中国电力 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (2): 9-21.DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202401014
收稿日期:
2024-01-03
出版日期:
2025-02-28
发布日期:
2025-02-25
作者简介:
宋许鹏(1999—),男,通信作者,硕士研究生,从事新能源电力系统保护与控制研究,E-mail:1046027123@qq.com基金资助:
Xupeng SONG1(), Xiaoyang YANG1(
), Zhengzhen FAN2(
)
Received:
2024-01-03
Online:
2025-02-28
Published:
2025-02-25
Supported by:
摘要:
双馈风电场故障穿越的过程中,风电场侧提供的短路电流存在频率偏移现象,导致基于傅里叶算法的相量提取存在误差,二次谐波制动元件可能误动作,使得差动保护长时间闭锁。提出了一种基于电流合成矢量轨迹特性的新型时域保护方案。针对变压器区内故障和区外故障的本质差异,分别构造2种合成矢量,并根据各自合成矢量的轨迹特性设计保护方案。在PSCAD/EMTDC中搭建双馈风电场送出系统控制和保护的仿真模型。实验表明,所提方案能识别各种区内故障,且不受励磁涌流、区外故障伴随电流互感器(current transformer,CT)饱和以及区外故障伴随CT测量误差的干扰,最快15 ms即可动作且平均动作时间小于一个工频周波。
宋许鹏, 杨小洋, 樊征臻. 基于电流合成矢量轨迹特性的双馈风电场主变压器差动保护[J]. 中国电力, 2025, 58(2): 9-21.
Xupeng SONG, Xiaoyang YANG, Zhengzhen FAN. Differential Protection of Main Transformer of Doubly-Fed Wind Farm Based on Current Synthesized Vector Trajectory Characteristics[J]. Electric Power, 2025, 58(2): 9-21.
案例 | 故障类型 | 动作结果 | 动作时间/s | |||||||||||
文献[ | 文献[ | 本文 | 文献[ | 文献[ | 本文 | |||||||||
1 | 正常运行 | 不动作 | 不动作 | 不动作 | ||||||||||
2 | 区外三相故障 | 不动作 | 不动作 | 不动作 | ||||||||||
3 | 区外三相故障(CT饱和) | 误动作 | 不动作 | 不动作 | 0.025 | |||||||||
4 | 空载合闸(剩磁0、合闸角0°) | 不动作 | 不动作 | 不动作 | ||||||||||
5 | 空载合闸(剩磁0、合闸角90°) | 不动作 | 不动作 | 不动作 | ||||||||||
6 | 空载合闸(剩磁0.9、合闸角90°) | 不动作 | 不动作 | 不动作 | ||||||||||
7 | 空载合闸于A相匝间故障 | 动作 | 动作 | 动作 | 0.02 | 0.02 | ||||||||
8 | A相匝间故障 (匝比5%) | 动作 | 动作 | 动作 | 0.02 | 0.02 | ||||||||
9 | A相匝间故障 (匝比20%) | 动作 | 动作 | 动作 | 0.02 | 0.02 | ||||||||
10 | 低压侧AB相间故障 | 动作 | 动作 | 动作 | 0.02 | 0.02 | ||||||||
11 | 低压侧三相故障 | 动作 | 动作 | 动作 | 0.02 | 0.02 | ||||||||
12 | 低压侧三相高阻故障 | 动作 | 动作 | 动作 | 0.02 | 0.02 | ||||||||
13 | 高压侧A相接地故障 | 动作 | 动作 | 动作 | 0.02 | 0.02 | ||||||||
14 | 低电压穿越时区内 故障 | 动作 | 动作 | 动作 | 0.02 | 0.02 |
表 1 各工况下保护方案动作性能比较
Table 1 Comparison of action performances of protection schemes under various conditions
案例 | 故障类型 | 动作结果 | 动作时间/s | |||||||||||
文献[ | 文献[ | 本文 | 文献[ | 文献[ | 本文 | |||||||||
1 | 正常运行 | 不动作 | 不动作 | 不动作 | ||||||||||
2 | 区外三相故障 | 不动作 | 不动作 | 不动作 | ||||||||||
3 | 区外三相故障(CT饱和) | 误动作 | 不动作 | 不动作 | 0.025 | |||||||||
4 | 空载合闸(剩磁0、合闸角0°) | 不动作 | 不动作 | 不动作 | ||||||||||
5 | 空载合闸(剩磁0、合闸角90°) | 不动作 | 不动作 | 不动作 | ||||||||||
6 | 空载合闸(剩磁0.9、合闸角90°) | 不动作 | 不动作 | 不动作 | ||||||||||
7 | 空载合闸于A相匝间故障 | 动作 | 动作 | 动作 | 0.02 | 0.02 | ||||||||
8 | A相匝间故障 (匝比5%) | 动作 | 动作 | 动作 | 0.02 | 0.02 | ||||||||
9 | A相匝间故障 (匝比20%) | 动作 | 动作 | 动作 | 0.02 | 0.02 | ||||||||
10 | 低压侧AB相间故障 | 动作 | 动作 | 动作 | 0.02 | 0.02 | ||||||||
11 | 低压侧三相故障 | 动作 | 动作 | 动作 | 0.02 | 0.02 | ||||||||
12 | 低压侧三相高阻故障 | 动作 | 动作 | 动作 | 0.02 | 0.02 | ||||||||
13 | 高压侧A相接地故障 | 动作 | 动作 | 动作 | 0.02 | 0.02 | ||||||||
14 | 低电压穿越时区内 故障 | 动作 | 动作 | 动作 | 0.02 | 0.02 |
1 | 陈崇德, 郭强, 宋子秋, 等. 计及碳收益的风电场混合储能容量优化配置[J]. 中国电力, 2022, 55 (12): 22- 33. |
CHEN Chongde, GUO Qiang, SONG Ziqiu, et al. Optimal configuration of hybrid energy storage capacity for wind farms considering carbon trading revenue[J]. Electric Power, 2022, 55 (12): 22- 33. | |
2 |
韩璐, 李凤婷, 王春艳, 等. 风电接入对继电保护的影响综述[J]. 电力系统保护与控制, 2016, 44 (16): 163- 169.
DOI |
HAN Lu, LI Fengting, WANG Chunyan, et al. A survey on impact of wind farm integration on relay protection[J]. Power System Protection and Control, 2016, 44 (16): 163- 169.
DOI |
|
3 |
张保会, 王进, 郝治国, 等. 风电接入对继电保护的影响(三): 风电场送出变压器保护性能分析[J]. 电力自动化设备, 2013, 33 (3): 1- 8.
DOI |
ZHANG Baohui, WANG Jin, HAO Zhiguo, et al. Impact of wind farm integration on relay protection(3): performance analysis for wind farm outgoing transformer protection[J]. Electric Power Automation Equipment, 2013, 33 (3): 1- 8.
DOI |
|
4 | 孙德娟, 范小红, 孙士云, 等. 双馈风电场送出变保护动作特性仿真分析[J]. 昆明理工大学学报(自然科学版), 2019, 44 (4): 72- 83. |
SUN Dejuan, FAN Xiaohong, SUN Shiyun, et al. Simulation and analysis of the operational characteristics of fault between phases of a doubly-fed wind farm for transmission transformers protection[J]. Journal of Kunming University of Science and Technology (Natural Science), 2019, 44 (4): 72- 83. | |
5 |
于群, 王仲耀, 王玉彬, 等. 电流互感器饱和对风电场送出线纵差保护的影响及对策[J]. 电力系统保护与控制, 2018, 46 (17): 118- 124.
DOI |
YU Qun, WANG Zhongyao, WANG Yubin, et al. Influences and countermeasures of the saturation of current transformer to the differential protection of wind farms' output transmission line[J]. Power System Protection and Control, 2018, 46 (17): 118- 124.
DOI |
|
6 |
张凌浩, 刘建坤, 卜京. 基于浮动门槛值的改进电流互感器饱和识别方法研究[J]. 电力工程技术, 2019, 38 (3): 115- 120.
DOI |
ZHANG Linghao, LIU Jiankun, BU Jing. An improved method of identifying the CT’s saturation considering line parameters[J]. Electric Power Engineering Technology, 2019, 38 (3): 115- 120.
DOI |
|
7 |
黄少锋, 申洪明, 刘欣, 等. 基于能量信息的变压器励磁涌流识别方法[J]. 电力系统自动化, 2014, 38 (18): 110- 113.
DOI |
HUANG Shaofeng, SHEN Hongming, LIU Xin, et al. A novel identification criterion for inrush current based on energy information[J]. Automation of Electric Power Systems, 2014, 38 (18): 110- 113.
DOI |
|
8 | 焦在滨, 马涛, 屈亚军, 等. 基于励磁电感参数识别的快速变压器保护[J]. 中国电机工程学报, 2014, 34 (10): 1658- 1666. |
JIAO Zaibin, MA Tao, QU Yajun, et al. A novel excitation inductance-based power transformer protection scheme[J]. Proceedings of the CSEE, 2014, 34 (10): 1658- 1666. | |
9 | MOSTAFAEI M, HAGHJOO F. Flux-based turn-to-turn fault protection for power transformers[J]. IET Generation, Transmission & Distribution, 2016, 10 (5): 1154- 1163. |
10 |
孙庆森, 张海峰, 王猛, 等. 小波算法在变压器励磁涌流中的应用研究[J]. 电力系统保护与控制, 2017, 45 (8): 121- 125.
DOI |
SUN Qingsen, ZHANG Haifeng, WANG Meng, et al. Application of wavelet algorithm in the transformer inrush current[J]. Power System Protection and Control, 2017, 45 (8): 121- 125.
DOI |
|
11 |
SAHEBI A, SAMET H, GHANBARI T. Identifying internal fault from magnetizing conditions in power transformer using the cascaded implementation of wavelet transform and empirical mode decomposition[J]. International Transactions on Electrical Energy Systems, 2018, 28 (2): e2485.
DOI |
12 |
AFRASIABI S, AFRASIABI M, PARANG B, et al. Designing a composite deep learning based differential protection scheme of power transformers[J]. Applied Soft Computing, 2020, 87, 105975.
DOI |
13 |
AFRASIABI S, AFRASIABI M, PARANG B, et al. Integration of accelerated deep neural network into power transformer differential protection[J]. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2020, 16 (2): 865- 876.
DOI |
14 | 翁汉琍, 刘华, 林湘宁, 等. 基于Hausdorff距离算法的变压器差动保护新判据[J]. 中国电机工程学报, 2018, 38 (2): 475- 483, 678. |
WENG Hanli, LIU Hua, LIN Xiangning, et al. A novel criterion of the transformer differential protection based on the Hausdorff distance algorithm[J]. Proceedings of the CSEE, 2018, 38 (2): 475- 483, 678. | |
15 | 翁汉琍, 梅瀚予, 郭祎达, 等. 基于差流符号序列特征的变压器励磁涌流识别判据[J]. 电力自动化设备, 2022, 42 (6): 206- 211. |
WENG Hanli, MEI Hanyu, GUO Yida, et al. Identification criterion of transformer magnetizing inrush current based on symbol sequence characteristic of differential current[J]. Electric Power Automation Equipment, 2022, 42 (6): 206- 211. | |
16 | SAMET H, SHADAEI M, TAJDINIAN M. Statistical discrimination index founded on rate of change of phase angle for immunization of transformer differential protection against inrush current[J]. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 2022, 134, 107381. |
17 | 黄梓欣, 林湘宁, 马啸, 等. 含风电继电保护应用中的电流互感器饱和电流重构方法[J]. 电工技术学报, 2022, 37 (19): 4823- 4834. |
HUANG Zixin, LIN Xiangning, MA Xiao, et al. Reconstruction method of saturation current of current transformer in relay protection application related to wind power[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2022, 37 (19): 4823- 4834. | |
18 |
翁汉琍, 王胜, 林湘宁, 等. 基于波形相似度的抗电流互感器饱和变压器相位差动保护[J]. 电力系统自动化, 2019, 43 (4): 132- 138.
DOI |
WENG Hanli, WANG Sheng, LIN Xiangning, et al. Waveform similarity based transformer phase differential protection against current transformer saturation[J]. Automation of Electric Power Systems, 2019, 43 (4): 132- 138.
DOI |
|
19 | 李春艳, 周念成, 廖建权, 等. 基于MEMD-MMFE的双馈风电场送出变压器励磁涌流识别方法[J]. 中国电机工程学报, 2019, 39 (17): 5061- 5073,5287. |
LI Chunyan, ZHOU Niancheng, LIAO Jianquan, et al. Identifying inrush current for wind farm outgoing transformer based on MEMD-MMFE[J]. Proceedings of the CSEE, 2019, 39 (17): 5061- 5073,5287. | |
20 | 孙德娟, 孙士云, 范小红, 等. 基于励磁电感计算的双馈风电场送出变差动保护[J]. 电工技术学报, 2020, 35 (2): 395- 407. |
SUN Dejuan, SUN Shiyun, FAN Xiaohong, et al. Doubly-fed wind farm outgoing transformer differential protection based on excitation inductance calculation[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35 (2): 395- 407. | |
21 | 杨兴雄, 曲延滨, 宋蕙慧, 等. 基于同步挤压小波变换的双馈风电场送出变保护研究[J]. 电力系统保护与控制, 2022, 50 (12): 22- 32. |
YANG Xingxiong, QU Yanbin, SONG Huihui, et al. Wind farm transmission transformer protection based on synchrosqueezed wavelet transform[J]. Power System Protection and Control, 2022, 50 (12): 22- 32. | |
22 | 徐艳春, 范钟耀, 孙思涵, 等. 基于去趋势分析的大规模双馈风电场送出变压器差动保护[J]. 中国电力, 2023, 56 (7): 186- 197. |
XU Yanchun, FAN Zhongyao, SUN Sihan, et al. Differential protection of transmission transformer for large-scale doubly-fed wind farms based on detrended analysis[J]. Electric Power, 2023, 56 (7): 186- 197. | |
23 | 范小红, 孙士云, 张雪娟, 等. 双馈风电场短路电流特性对距离保护的影响及保护策略研究[J]. 电力系统保护与控制, 2020, 48 (11): 18- 27. |
FAN Xiaohong, SUN Shiyun, ZHANG Xuejuan, et al. Study on the influence of short-circuit current characteristics of a doubly-fed wind farm on distance protection and protection strategy[J]. Power System Protection and Control, 2020, 48 (11): 18- 27. | |
24 | 孙德娟. 双馈风电机组短路电流特性及其对送出变保护性能的影响[D]. 昆明理工大学, 2019. |
25 |
LIANG Y Y, REN Y, YU J H, et al. Current trajectory image-based protection algorithm for transmission lines connected to MMC-HVDC stations using CA-CNN[J]. Protection and Control of Modern Power Systems, 2023, 8 (1): 1- 15.
DOI |
26 |
翁汉琍, 贾永波, 李振兴, 等. 二维空间重构电流特征轨迹的变压器差动保护判据[J]. 电力系统自动化, 2020, 44 (9): 144- 150.
DOI |
WENG Hanli, JIA Yongbo, LI Zhenxing, et al. Transformer differential protection criterion based on reconstructed trajectory of current characteristics in two-dimensional space[J]. Automation of Electric Power Systems, 2020, 44 (9): 144- 150.
DOI |
[1] | 朱佳, 王峰, 李一泉, 焦邵麟, 徐晓春, 赵青春. 基于Tanimoto相似度的变压器零序差动保护约束方案[J]. 中国电力, 2023, 56(8): 193-199. |
[2] | 徐艳春, 范钟耀, 孙思涵, MI Lu. 基于去趋势分析的大规模双馈风电场送出变压器差动保护[J]. 中国电力, 2023, 56(7): 186-197. |
[3] | 李海涛, 刘北阳, 滕文涛, 李宽, 刘东超, 须雷. 基于可变合闸角的变压器励磁涌流抑制方法[J]. 中国电力, 2022, 55(9): 70-78. |
[4] | 郑彬, 杨鹏, 滕文涛, 班连庚, 项祖涛, 吴娅妮, 张媛媛, 骆立实, 潘一飞. 换流站联络变充电励磁涌流对哈郑特高压直流运行影响分析[J]. 中国电力, 2017, 50(12): 130-135. |
[5] | 刘文杰, 吴峰, 金宇清, 鞠平. 双馈风力发电机组的分群方法研究[J]. 中国电力, 2014, 47(6): 111-116. |
[6] | 王华伟, 韩民晓, 张健, 郭小江, 吴娅妮, 杨万开, 刘耀, 宋瑞华. 送端弱系统对特高压直流工程调试和运行的影响[J]. 中国电力, 2014, 47(10): 47-51. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||