一种风电场集电线路单相接地故障点电压完全抑制方法

本发明涉及风电场的集电线路单相接地故障处理，特别涉及一种风电场集电线路单相接地故障点电压完全抑制方法。

背景技术：

1、煤炭、石油、天然气等不可再生能源的过度开采和使用造成严重的环境污染，威胁世界的可持续发展。为破除能源危机，有必要把新能源和清洁能源发展放在更加突出的位置。随着我国逐步完善的新能源全产业链，风电开发成本不断下降，风电已进入平价上网新阶段，这将促使风电得到进一步的快速发展。我国风力发电多为集中式风电场，大型风电场中分区分布多个风电集群，各集群所发电能通过相应集电线路传输至集电母线后经主变送入大电网。风电场多建设于山口、峡谷、高原等较高风速的地区，受风电场运行环境影响，单相接地故障特别是弧光接地故障频发，对风电场安全稳定运行存在较大影响。风电大规模并网导致线路接地故障特征发生深刻变化，其在集电线路故障条件下的输出电流将不容忽视，因此有必要针对集电线路单相接地故障消弧技术开展研究，及时消除接地故障弧光，防止事故扩大化导致风机大规模脱网。

2、目前风电场集电线路接地故障消弧，一般采用常规配电网以及风电场通用的，也就是电力系统都可以用的消弧方法：1、一种传统的使用消弧线圈消弧的方法，通过消弧线圈补偿电容电流，在故障电流过零熄弧后，使故障点绝缘介质恢复速度快于故障电压恢复速度，从而阻止电弧重燃。但消弧线圈对故障有功分量及谐波分量无能为力，消弧能力有限。且随着风电场整体规模扩增与集电线路电缆占比增加，集电系统电容电流急剧增大，间歇性故障电弧难以自然熄弧，甚至会发展为相间故障，扩大事故的影响范围。2、接地故障相转移技术，该项技术通过在站内设置故障接地旁路，将故障相电压钳制到零，以实现故障消弧。但消弧过程中电压调控缺乏灵活性，对系统有一定冲击，在选相错误情况下将引发相间故障。

3、目前普通中压配电网较新的主动消弧方法的零序电流控制有两种策略：一是通过可控电流源注入零序电流(式中：λ是故障相，可为a、b或c相)；二是以故障相电压为反馈量，通过可控电流源注入零序电流控制零序电压使故障相首端电压为0。以上两种策略的注入电流大小及其控制目标是固定的，均是以控制故障相首端电压为目标。

4、风电场与中压配电网虽同属于中压系统，但集电线路末端连接有容量较大的风机集群，风机集群输出电流会分流至接地故障支路，根据分析可知，普通配电网消弧方法补偿后，接地故障电流为:

5、

6、因此普通配电网主动消弧方法无法全补偿该故障电流，故无法适用于风电场集电线路消弧。

7、综上所述，现有的消弧方法皆存在一定的局限性，如：无法实现故障点电压、电流的完全抑制，依赖于故障选相技术。同时，上述方法均未考虑风电场特殊场景下的风电机组容量、故障点位置以及三相对地参数不对称等因素对消弧的影响，无法实现可靠消弧。

技术实现思路

1、为了解决目前风电场集电线路接地故障消弧方法无法实现可靠消弧的技术问题，本发明提供一种风电场集电线路单相接地故障点电压完全抑制方法，能够实现风电场集电线路接地故障点电压的完全抑制，且可靠性强。

2、为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种风电场集电线路单相接地故障点电压完全抑制方法，当风电场有集电线路发生单相接地故障后，

4、首先向风电场接地变压器引出的中性点注入测量电流信号；

5、然后测算风电场的正序电路等值电势，进而计算可使故障点电压为0的抑制电流值：

6、风电场的正序电路等值电势的测算公式为：

7、

8、其中，为风电场的正序电路等值电势，为风电场集电系统的固有零序电流，为故障后的零序电压自然偏移量，为注入测量电流信号后监测到的零序电压偏移量，y0为风电场集电系统的对地零序导纳；为可使故障点电压为0的抑制电流；

9、最后，向风电场接地变压器引出的中性点注入该计算得到的抑制电流。

10、进一步地，注入的测量电流信号为：α为比例系数，取接地变压器的一次绕组中的某相电势，该相是指单相接地故障发生后集电母线电压最低的相。

11、进一步地，集电线路发生单相接地故障的判断方法为：实时监测风电场零序电压和零序电压变化量，当零序电压或零序电压变化量超过各自的预设阈值时，则判断集电线路发生单相接地故障。

12、进一步地，风电场零序电压的监测方法为：在风电场集电母线连接接地变压器，引出中性点，由电压互感器测量中性点电压获得风电场零序电压。

13、进一步地，通过电子可控电流源向中性点注入零序电流，所述电流源的幅值和相位均可控。

14、进一步地，0.15。

15、有益效果

16、普通中压配电网主动消弧方法，只需考虑系统侧电源产生的接地故障电流，所以仅通过零序网络对接地故障电流进行分析，认为控制故障相母线电压为0即可实现故障消弧。但本发明虽然与中压配电网同属于中压系统，由于风电场集电线路末端连接有容量较大的风机集群，因此不能忽略风机并网改变的正、负序网络参数信息。

17、本发明通过电力电子可控电流源向中性点注入测量电流信号，测算风电场正序电路等值电势，考虑了风电机组容量、故障点位置以及三相对地参数不对称对消弧的影响，精确地测算出风电场正序电路等值电势，从而计算得到将接地故障点电压完全抑制的电流值，注入的抑制电流可在数个周波内将中性点电压提升至风电场正序电路等值电势，在抑制系统侧电源产生的故障电流分量的基础上，进一步补偿风机集群输出至接地点的故障电流分量，使故障点电压能够被完全抑制到零，将线路故障点电压主动抑制到零，从根本上防止故障电弧重燃，实现单相接地故障快速可靠消弧，且不影响风电场集电系统线电压，可保持风机正常工作。

技术特征：

1.一种风电场集电线路单相接地故障点电压完全抑制方法，其特征在于，当风电场有集电线路发生单相接地故障后，

2.根据权利要求1所述的风电场集电线路单相接地故障点电压完全抑制方法，其特征在于，注入的测量电流信号为：α为比例系数，取接地变压器的一次绕组中的某相电势，该相是指单相接地故障发生后集电母线电压最低的相。

3.根据权利要求1所述的风电场集电线路单相接地故障点电压完全抑制方法，其特征在于，集电线路发生单相接地故障的判断方法为：实时监测风电场零序电压和零序电压变化量，当零序电压或零序电压变化量超过各自的预设阈值时，则判断集电线路发生单相接地故障。

4.根据权利要求3所述的风电场集电线路单相接地故障点电压完全抑制方法，其特征在于，风电场零序电压的监测方法为：在风电场集电母线连接接地变压器，引出中性点，由电压互感器测量中性点电压获得风电场零序电压。

5.根据权利要求1所述的风电场集电线路单相接地故障点电压完全抑制方法，其特征在于，通过电子可控电流源向中性点注入零序电流，所述电流源的幅值和相位均可控。

6.根据权利要求1所述的风电场集电线路单相接地故障点电压完全抑制方法，其特征在于，α≤0.15。

技术总结
本发明公开了一种风电场集电线路单相接地故障点电压完全抑制方法，当风电场的集电线路发生单相接地故障后，首先向风电场接地变压器引出的中性点注入测量电流信号；然后测算风电场的正序电路等值电势和可使故障点电压为0的抑制电流值；最后，向风电场接地变压器引出的中性点注入计算得到的抑制电流，将集电线路故障点电压抑制为零，实现接地故障可靠消弧。本发明通过向集电系统注入抑制电流，有效消除了风电机组容量、故障点位置以及三相对地参数不对称对消弧的影响，将中性点电压提升至风电场正序电路等值电势，在抑制系统侧电源产生的故障电流分量的基础上，进一步补偿风机集群输出至接地点的故障电流分量，使故障点电压能够被完全抑制到零。

技术研发人员：喻锟,杨理斌,曾祥君,王沾,王盛
受保护的技术使用者：长沙理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12