含风电场的配电网保护新方法

第31卷第3期2016年9月JOURNALOFEIECTRICPOWERSCIENCEANDTECHNOLOGY电力科学与技术学报VOL31NO3SEP2016含风电场的配电网保护新方法邓拓夫，周攀，刘仁，赵博国网新源控股有限公司技术中心，北京100161摘要考虑风电机组自身电流特性，将含风电场的辐射型配电网中风电场视作电流源，针对故障发生在风电场上游、下游时，分别建立相应的等效电路图，研究各线路保护装置检测到的故障电流特性；基于波形相关性算法，提出一种适用于含风电场的配电网保护方法及相应的WSN通信网络实施方案，该方法可以在风电场接人配电网的情况下准确识别故障线路。在PSCAD/EMTDC中搭建含风电场的典型配电网模型，仿真结果验证了所提出的配电网保护方法的正确性与可行性。关键词配电网；风电场；继电保护相关分析；WSN通信网中图分类号TM7；TN9643文献标识码A文章编号16739140201603016505ANOVELPROTECTIONMETHODFORDISTRIBUTIONNETWORKWITHWINDFARMDENGTUOFU,ZHOUPAN,LIUREN,ZHAOBOTECHNOLOGYCENTERSTATEGRIDXINYUANCOMPANYLTDBEIJING100161CHINAABSTRACTCONSIDERINGTHECURRENTCHARACTERISTICSOFWINDFARM,THEWINDFARMINTHERADIALDISTRIBUTIONNETWORKSWASTREATEDASCURRENTSOURCEINTHISPAPERFORTHEFAULTOCCURREDATTHEUPSTREAMORDOWNSTREAMOFWINDFARM,THECORRESPONDINGEQUIVALENTCIRCUITSWEREPRESENTEDANDTHEFAULTCURRENTFEATURESINTHESECONDITIONSWERESTUDIEDANOVELCORRELATIONANALYSISBASEDPROTECTIONMETHODANDCORRESPONDINGWSNCOMMUNICATIONNETWORKTOPOLOGYWEREPROPOSEDFORDISTRIBUTIONNETWORKSWITHWINDFARMTHEPROPOSEDMETHODCOULDIDENTIFYTHEFAULTLINEPRECISELYWHILETHEWINDFARMWASCONNECTEDTOTHENETWORKPSCAD/EMTDCSIMULATIONRESULTSSHOWTHATTHEMETHODISWITHHIGHACCURACYANDFEASIBILITYKEYWORDSDISTRIBUTIONNETWORKWINDFARM；PROTECTIVERELAYCORRELATIONANALYSISWSNCOMMUNICATIONNETWORK风能作为典型的清洁的可再生能源，其广泛应用将推动电源结构合理化进程，是中国能源发展战略的重要组成部分1。然而，随着风电作为间歇性能源接人配网，传统的辐射状的单电源网络变为多电源网络，改变F配电系统的网架结构M为原有的配电网继电保护的正常1作构成了威胁必须结合收稿日期20160406通讯作者邓拓夫（1988），男，硕士，主要从事抽水蓄能电站机电调试工作；EMAIL1131076NQQCOM165电嵙学与技术学报2WTL年SJ风电接人情况下配电网的故障特征研究新的保护算法及实施策略4。苜前，国内外专家学者对含分布式电源DG的配电网保护方法研究较多，文献5对适用于动态仿真研兔的常见风力发电系统的通用模型进行了系统的归纳整理，弁介缉F相獻的控制方法。文献16建宝了异步风机模型重点分析了异步风机送出的短路电流特征，提违了自适应电流速断保护方法；文献7通过构建风力数学模型，分析了风速对风电场故障特性的影响；文献针对含风电配网的故障特征，基于网中研究较充分的广域测量保护的思想，提出结合高性能通信网的集中式保护方案。笔者针对含风电场的辐射_配电网在分析塞宁风电场故障电流故障特征的基础止；,研究含风电的配电网故障电流特性。将风电场视作电流源，研究当故障发生在风电场上、下游时，各线路保护装置检测到的电流特性、在此基础上，借助波形相关性算法，提出一种适用于含风电场的配电网保护方法及相应的WSN通信网络实施龙案1含风电场的配电网故障特性分析风电场接入配电网将导致网络原有结构发生改变F原本的单相潮流将发展为双向流动的潮流A在这种情况下F貝前所采用的传统|段式电流保护的应、靖局限性显著突出。因此，有必要对含风电场的配电网故障特性进行深人分析，并构建适用乎配电网发展趋势的保护方案。含凤电场的典型_35KV_辐射型配电网如圈1所示风电场以分布式电源的形式接人配电网中。根据风力发电机输出特性，采用文献提出的风电机组电流滅等效方法_F在_等彀电路图中将风电电雜等效为电流瀕。风电场图1含风电场的福射型配电网FIGURE1RADIALDISTRIBUTIONNETWORKWITHWINDFARMII故障点位于风电场上游S故障发生在风电场上游T点时，网络等效电路如圈2所示。其中,KS，Z,表东系统侧的电压_阻抗，ZY，表示爲向的故障电流，电流性质将由_风电场故障特性决定，而故障点，上游电流中则不包含该故障特性分量FS放障点位于风电场下游时，故障点上游有故障电流流过，而故障点下游为无源网络故不存在故_流因此无论故障发生在风电场接人点的1游或者下游线路上1距离故障点最近的上下游保护裴耸所检测到的故障电流值均具有明显的差异性，而其他保护装置则会检测到与相邻保护装置性质类似的穿越性电流。因此可以通过分析相邻保护所检测到的电流性质来进行故障位置的判断。2基于相关系数的配电网保护算法相关系数反映了2个波形之间的相似程度2个波形的形状越相似其相关系数越大，反之则相关系数越小。均方差则反映了波形偏离平均值的程度波形的变化率越大、幅值越太其均方塞也越大A相关系数和均方氣描述YTDT03賴表RTXTDT丨04AYVEYEY25XS_。6COT；X，YXY；Y。7综合考虑了咬X和AY在测量过程中存在的误差量太小，提出波形相关性程度计算公式TGMIX,Y2YJ,。、JM其中，J为波形相关度值，该相关度值中充分利用了TRX和Y所包含的信息通过该式得到的波形相关度值更精确,且运算计算时间短。食_含风电场的配电网爲生故障后V由配电网中保护裝置采集各点故障电流，通过式8计算各点电流波形间的相似程度，由于故障点上、下游与故障点最接近的2个保护装置中测量电流具有明显差异，而其他相邻保护装置中测釐电流为穿越性电流，具有相同的特性DUANGCHANGGANG,ETALIMPACTOFLARGESCALEWINDFARMCONNECTINGWITHPOWERGRIDONPEAKLOADREGULATIONDEMANDJPOWERSYSTEMTECHNOLOGY,2010,3411521582袁小明大规模风电并网问题基本框架J电力科学与技术学报，2012,3111618YUANXIAOMINGFRAMEWORKOFPROBLEMSINLARGESCALEWINDINTEGRATIONJ|JOURNALOFELECTRICPOWERSCIENCEANDTECHNOLOGY,2012,27116183杨秀媛，肖洋，陈树勇风电场风速和发电功率预测研究J中国电机工程学报，2005,251115YANGXIUYUAN,XIAOYANG,CHENSHUYONGWINDSPEEDANDGENERATEDPOWERFORECASTINGINWINDFARMJPROCEEDINGSOFTHECSEE，2005，2511154郑国强，鲍海，陈树勇基于近似线性规划的风电场穿透功率极限优化的改进算法J中国电机工程学报，2004,24106871ZHENGGUOQIANG,BAOHAICHENSHUYONGAMENDINGALGORITHMFORWINDFARMPENETRATIONOPTIMIZATIONBASEDONAPPROXIMATELINEARPROGRAMMINGMETHODJPROCEEDINGSOFTHECSEE,2004,241068715李程昊，王李东，林卫星，等并网变速恒频风力发电系统动态仿真建模及控制J电力科学与技术学报，2013,283515LICHENGHAOWANGLIDONG,LINWEIXING,ETALDYNAMICMODELINGANDCONTROLOFVARIABLESPEEDCONSTANTFREQUENCYWINDENERGYGENERATIONSYSTEMCONNECTEDTOGRIDJJOURNALOFELECTRICPOWERSCIENCEANDTECHNOLOGY,2013,2835156杨国生，李欣，周泽昕风电场接人对配电网继电保护的影响与对策J电网技术，2009,33118791YANGGUOSHENG,LIXIN,ZHOUZEXINIMPACTSOFWINDFARMONRELAYPROTECTIONFORDISTRIBUTIONNETWORKANDITSCOUNTERMEASURESJPOWERSYSTEMTECHNOLOGY，2009,331187917李凤婷，晁勤风速变化的并网型风电场故障分析J北京交通大学学报自然科学版，2007,315105109LIFENGTING,CHAOQINFAULTANALYSISOFWINDFARMCONNECTEDTOPOWERSYSTEMINVARIEDWINDJJOURNALOFBEIJINGJIAOTONGUNIVERSITY,2007,3151051098陆健，牟龙华含风电场配网的集中式保护与控制C中国高等学校电力系统及其自动化专业第二十六届学术年会，上海，20109赵海翔，张义斌，陈默子用于计算风电机组