提高集群风电场联络线重合闸成功率的方法

摘要

本发明涉及风力发电技术领域，是一种提高集群风电场联络线重合闸成功率的方法；本发明与现有风电场联络线重合闸相比，具有以下特点：增强了联络线故障时集群风电场与系统之间的联系和同步，待集群风电场联络线相间或两相接地瞬时性故障消除后使集群风电场重新投入运行，缩短了整个系统恢复正常运行状态的时间，避免了相间或两相接地瞬时性故障时大规模风电场脱离电网对系统稳定造成影响，保证了大规模风电接入电网的稳定运行，提高了风电场的效益和系统对风电的消纳能力，促进了风电发展。

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，是一种提高集群风电场联络线重合闸成功率的方法。

背景技术

大规模风电集中接入电网，对继电保护整定及重合闸策略提出了新的要求。按照我国千万千瓦级风电基地的开发模式来看，风电场以集群方式逐级接入系统，风电出力在电网中占得比重越来越大，原系统中用来调峰的电源容量很难满足集群风电场所需调峰能力的要求。电网故障时，若大规模风电场同时退出运行，将造成系统有功缺额，影响系统稳定运行。

目前集群风电场联络线重合闸配置如下：

目前集群风电场联络线重合闸配置不考虑风电的运行特性及其影响，按以下2种方式配置：①按常规双端电源线路的重合闸进行配置（综合重合闸），当风电场联络线发生两相短路故障、两相接地故障或三相故障时，断路器跳三相，系统侧采用检无压先重合，0.7s后风电场侧采用检同期重合；也有专家提出系统侧采用“检线路无压”、风电场侧采用“检线路有压母线无压”的重合方式。②不投重合闸或采用单相重合闸。当风电场联络线发生两相短路故障、两相接地故障或三相故障时，断路器跳三相，不重合，待故障消除后，再按风电并网规程将风机并网。

目前集群风电场联络线重合闸配置存在的不足：

若采用第一种重合方式，如图1所示，当集群风电场联络线f点发生两相故障，纵联保护动作，联络线两侧的断路器跳三相后，将集群风电场与电网完全隔离，集群风电场失去背侧电源。对于双馈风电机组，目前主要控制方式为采用矢量控制，通过控制风电机组的双向变频器与系统交换的转差功率，实现变频器对整个双馈风电机组的有功、无功功率的解耦控制；对于直驱风电机组，通过网侧变流器调节网侧的d轴和q轴电流，以保持直流侧电压稳定，实现有功功率和无功功率的解耦控制；不论是双馈风电机组还是直驱风电机组采用的控制方式，风电机组的转子转速与系统频率完全解耦，不参与系统调峰。当集群风电场与电网完全隔离时，集群风电场将带负荷孤岛运行，风电出力的波动性及负荷的波动性极易导致风电机组的高、低频保护动作切机。只有当集群风电场出力正好与负荷匹配，才有可能维持孤岛运行，而这显然是一个极不稳定的平衡点。当集群风电场机组类型为具备低电压穿越能力的双馈风电机组时，当风电场联络线f点发生两相故障时，由于撬棒保护动作时间很短(μs级)，撬棒保护先动作，然后风电场联络线的纵联差动保护再动作，断路器跳三相，将集群风电场与电网完全隔离。撬棒保护动作后的DFIG进入异步运行状态。根据异步电动机运行特性，要维持当前运行状态，需电网向机组提供无功功率（为机端电压，为机端电压超前机组等值电路阻抗的角度，为DFIG等值电路阻抗），由于此时集群风电场与电网已完全隔离，电网不能向集群风电场提供无功功率，所以当集群风电场与电网已完全隔离后，具备低电压穿越能力风电场也不能带负荷孤岛运行。综上所述，集群风电场联络线发生两相故障时，无论集群风电场采用何种风电机组类、是否具备低电压穿越能力，集群风电场都很难保持带负荷稳定运行。若采用第一种重合方式，由于风电场失去了背侧电源，风电场侧重合闸无法满足“检同期”条件，导致重合不成功。

若采用第二种重合方式，如图1所示，当集群风电场联络f点发生两相故障，断路器跳三相、不重合，待故障排除，调度发出合闸命令后，才能重合。这种断路器跳三相、不重合的方法，故障排除时间长，同样会出现集群风电场带负荷孤岛运行的情况，最终导致风电场群整体退出运行，既降低了风电场的效益，还会对系统造成有功缺额，导致系统频率下降。集群接入的风电规模越大、故障排除时间越长，情况会越严重，甚至会导致系统崩溃。

据调查，一个一类风区装机容量为50MW的单个风电场，年发电量大约为一亿五千万千瓦·时，当风电场联络线发生两相短路故障、两相接地故障时，若采用以上两种重合闸配置方式，风电场解列转入热备用状态。在确定故障位置、进行故障处理后24小时内汇报调度，检查无误后方可送电。对于风电送出线较长的线路，故障定位、故障处理、检查核实、送电整个过程需要的时间较长，至少需要48小时，风电场将损失大约820000千瓦·时的送出电量。集群风电场的损失电量更大，同时还会导致系统有功缺额，造成系统频率下降，增加系统其他电源的调峰深度，大规模风电脱网还会导致系统崩溃。

运行经验表明，架空线路故障大都是“瞬时性的”，例如，由雷电引起的绝缘子表面闪络，大风引起的碰线，鸟类以及树枝等掉落在导线上引起的短路等，在线路被继电保护迅速断开以后，电弧即行熄灭，外界物体（如树枝、鸟类等）也被电弧烧掉而消失。此时若断开的线路断路器再合上，就能够恢复正常的供电。当集群风电场联络线发生两相短路瞬时性故障或两相接地瞬时性故障时，如果待集群风电场联络线相间或两相接地瞬时性故障消除后，集群风电场能尽快重新投入运行，既可避免相间或两相接地瞬时性故障时引起的大规模风电场脱离电网，提高风电场的效益，又可保证大规模风电接入电网的稳定运行，提高系统对风电的消纳能力。

综上所述，现有重合闸已不能适用于集群风电场联络线要求，开发完善的适用于集群风电场联络线的重合闸，具有非常重要的理论意义和工程应用价值。

发明内容

本发明提供了一种提高集群风电场联络线重合闸成功率的方法，有效解决了集群风电场联络线发生两相短路故障和两相接地故障时，采用跳三相的方法所导致的故障处理时间长、阻断风电场出力、影响风电场效益和接入系统稳定性问题。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种提高集群风电场联络线重合闸成功率的方法，按下述方法进行：对集群风电场联络线发生的两相短路故障和两相接地故障，进行故障类型判断，根据故障类型判断结果确定重合方法，再根据跳开相断口电压满足的条件，确定故障相是否重合；

当故障类型为AB两相短路故障，则跳开A相或B相两侧的断路器，A相或B相两侧的断路器跳开后，三相输电线路转入两相运行状态；若跳开相的断口电压满足关系式，则0.5s后重合跳开相两侧断路器，重合闸次序为先重合系统侧的断路器，再重合集群风电场侧的断路器；若跳开相的断口电压不满足关系式，则集群风电场联络线跳开三相，不再重合，关系式中为跳开相的断口电压，为相电压，为可靠系数，；

当故障类型为AB两相接地故障，则跳开A相和B相两侧的断路器，断路器跳开后进行分相重合；若A相和B相的断口电压同时满足关系式，则重合A相，关系式中为跳开相的断口电压，为相电压，b₁为单位长度的正序容纳，b₀为单位长度的零序容纳，为可靠系数，；如果A相重合成功，且B相的断口电压满足关系式，0.5s后重合B相，式中为B相的断口电压，为相电压，为可靠系数，；如果A相重合不成功，则集群风电场联络线跳开三相，不再重合；重合次序均为先重合系统侧的断路器，再重合集群风电场侧的断路器；若A相和B相的断口电压在0.1s内不满足关系式，则集群风电场联络线三相跳开并不再重合。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述对集群风电场联络线进行故障类型是两相短路故障，还是两相接地故障的判断按下述方法进行：集群风电场联络线故障发生后，继电器检测零序电流值，提取每一相的故障电流分量，若A相和B相的故障电流分量满足关系式且零序电流小于零序电流I段保护的整定值I_set0﹒I ，则为AB两相短路故障；若A相和B相的故障电流分量满足关系式，但零序电流大于等于I_set0﹒I ，则为AB两相接地故障，其中：I_set0﹒I  = K_rel﹒0 I_unb﹒max ，I_unb﹒max为集群风电场联络线末端发生两相短路时的最大不平衡电流，为可靠系数，，为故障电流分量的差动量，为故障电流分量的制动量，为差动保护整定值，为集群风电场侧故障电流分量，为故障相所对应的系统侧故障电流分量，K为比率制动系数（0<K≤1）。

本发明与集群风电场联络线现在采用的重合闸相比，具有以下特点：增强了联络线发生相间或两相接地瞬时性故障时集群风电场与系统之间的联系和同步，待集群风电场联络线相间或两相接地瞬时性故障消除后使集群风电场重新投入运行，缩短了整个系统恢复正常运行状态的时间，避免了相间或两相接地瞬时性故障时大规模风电场脱离电网对系统稳定造成影响，保证了大规模风电接入电网的稳定运行，提高了风电场的效益和系统对风电的消纳能力，促进了风电发展。

附图说明

附图1为集群风电场联络线发生故障示意图。

附图2为集群风电场联络线发生AB两相短路故障跳A相示意图。

附图3为集群风电场联络线发生AB两相短路故障跳B相示意图。

附图4为集群风电场联络线发生AB两相接地故障跳A相和B相示意图。

附图 5为本发明的重合闸流程图。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

在本发明中，为了便于描述，各部件相对位置关系的描述均是根据说明书附图1、附图2、附图3、附图4、附图5的布图方式进行描述。

实施例1，如图1、2、3、4、5所示，该提高集群风电场联络线重合闸成功率的方法，按下述方法进行：对集群风电场联络线发生的两相短路故障和两相接地故障进行故障类型判断，根据故障类型判断结果确定重合方法，再根据跳开相断口电压满足的条件，确定故障相是否重合；

如图2所示，当故障类型为AB两相短路故障，则跳开A相两侧的断路器，A相两侧的断路器跳开后，三相输电线路转入两相运行状态；若A相的断口电压满足关系式，则0.5s后重合A相两侧断路器，重合闸次序为先重合系统侧的断路器，再重合集群风电场侧的断路器；若A相的断口电压不满足关系式，则集群风电场联络线跳开三相，不再重合，关系式中为A相的断口电压，为相电压，为可靠系数,；

如图4所示，当故障类型为AB两相接地故障，则跳开A相和B相两侧的断路器，断路器跳开后进行分相重合；若A相和B相的断口电压同时满足关系式，则重合A相，关系式中为跳开相的断口电压，为相电压，b₁为单位长度的正序容纳，b₀为单位长度的零序容纳，为可靠系数，；如果A相重合成功，且B相的断口电压满足关系式，0.5s后重合B相，式中为B相的断口电压，为相电压，为可靠系数，；如果A相重合不成功，则集群风电场联络线跳开三相，不再重合；重合次序均为先重合系统侧的断路器，再重合集群风电场侧的断路器；若A相和B相的断口电压在0.1s内不满足关系式，则集群风电场联络线三相跳开并不再重合。

当集群风电场联络线发生两相短路故障和两相接地故障时采用跳三相的方法，对于一个一类风区装机容量为50MW的风电场，若风电场联络线较长，故障位置定位、故障处理、检查、送电整个过程需要的时间较长，风电场将至少损失大约820000千瓦·时的送出电量，若风电场容量足够大，大规模风电脱网还会导致系统崩溃。采用本发明提供的重合方法，增强了联络线故障时集群风电场与系统之间的联系和同步，待集群风电场联络线相间或两相接地瞬时性故障消除后使集群风电场重新投入运行，缩短了整个系统恢复正常运行状态的时间，避免了相间或两相接地瞬时性故障时大规模风电场脱离电网对系统稳定造成影响。

实施例2，如图1、2、3、4、5所示，该提高集群风电场联络线重合闸成功率的方法，对集群风电场联络线发生的两相短路故障和两相接地故障进行故障类型判断，根据故障类型判断结果确定重合方法，再根据跳开相断口电压满足的条件，确定故障相是否重合；

如图3所示，当故障类型为AB两相短路故障，则跳开B相两侧的断路器，B相两侧的断路器跳开后，三相输电线路转入两相运行状态；若B相的断口电压满足关系式，则0.5s后重合B相两侧断路器，重合闸次序为先重合系统侧的断路器，再重合集群风电场侧的断路器；若B相的断口电压不满足关系式，则集群风电场联络线跳开三相，不再重合，关系式中为B相的断口电压，为相电压，为可靠系数,；

如图4所示，当故障类型为AB两相接地故障，则跳开A相和B相两侧的断路器，断路器跳开后进行分相重合；若A相和B相的断口电压同时满足关系式，则重合B相，关系式中为跳开相的断口电压，为相电压，b₁为单位长度的正序容纳，b₀为单位长度的零序容纳，为可靠系数，；如果B相重合成功，且A相的断口电压满足关系式，0.5s后重合A相，式中为A相的断口电压，为相电压，为可靠系数，；如果B相重合不成功，则集群风电场联络线跳开三相，不再重合；重合次序均为先重合系统侧的断路器，再重合集群风电场侧的断路器；若A相和B相的断口电压在0.1s内不满足关系式，则集群风电场联络线三相跳开并不再重合。

实施例3，如图1、图5所示，作为上述实施例的优化，对集群风电场联络线进行故障类型判断按下述方法进行：集群风电场联络线f点发生故障后，继电器检测零序电流值，提取每一相的故障电流分量，若A相和B相的故障电流分量满足关系式且零序电流小于零序电流I段保护的整定值I_set0﹒I ，则为AB两相短路故障；若A相和B相的故障电流分量满足关系式，但零序电流大于等于I_set0﹒I ，则为AB两相接地故障，其中：I_set0﹒I  = K_rel﹒0 I_unb﹒max ，I_unb﹒max为集群风电场联络线末端发生两相短路时的最大不平衡电流，为可靠系数，，为故障电流分量的差动量，为故障电流分量的制动量，为差动保护整定值，为集群风电场侧故障电流分量，为故障相所对应的系统侧故障电流分量，K为比率制动系数（0<K≤1）。

故障电流分量提取：当集群风电场联络线发生故障时，测量其两端的三相电流，下标表示A、B、C相任意一相，并提取每一相的故障电流分量，其表达式为：（为故障状态下的电流分量，为非故障状态下的电流分量）；

集群风电场并网联络线配置了分相电流差动保护及零序电流I段保护，通过两者共同作用来进行故障选相。利用每相电流的故障分量构成分相电流差动保护，具体整定公式如下：

两式同时满足时发出跳闸命令；式中：为故障电流分量的差动量；为故障电流分量的制动量；为差动保护整定值；指集群风电场侧故障电流分量，指相对应系统侧故障电流分量；K为比率制动系数（0<K≤1）。在图1中，QF为断路器；在图2、3、4中，Cm为相间电容；Cn为相对地电容；TA为电流互感器；TV为电压互感器。

本发明与现有风电场联络线重合闸相比，本发明具有以下特点：增强了联络线故障时集群风电场与系统之间的联系和同步，待集群风电场联络线相间或两相接地瞬时性故障消除后使集群风电场重新投入运行，缩短了整个系统恢复正常运行状态的时间，避免了相间或两相接地瞬时性故障时大规模风电场脱离电网对系统稳定造成影响，保证了大规模风电接入电网的稳定运行，提高了风电场的效益和系统对风电的消纳能力，促进了风电发展。

以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。