含分散式双馈风力发电机的配电线路保护研究

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分散式双馈型风力发电机(Double-Fed Induction Generator,DFIG)高渗透率地并入配电网后,使配电网从单端辐射状网络变成了双端电源供电结构。为了弥补传统三段式电流保护会失去选择性的问题,国家电网技术规定提供了两种方案,采用纵联保护或在电流保护的基础上加装方向元件。然而DFIG受低电压穿越控制的影响,其短路电流暂态特性与传统大系统电源存在较大差异,导致基于大系统电源暂态特性而构造的传统保护方案及元件均会出现不适应的情况。因此有必要提出适用于一端电源为DFIG的配电线路纵联保护方案及方向元件。首先,本文分别分析不同低电压穿越策略实现手段对DFIG电流暂态特性的影响,发现在Crowbar电路投入情况下,短路电流中存在衰减显著的转频分量,导致电流主频率偏移工频50Hz。在不间断励磁控制下的DFIG短路电流中存在与控制方式、控制参数相关的工频分量,导致短路电流不再是稳定的交流正弦波,且电流波形随机波动,与传统电源存在明显差异,并通过与低电压穿越现场试验的录波数据对比验证了分析结果。进一步地,分析传统差动保护在DFIG频率偏移特性下受到的影响,发现动作值出现不稳定的情况。从时域角度出发,通过Hausdorff距离算法求取被保护线路两侧电流波形不匹配程度,并以此构造基于波形不匹配度的纵联保护方案,在添加滑动数据窗以增加保护方案速动性的同时,根据H距离自身特性对抗干扰能力进行了提升。在低信噪比噪声、低采样率的条件下,可以快速、可靠的动作,仅面对单相接地时灵敏度略有下降,其他故障条件时均可以满足保护四性的基本要求,且速动性较传统方案提升明显。最后,借鉴传统方向元件的构造思路,分析正、反向故障电流时域波形的差异,利用故障瞬间前20ms电流波形作为参考量,对比正、反向故障电流与参考电流夹角差,并且引入余弦相似度算法体现夹角差异并构造方向元件。通过电力系统电磁暂态分析软件PSCAD/EMTDC,以国内首个分散式风力发电场示范性工程为模型,大量仿真验证了所提方向元件在各种条件下均能可靠、灵敏且迅速地判断故障方向。
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