規(guī)模風(fēng)電接入對(duì)縱聯(lián)方向保護(hù)影響的分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)電技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及大規(guī)模風(fēng)電接入交直流混聯(lián)系統(tǒng)對(duì)縱聯(lián) 方向保護(hù)影響的分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)風(fēng)電進(jìn)入規(guī)?；l(fā)展階段以后所產(chǎn)生的大型風(fēng)電基地多數(shù)位于"三北地 區(qū)"（西北、東北、華北），大型風(fēng)電基地一般遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，其電力需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離、高電壓 輸送到負(fù)荷中心進(jìn)行消納。由于風(fēng)資源的間歇性、隨機(jī)性和波動(dòng)性，導(dǎo)致大規(guī)模風(fēng)電基地的 風(fēng)電出力會(huì)隨之發(fā)生較大范圍的波動(dòng)，進(jìn)一步導(dǎo)致輸電網(wǎng)絡(luò)充電功率的波動(dòng)，給電網(wǎng)運(yùn)行 安全帶來(lái)一系列問(wèn)題。
[0003] 截至2013年11月，甘肅電網(wǎng)并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)容量已達(dá)到668萬(wàn)千瓦，約占甘肅電網(wǎng) 總裝機(jī)容量的21%，成為僅次于火電的第二大主力電源。隨著風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)模的不斷提高、 750kV超高壓交流外送線路的投產(chǎn)以及酒泉-湖南±800kV特高壓直流外送線路的批復(fù)，甘 肅酒泉千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地將開(kāi)創(chuàng)大規(guī)模、高集中、遠(yuǎn)距離、超高壓交流與特高壓直流聯(lián)合 輸送的新能源發(fā)展模式。由于大規(guī)模風(fēng)電的波動(dòng)性，風(fēng)電系統(tǒng)中引入大量電力電子器件，使 得故障時(shí)暫態(tài)過(guò)程更加復(fù)雜，這使得繼電保護(hù)系統(tǒng)所面臨的故障特征發(fā)生了顯著變化。甘 肅河西750kV電網(wǎng)作為風(fēng)電外送通道，除電源具有波動(dòng)性特征外，由于要采用±800kV特高 壓直流輸電技術(shù)，其還具有交直流混聯(lián)電網(wǎng)的特征，特高壓直流輸電引入的電力電子裝置 使得電網(wǎng)輸電線路故障暫態(tài)過(guò)程更為復(fù)雜，持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，諧波含量豐富，將對(duì)繼電保護(hù)帶 來(lái)不可忽略的影響。因此需要對(duì)大規(guī)模風(fēng)電接入的交直流混聯(lián)電網(wǎng)繼電保護(hù)問(wèn)題進(jìn)行深入 分析研究，尤其需要研究各電壓等級(jí)的輸電線路的保護(hù)配置方案，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。
[0004] 在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在大規(guī)模風(fēng)電接入交直流 混聯(lián)系統(tǒng)時(shí)導(dǎo)致縱聯(lián)方向保護(hù)誤動(dòng)作率提高的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于，針對(duì)上述問(wèn)題，提出大規(guī)模風(fēng)電接入交直流混聯(lián)系統(tǒng)對(duì)縱聯(lián) 方向保護(hù)影響的仿真驗(yàn)證分析方法，以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)波動(dòng)小、故障率低和安全性好的優(yōu)點(diǎn)。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：大規(guī)模風(fēng)電接入交直流混聯(lián)系統(tǒng)對(duì) 縱聯(lián)方向保護(hù)影響的仿真驗(yàn)證分析方法，其特征在于，主要包括：
[0007] a、對(duì)故障分量方向元件進(jìn)行分析；
[0008] b、基于故障分量方向的分析結(jié)果，建立基于故障分量方向的元件分類；
[0009] c、根據(jù)基于故障分類方向的元件分類，進(jìn)行系統(tǒng)故障相位誤差分析；
[0010] d、根據(jù)系統(tǒng)故障相位誤差分析結(jié)果，進(jìn)行故障分量方向元件的適用條件分析；
[0011] e、基于故障分量方向元件的適用條件分析結(jié)果，建立仿真模型，進(jìn)行仿真驗(yàn)證。
[0012] 進(jìn)一步地，所述步驟a，具體包括：
[0013] 當(dāng)故障分量方向元件中正序方向元件在正方向發(fā)生故障時(shí)，有 UiN 丄 Λ ^ 匕 / L
,在反方向發(fā)生故障時(shí)，有
[0014] ZM1』Q、ZN1』。分別為線路M側(cè)和N側(cè)的系統(tǒng)阻抗，Zu』。為線路內(nèi)部全長(zhǎng)的阻抗值， 下標(biāo)1、2、0分別對(duì)應(yīng)于正、負(fù)、零序。
[0015] 進(jìn)一步地，所述步驟b，具體包括：
[0016] 基于故障分量的方向元件可分類如下，其中下標(biāo)g表示故障分量，下標(biāo)1，2, 0分別 表示正序、負(fù)序、零序分量，表示正序故障分量：
[0017] (1)正序故障分量方向元件

[0018] ⑵負(fù)序方向元件：
[0019] ⑶零序方向元件：
[0020] (4)突變量相方向元件：'
[0021] (5)突變量相差方向元件
[0022] 將上述5類方向元件分別以方向元件（1)到方向元件（5)表示，其中前3種為基 于序分量的故障分量方向元件，后2種為基于相量故障分量的方向元件。
[0023] 進(jìn)一步地，所述步驟c，具體包括：
[0024] 對(duì)步驟b中五種方向元件的相位誤差進(jìn)行分析，采用對(duì)稱分量法，由對(duì)稱分量法 得到：
[0025] < D ,
[0026] 公式⑴中，S代表&或/>下標(biāo)g代表故障分量或變化量，1、2、0表示正序、負(fù)序、 零序。
[0027] 進(jìn)一步地，所述對(duì)步驟b中五種方向元件的相位誤差進(jìn)行分析的操作，具體包括：
[0028] ⑴當(dāng)Z1= Z 2時(shí)方向元件的相位特性
[0029] 由于一般交流系統(tǒng)中，可假定正序和負(fù)序阻抗相等，因此在正方向故障時(shí)有
[0030]
[0031] 將公式（2)代入方向元件的表達(dá)式并用對(duì)稱分量表式，可得公式（3):
[0032] (3 ：；[0033] 在反方向故障時(shí)有：
[0034] (4) I
[0035] 將公式（4)代入方向元件的表達(dá)式并用對(duì)稱分量表式，可得公式（5):
[0036] (5)；：
[0037] 由公式（5)得到，當(dāng)Z1= Z 2時(shí)，五種方案有相同的相位特性，都能明確區(qū)分正、反 方向故障；而實(shí)際的交直流混聯(lián)系統(tǒng)中，由于存在逆變器換相失敗的原因，使得故障后正序 和負(fù)序阻抗常常不等，因此有必要考慮Z 1^ Z 2的情況；
[0038] (2)當(dāng)Z# Z 2時(shí)方向元件的相位特性
[0039] 當(dāng)電力系統(tǒng)中存在Z1^ Z2的情況，如發(fā)電機(jī)的暫態(tài)和次暫態(tài)的正、負(fù)序阻抗不等， 換位不完全的線路，交直流混聯(lián)系統(tǒng)中逆變器故障都會(huì)使電力系統(tǒng)中出現(xiàn)正、負(fù)序不等的 情況；
[0040] 假定在正方向發(fā)生故障，并且Z2= Z JAZ1于是有：
Ci)；[0042] 將公式（6)代入方向元件⑷的表達(dá)式并用對(duì)稱分量表達(dá)，得到公式（7):
[0041]
[0043]
(7)；；
[0044]
[0045] (8> ：;
[0046] 在Z1^ Z 2的條件下，五種方案的相位誤差不僅與Δ Z i的幅值和輻角有關(guān)，而且還 與故障類型有關(guān)。
[0047] 進(jìn)一步地，所述對(duì)步驟b中五種方向元件的相位誤差進(jìn)行分析的操作，具體還包 括：
[0048] 在Z# Z 2的條件下，下面只做近似的定性分析，以便對(duì)五種方向元件進(jìn)行比較：
[0049] (a)兩相短路
[0050] 假定為B、C兩相短路，故有
向元件（4)，由于
考慮到
1因此AZa之值可能很大，因& 2 4與Z 1ηι相角相差不太大，所以一般 不會(huì)導(dǎo)致非故障相斷錯(cuò)誤，但為了可靠也可以采取防止誤動(dòng)的措施；故障相B、C兩相 的誤差可表示為1
它們可由實(shí)際出現(xiàn)的A 21來(lái)決定； 方向元件（5)的相位誤差由實(shí)際出現(xiàn)的AZ1決定表示為
5
:， CN 105119270 A VL b/12 貝
方向元件（1)-(3)的相位關(guān)系只由各序阻抗決定，故不會(huì)由于 5' Z1^ Zjl起相位誤差；
[0051] (b)兩相接地短路
[0052] 假定B、C兩相接地短路，故有
；因此方向元件（4)、 (5)的誤差情況與B、C兩相短路相近，但較小一些；方向元件（1)-(3)無(wú)相位誤差；
[0053] (C)三相短路
[0054] 系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)發(fā)生三相短路，考慮三相阻抗不完全對(duì)稱，故
考慮到
代入相位誤差公式可得出ΔΖ辛0,因此方向元件（4)和方向元件（5)均 將產(chǎn)生相位誤差，但其相位誤差大約均為
的數(shù)量級(jí)，故誤差不大；對(duì)于方向元件 (1