高渗透率分布式电源接入下电网面临的问题及保护技术.ppt
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4.2 适应故障穿越运行的风电场并网处保护方案 4 双馈风机并网保护研究 随着并网风电容量的不断增加,为了避免外部电网故障导致大量风机从系统中解列,从而影响到电网的安全稳定运行,电网要求风机在故障过程中作穿越运行,以起到对电网的支撑作用,典型故障穿越运行要求如图7所示。 图7 电网规程下的风电场故障穿越运行曲线 区域1:电机低压穿越运行区。其要求在外部电网故障时,若风电场母线电压不低于Ulow_set时,能保持连接在电网中t1时间,由电网保护切除故障。 Ulow_set一般可选择为0.1~0.15倍的额定电压。 区域2:电压恢复区。要求母线电压在t1时刻后(外部故障切除后),能迅速恢复,在t2时刻,电压恢复到额定值,一般t2值为3秒。 区域3:保护动作区,即如果电机母线电压恢复不理想,则出口处保护动作,切除电机。 传统的线路保护,如电流保护无法满足上述运行要求。 鉴于此,以风电厂并网保护为研究对象,俺就研究了一种复合式电流-电压保护,其特点: 考虑了风电场低压穿越运行的要求 计及了双馈电机“多态”故障特性对保护的影响 能够更好地适应风电场的特殊运行条件和要求 4 双馈风机并网保护研究 4.2 适应故障穿越运行的风电场并网处保护方案 4 双馈风机并网保护研究 4.2 适应故障穿越运行的风电场并网处保护方案 复合式电流-电压保护由改进型三段式电流电压保护元件和反映故障穿越特性的低电压保护元件构成,两保护元件或门出口,逻辑关系如图8所示。 图8 复合电流-电压保护逻辑配合图 4 双馈风机并网保护研究 (1) 改进型三段式过流保护:主要用于保证联络线故障的快速切除以及作为相邻线路的后备保护,其基本原理如下: 保护I段瞬时动作。对于双馈电机,当近端发生故障时,crowbar保护动作,将造成故障电流迅速的衰减。因此,为了保证电流保护I段可靠动作,在微机保护中宜采用基于瞬时值的快速保护算法。 保护II段和III段:由于电流保护II段和III段经延时跳闸,双馈电机提供的短路电流稳态值甚至可能小于负荷电流。若不采取措施,传统的电流保护II、III段存在拒动的可能。一种改进方法是采用低电压保持的定时限过流保护,即一旦过电流元件动作,只要低电压条件满足,保护一直动作,从而可有效消除双馈电机短路电流多态性的影响,确保故障的可靠切除。 4.2 适应故障穿越运行的风电场并网处保护方案 4 双馈风机并网保护研究 (2)为了实现图7所示的低电压故障穿越运行要求,除过电流保护外,增设与风电场故障穿越曲线相适应的低电压保护,主要作为网内保护的后备和确保电压恢复,其动作方程为: 式中 :U为电机连接母线测量电压;Ulow_set 为电机所能承受的母线电压跌落最低值;t1、t2分别为低压穿越时间和电压恢复时间,t为当前时刻(以故障发生时刻为起点)。 4.2 适应故障穿越运行的风电场并网处保护方案 4 双馈风机并网保护研究 建立图6所示的配电网模型,验证所提保护方案的有效性。仿真实验有: 联络线由远及近设置三相短路,考察三段电流保护切除故障能力 2) 在相邻馈线1上设置三相短路,考察穿越特性低电压保护的风电场故障穿越运行能力。 4.3 保护方案仿真验证 4 双馈风机并网保护研究 在风电场联络线8km,由远及近设置三相短路, 双馈电机crowbar保护启动值为2倍的转子电流峰值,短路电流峰值大小及并网处母线电压跌落程度如表所示: 故障距离 /(KM) 2 3 4 5 6 7 8 电压跌落至 /(%) 3.74 6.21 21.74 29 34.68 37.27 41.41 故障电流峰值/ 稳态故障电流/ (A) 2450/20 2300/20 2150/20 1995/20 1850/20 1720/20 1600/20 由表可知,故障发生在联络线末端时,机端电压跌落到40%附近,表明在联络线任一处故障都会引起crowbar保护的动作。对保护I段而言,由于crowbar保护动作后转子绕组被短接,电流迅速衰减,其峰值电流的有效波形宽度可能仅为5-10个毫秒。通过采用基于瞬时值的快速保护算法可实现故障的可靠切除。当故障发生在II段范围内,短路电流会迅速衰减到20A左右,远小于II段电流定值,传统的II段保护将发生拒动。而本文提出的改进方案,II段过电流元件仅作为启动元件,采用低电压保持出口跳闸,低电压保护按躲过线路crowbar保护动作时的最小电压跌落程度整定。这样在crowbar保护启动时,此方案也能够确保风电场联络线上故障的可靠切除。 4.3 保护方案仿真验证 4 双馈风机并网保护研究 考察所提出的新型保护方案对改善风电场低压穿越运行能力的效果,在相邻馈线1上设置不同位置的故障,此时风电场并网处
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