短路电流解析式后，进一步解析风电场汇集线路在两种故障下的短路电流；根据汇集线路的短路电流进行风电场汇集线路的保护配置与整定。

2、本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

3、本发明包括：根据电网常规对称短路故障与不对称短路故障，在两种短路故障下分别对带撬棒保护的单台双馈式风电机组进行短路电流表达式解析；得到单台双馈式风电机组两种故障下的短路电流解析式后，进一步解析获取风电场汇集线路在两种故障下的短路电流；根据汇集线路的短路电流对风电场汇集线路进行保护配置与整定，兼顾新能源电源本身安全与系统可靠性。

4、作为优选，所述的短路电流表达式解析过程包括三个阶段：第一个阶段下，电网发生故障，电压已经跌落但撬棒保护还未动作，这个阶段持续2-10ms；第二个阶段下，经过短暂延时后，电流或电压已经达到阀值，撬棒保护动作同时转子侧变频器闭锁，双馈式风电机组作异步运行；第三个阶段下，若故障电流衰减至小于阀值，撬棒保护退出运行，双馈式风电机组根据变流器控制目标提供稳定的故障电流。

5、作为优选，对于对称短路故障，利用dq轴同步旋转坐标系分别解析出三个阶段的定子短路电流与转子短路电流，最终整合得到对称故障下的定子短路电流解析式：对称故障下的转子短路电流解析式：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，主要与风速大小有关。

6、作为优选，对于不对称短路故障，将定转子电压、电流和磁链的空间矢量分解为正、反向旋转的同步旋转坐标系中对应的正、负序矢量的方式分别解析出三个阶段的定子与转子的短路电流，最终整合得到不对称故障下的定子正负序故障电流幅值为：不对称故障下的转子正负序故障电流幅值为

7、作为优选，所述的获取两种故障下的短路电流过程包括：根据实际风电场拓扑结构图，找出各台机组所处位置对机端电压跌落程度的影响，进一步仿真得到不同位置下各台机组的短路电流曲线与汇集线路的短路电流曲线，获得汇集线路短路电流与单台机组短路电流之间的联系；机端电压跌落程度是影响单元机组之间故障电流差异的主要因素，此外风速的大小也会影响单元机组之间故障电流的大小，结合风电机组能提供的最大短路电流及继电保护的“四性”，以实际风电场为研究对象，设计风电场汇集线路保护配置与整定方法。

8、由定子短路电流解析式和转子短路电流解析式得知在给定风机主电路参数时，双馈风电机组中的短路电流主要受机端电压变化程度及向电网提供的功率水平等影响，故障发生位置和所接电网短路容量均会影响双馈风力发电机组的故障电流特性；不管任何位置发生故障及电网短路容量水平如何，由于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；因此，含双馈风电场电网保护整定计算时，双馈风电场最大短路电流可按照3倍额定值的进行分析。

9、所述风电场汇集线路保护配置与整定方法包括：按照实际风电场汇集线路，对实际风电场短路电流情况进行分析，得出风电场汇集线路的最大短路电流；对汇集线路配置i段电流速断保护，其i段电流速断保护有三种整定方式：整定方式a躲过首个箱变低压侧短路最大短路电流；整定方式b对汇集线末端两相短路有灵敏度；整定方式c躲过汇集线路末端短路最大短路电流。

10、作为优选，所述的整定方式a包括：躲首个箱变低压侧短路最大短路电流，当风机所在的首个箱变低压侧三相短路时，由于系统等值阻抗远远小于包含箱变在内的风电机组的阻抗，因此系统短路电流远远大于风机提供的短路电流；并且crowbar投入后风机短路电流衰减，因此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；可靠系数仍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：式中：i1表示方式a的电流保护定值；krel表示可靠系数；表示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表示电流基准值。

11、作为优选，所述的整定方式b包括：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：式中：i2表示方式b的电流保护定值；ksen表示可靠系数；z‘σ表示主变至汇集线末端的最大总阻抗标幺值；ib表示电流基准值。

12、作为优选，所述的整定方式c包括：躲汇集线路末端短路最大短路电流；考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：式中：i3表示方式c的电流保护定值；krel表示可靠系数；zσ“表示主变至汇集线末端的最小总阻抗标幺值；ib表示电流基准值。

13、本发明的有益效果是：

14、1.本发明的一种风电场风机汇集系统保护配置及参数整定方法，通过分析变换器暂态控制与不同类型新能源电源馈出短路电流特性之间关联规律，揭示了新能源电源在故障全过程中的电流变化特性，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，使计算过程更加严谨、准确；

15、2.本发明的一种风电场风机汇集系统保护配置及参数整定方法，通过分析新能源电源短路电流变化特性主要影响因素及规律，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，兼顾新能源电源本身安全与系统可靠性。