山西平鲁瑀丰风电场SVC低电压和相位偏移闭锁技术方案

1、 荣信电力电子股份有限公司 Rongxin Power Electronic Co., Ltd.瑀丰败虎堡风电场SVC低电压和相位偏移闭锁方案Customer客户:Project项目:Contract No.合同号:Doc. Ref.文件参考号:Issued by发布: 2015年8月10日Version版本: 1.1Written编写： 马涛Checked审核：俞海 Approved批准： 发布日期 2015/07/01页码1 / 11版本1.1技术文档瑀丰败虎堡SVC低电压和相位偏移闭锁方案修订状态版本日期修订原因12015-07-28第一版1.12015-08-01对事故原因分析新增了部

2、分内容1.22015-08-10新增了仿真分析部分目录修订状态21事故分析31.1事故回顾31.2事故分析31.3短路故障引发相位偏移的原因分析61.4短路故障引发相位偏移的仿真计算62低电压和相位偏移闭锁方案92.1低电压时闭锁TCR92.2相位偏移时闭锁TCR112.2.1相位偏移对TCR的不良影响112.2.2应对相位偏移的方案11发布日期 2015/07/06页码11 / 11版本1.21 事故分析1.1 事故回顾2015年7月28日07时38分35kV集电III线路发生AB相间短路故障，线路过流I段保护动作，保护动作延时为0.3秒，同时SVC报“BC相位偏移故障，停止脉冲”，SVC开

3、关319和电容器组开关318跳闸。1.2 事故原因分析针对此次SVC跳闸事故，通过现场描述及故障录波数据分析，此次故障是由于现场集电III线路发生AB相间短路故障，导致系统电压相位偏移造成SVC故障跳闸。现场线路保护过流一段动作，过流保护时间为300ms,说明故障时间超过300ms,SVC相位保护延时为100ms,动作属于正常保护。1.3 短路故障引发相位偏移的原因分析根据客户所提供的风电场主接线图，变压器为星三角接法，33kV侧为三角形，没有中性点，当发生单相短路接地故障时，实际上三相之间的电压的相位和幅值都没有变化，仍旧可以继续运行。但是如果发生两相短路或者三相短路，则问题就不一样了，以A

4、-B相两相短路为例，此时A-B相之间的线电压变为零，而B-C线电压和C-A线电压则幅值相同，相位正好相反。三相电压之间的相位差不再是120度，而是180度和0度。同理，如果三相短路，则三相电压相同，三相电压之间的相位差为0。不再是120度。而根据客户提供的故障数据可知，2015年7月28日的故障为A、B相间短路，并无单相接地短路事故，发生相位偏移也就是理所应当的事情了。1.4 短路故障引发相位偏移的仿真计算首先，正常运行时的35kV线电压如下图所示：可见三相电压幅值大小相等，相位角相差120度。此时的TCR电流波形如下图所示： 当单相接地发生后，电压的波形如下图所示：可见，该波形和之前的一样，

5、可见单相接地不会对三相线电压造成太大的影响，设备仍旧可以正常运行。如果发生两相接地短路时，电压的波形如下图所示：从上图可以看出，A相和B相短路接地，所以AB相线电压为0，BC相和CA相的线电压则呈现幅值相等，相位相反的情况，相位角已经不再是120度。此时的TCR电流波形如下图所示：从上图可见，电流完全紊乱，AB相电流为0，BC相电流极小，CA相电流极大，SVC根本无法正常，必须跳闸。两相短路，不接地情况下的电压波形如下图所示：可见，此时的电压波形和两相短路接地时一样的，所以只要发生两相短路，无论是否接地，电压均会发生严重畸变。三相短路情况下，电压波形如下图所示：由上图可见，三相短路时，三相电压

6、直接降低为零，此时TCR电流也为0，如下图所示：此时毫无疑问需要跳闸。2 低电压和相位偏移闭锁方案2.1 低电压时闭锁TCRSVC在正常的110kV恒压控制过程中，当检测110kV相电压连续两个周波40ms,低于0.6pu，SVC进入低电压控制策略。当电压检测110kV相电压连续两个周波40ms,恢复到0.7pu以上时，低电压策略将自动解除，恢复正常恒压控制和正常运行时的保护功能，可以避免瞬时无功对电网的冲击。 SVC控制器实时检测35kV线电压，当35kV线电压低于0.2pu时，TCR闭锁，持续时间625ms，如果超时未恢复，SVC保护跳闸。低电压定值总结如下：TCR闭锁： 高压侧相电压小于

7、0.6pu，40msTCR解锁： 高压侧相电压大于0.7pu，40msSVC跳闸： 低压侧线电压小于0.2pu，625ms 注1：选择0.6pu作为SVC进入低电压穿越门限的理由：SVC正常控制本就是恒压控制，当110kV电压低于设定值，在0.6pu到设定值之间，SVC会自动快速实现补偿，以支撑电网电压。当电网电压进一步降低到低于0.6pu时，即使SVC自动补偿，理论上也应该是TCR全部电流退出，FC全力支撑电网，而这时随着电网电压进一步降低，同步信号可能会出现不稳定，此时发脉冲，有可能因为同步信号本身的问题而导致补偿有问题，所以选择TCR封脉冲。这样，既不会对电网造成影响，又能实现对电网的无

8、功支撑。根据运行经验，当电网电压降至0.5pu时，同步信号会出现不稳定，SVC设备不能发出准确脉冲角度，导致补偿错误，为避免出现补偿错误对电网造成的影响，因此选择在0.6pu时，提前封脉冲，保证SVC控制器在可控范围内运行。注2：选择0.7pu作为SVC恢复正常控制的理由：由于SVC恒压控制响应速度很快，当它恢复自动控制时，检测到电压较低，会实现无功强补。而SVC的FC投入补偿，在0.7pu投入不会对系统造成影响。由于SVC对电压的控制至少存在30ms的响应时间（从检测到电压变化到SVC无功输出改变到位），在电压快速恢复时，如果阈值设置过高（例如0.8pu）时，SVC不能快速接手控制电压，而此

9、时FC全部投入，会造成容性无功过剩，电网电压被抬高，也就是说，在电压恢复正常的过程中，系统电压会产生严重的过冲。而0.7pu时投入可以确保SVC能及时接手控制电压，避免电压恢复过快时对电网造成冲击，因此选择0.7pu为投入值，保证留有一定的控制裕度。选择0.7pu而不是更低的原因是，为了防止电压在0.6pu附近波动时，TCR频繁的闭锁和恢复，0.60.7pu是控制的死区。注3：选择40ms作为SVC闭锁时限的理由：在低电压故障发生时，系统故障电压急剧跌落或者上升，SVC会迅速检查电压变化，但为避免电压波动导致检测不稳定，系统需要至少两个周波的检测来确认已经进入闭锁或者解锁条件，因此选择40ms

10、作为确认进入门槛的时间。注4：选择0.2pu作为SVC跳闸定值的理由：根据我国风力低电压穿越标准图示曲线，风电场内的风电机组具有在并网点电压跌至20%额定电压时能够保持并网运行625ms的低电压穿越能力,因此在低电压故障发生时，系统故障电压急剧跌落最低至0.2pu，如果低于0.2pu，说明电网已超出低电压穿越的曲线范围，出现严重故障。注5：选择625ms作为SVC跳闸时限的理由：根据我国风力低电压穿越标准图示曲线，风电场内的风电机组具有在并网点电压跌至20%额定电压时能够保持并网运行625ms的低电压穿越能力,因此在低电压故障发生时，系统故障电压急剧跌落至0.2pu，最长时间会持续625ms，

11、如果超过此时间阈值，说明电网已超出低电压穿越的曲线范围，出现严重故障。2.2 相位偏移时闭锁TCR2.2.1 相位偏移对TCR的不良影响因为短路故障中，三相电压不平衡，相位差较大。由于TCR的控制是通过在适当的角度触发而实现的，如果三相的相位差不是120度，那么触发角的计算基准都会出现偏移，此时TCR的触发就会紊乱，进而可能造成更为严重的问题。2.2.2 应对相位偏移的方案经与风电场人员沟通，厂家希望在发生相位偏移故障时，SVC能在其他保护设备后跳闸，如果故障短期不能快速恢复，SVC可以实现跳闸保护。我方建议，当控制系统检测到连续7个周波中有5个周波即100ms偏移角度超过12度之后，闭锁TC

12、R阀组的脉冲信号。从而让TCR的输出变为0。此时SVC仍旧保持在线运行，滤波器组仍旧输出无功功率。直到系统电压相位和幅值恢复正常之后，控制系统继续检测5个周波，确认系统已经正常，再投入TCR。本次程序整改，SVC增加在上位机设置相位偏移闭锁时间限值，当相位偏移在设置时间内恢复，SVC自动恢复补偿；当相位偏移时间超过1000ms的闭锁时间限值，为防止35kV电压长期偏高，SVC实现跳闸保护。相位偏移定值总结 如下：TCR闭锁：35kV线电压相位差大于12度， 100msTCR解锁：35kV线电压相位差小于12度， 100msSVC跳闸：35kV线电压相位差大于12度， 1000ms注1：选择12度作为SVC相位偏差故障限值理由：以35kV容量为10MVvar的SVC为例，电抗器值为473.8mH，额定电流165A，在触发角度偏移12度的情况下，最大电流可达到264A（1.6倍额定电流）。电流的瞬间急剧增大会造成晶闸管触发不稳定而击穿。因此选择12度为定值。注2：选择7选5周波（100ms）作为SVC相位故障时间限值理由：根据晶闸管的运行特性，晶闸管对大电流冲击能承受100ms的时间，如果时间过长将导致晶闸管击穿。7选5故障诊断策略是为了快速稳定的确定故障信息，如果检查周波过长或过短，不利于故障的快速定位。注3：选择100