图7-8 风向γ=3°时风电场等效模型3.风电场故障电流特征仿真t=4s时刻，在主变压器低压侧F1点发生三相金属性短路，故障持续时间为0.1s，故障后5ms风电机组投入Crowbar电路，故障前STH风电场输入风速为10m/s。动作电流与制动电流均不再恒定并叠加有其他频率分量，会发生大范围抖动。......
2023-06-28
算例介绍与仿真分析详解
【摘要】：4.风电场对方向保护影响仿真根据对风电机组暂态电压、电流特性的分析结果，经过不同类型故障仿真计算，传统提取工频分量的傅里叶滤波算法得到的相位结果误差很大，对基于电压、电流相位关系方向元件的动作特性影响十分严重[4]。
1.算例介绍
本节以图6-6所示的风电场为例，在电力系统分析软件PSCAD/EMTDC仿真平台，搭建风向为3°时风电场等效模型，如图7-14所示，研究电网故障时风电场对风电场送出线路继电保护的影响。
STH风电场110kV的SHF线路在STH风电场主变压器侧保护如下：
保护装置：RCS-943AMV，投入纵联差动保护、振荡闭锁和不对称相继速动；TA电流比为400/1；电流变化量起动值为0.2A；差动电流起动值为0.75A。
STH风电场110kV的SHF线路在MHG220风电汇流站侧保护如下：
保护装置：RCS-943AMV，投入纵联差动保护、振荡闭锁、三段式接地距离保护、三段式相间距离、四段式零序方向保护和不对称相继速动等；TA电流比为600/1；电流变化量起动值为0.2A；差动电流起动值为0.5A。
110kV的SHF线路保护定值如下：相间距离Ⅰ段定值5.31Ω；相间距离Ⅱ段定值22.34Ω，时间为1.6s；零序过电流Ⅰ段定值5.96A；零序过电流Ⅱ段定值2.62A，时间为0.4s。
图7-14 风向γ=3°时的风电场等效模型
2.风电场送出线路故障时电压、电流特性仿真
t=4s时刻，在风电场送出线路的F2点处发生三相短路，故障过渡电阻为1Ω，故障前风速为10m/s，故障持续0.1s，故障后5ms机组投入Crowbar电路，得到系统侧电流与风电场侧电流分别如图7-15a、b所示，系统侧母线电压与风电场侧母线电压分别如图7-16a、b所示。
由图7-15所示，故障前风电场转速频率约为0.7×50Hz=35Hz。利用傅里叶算法计算，可得风电场侧B相电流中35Hz分量大小约为50Hz分量的9.67倍，而系统侧B相电流中35Hz分量大小是50Hz分量的11%。
由图7-16看出，送出线路发生三相故障后，Crowbar电路投入，双馈感应电机变成笼型感应电机，转子电流为衰减直流，风电机组机端会感应故障前转速频率的交流电动势，但该电动势幅值很小且衰减很快。
图7-15 三相短路时系统侧电流与风电场侧电流
图7-15 三相短路时系统侧电流与风电场侧电流（续）
图7-16 三相短路时系统侧母线电压与风电场侧母线电压
t=4s时，在风电场送出线路的F2点处发生单相接地故障，机组运行工况与三相故障时相同，系统侧电流与风电场侧电流分别如图7-17a、b所示，系统侧母线电压与风电场侧母线电压分别如图7-18a、b所示。
在图7-17中，系统侧故障相电流远大于非故障相电流，而风电场侧故障电流主要为零序分量，使得三相电流幅值相位相近。在图7-18中，系统侧母线电压与风电场侧母线电压均为故障相电压跌落。
图7-17 单相接地时系统侧电流与风电场侧电流
图7-18 单相接地时系统侧母线电压与风电场侧母线电压
图7-18 单相接地时系统侧母线电压与风电场侧母线电压（续）
3.风电场对纵联电流差动保护影响仿真
由于风电场短路容量较小，系统侧工频故障电流远大于风电场侧，对电流差动保护的影响较小，因此经过区内、外不同类型故障仿真计算，分相稳态量差动和故障分量差动元件均可正确判断区内、外故障，但保护灵敏度降低。
4.风电场对方向保护影响仿真
根据对风电机组暂态电压、电流特性的分析结果，经过不同类型故障仿真计算，传统提取工频分量的傅里叶滤波算法得到的相位结果误差很大，对基于电压、电流相位关系方向元件的动作特性影响十分严重[4]。各类型方向元件的动作结果见表7-1～表7-4。表中，A、B、C分别表示三相，G表示接地，1Ω表示接地电阻大小。
表7-1 相量故障分量方向元件动作结果
表7-2 正序方向元件动作结果
表7-3 负序方向元件动作结果
表7-4 零序方向元件动作结果
由表7-1～表7-4可以看出，相量故障分量方向元件、正序方向元件和负序方向元件受风电接入影响很大。当故障电压、电流频率不再是工频后均不能正常工作；而零序方向元件基本不受风电接入影响，主要是因为风电场主变压器中性点是接地的。
5.风电场对距离保护影响仿真
通过不同类型故障仿真计算，结果表明，在区内、外故障情况下，测量阻抗的轨迹会大范围波动，出现测量阻抗时而落入动作区内，时而落在动作区外的现象，这将使距离保护的动作性能严重受到影响。
例如，送出线路区内三相短路故障下，相间距离保护元件的动作特性如图7-19所示，是通过全周傅里叶算法计算得到的测量阻抗轨迹。从图7-19可看出，在故障开始后的20ms，测量阻抗可以落入动作区内，但随后落入动作区之外，2～3个周期后又重新落入动作区内。对区外故障，距离元件的测量阻抗轨迹同样波动，可能落入动作区内使距离保护误动。
6.风电场对选相保护影响仿真
对不同类型故障仿真计算选相元件动作结果见表7-5、表7-6。从表7-5、表7-6可看出，相电流差突变量选相元件在接地故障时判断结果均出现错误，这是因为风电场的弱电源特征导致的故障类别特征变化。风电场弱电源特性导致的故障误选相与距离保护不正确动作等问题已经成为保护不正确动作的主要问题。
图7-19 距离保护元件的动作特性
1—动作区域 2—AB相测量轨迹 3—BC相测量轨迹 4—CA相测量轨迹
7.应对措施
从上面仿真可看出，HM电网STH风电场110kV的SHF送出线路在风电场侧采用纵联电流差动为主保护，但未配置采用方向元件、距离元件的距离保护作为后备保护。该配置方案，虽然能避免风电场侧由于采用方向元件、距离元件带来的保护误动，但是当主保护——纵联差动保护拒动时，由于不能有选择性的清除故障，所以存在导致事故扩大的风险。
建议在STH风电场110kV的SHF送出线路的风电场侧保护中，增加距离Ⅱ段保护及零序保护作为后备保护，提升故障切除的可靠性。
表7-5 对称分量选相元件动作结果
表7-6 相电流差突变量选相元件动作结果
有关风电场建模技术及应用的文章
- 详细阅读
-
桥梁可靠度分析方法与应用-算例分析结果详细阅读
表2.1计算结果比较图2.4算例1迭代过程图2.5算例2迭代过程图中虚线为采用文献［10］的响应面法的迭代过程，实线为改进后的响应面法迭代过程。计算结果表明：算例1的一次二阶矩法结果与文献［13］同种方法给出的结果β＝2.3309，几乎相等；而算例2的一次二阶矩法计算结果不收敛无法得出结果。......
2023-09-19
-
经典算例展示与分享详细阅读
图9.9弹靶侵彻过程提取弹丸的速度-时间曲线，如图9.10所示。采用cm-g-μs单位制。有限元模型如图9.12所示。表9.1常见炸药的JWL参数所需拼接盖板长度L=l+13mm=mm=580.12mm，取580mm。......
2023-06-22
-
桥梁可靠度分析算例：显式功能函数详细阅读
图3.10与图3.11中：Ng为种群代数，β′为适应度值，Nit为迭代次数。图3.9拟合的功能函数图3.10基于遗传算法的验算点迭代过程图3.11不同算法的可靠指标迭代过程表3.3算例1的可靠指标计算结果表3.3中，e表示算法的误差，Ns表示样本数量。......
2023-09-19
-
四点弯曲梁损伤算例分析结果详细阅读
图6.4损伤跨尺度演化过程模拟得到梁的位移－荷载曲线由图6.4可见，梁的损伤跨尺度演化导致梁的破坏是一个典型的脆性断裂破坏。从位移－荷载曲线可以明显地区分出梁中的损伤演化经历在梁的变形上反映出来的线性阶段、强化阶段、跳回阶段以及尾部阶段。这说明了梁中部高应力区域的损伤跨尺度演化过程对梁在宏观尺度下响应的显著影响。图6.6损伤演化过程中梁中性轴的移动......
2023-08-26
-
交直流混合输电系统算例分析详细阅读
交流母线额定电压都为220 kV，直流系统为双桥结构、双极运行，即每个换流站有四个换流变压器。图3.2系统接线图逆变侧换流变压器的参数如下：换流变压器单极容量300 MV·A；变压器漏抗12%；变压器交流侧电压230 kV；直流侧电压96 kV，可计算得出Xci。图3.3潮流计算的收敛特性由图3.3可知，交替迭代计算5次后，交直流系统潮流计算收敛。......
2023-06-29
-
仿真数据的产生与分析详解详细阅读
离散事件系统仿真的基础就是产生随机数据。2）伪随机数的产生。3）产生泊松分布随机数据的技术如果相继两个事件出现的间隔时间服从于指数分布，则在单位时间内，事件出现的次数服从于泊松分布。......
2023-07-15
- 详细阅读
相关推荐