侯俊杰，宋國兵，常 鵬，常娜娜，李新東，吳 丹

計及對端系統(tǒng)參數(shù)和送出線路分布參數(shù)影響的風電系統(tǒng)時域距離保護

侯俊杰1，宋國兵1，常 鵬1，常娜娜1，李新東2，吳 丹2

(1.西安交通大學電氣工程學院，陜西 西安 710049；2.南瑞集團有限公司(國網(wǎng)電力科學研究院有限公司)，江蘇 南京 211106)

為解決現(xiàn)有時域距離保護在風電并網(wǎng)系統(tǒng)長線距離I段末端發(fā)生高阻接地故障時存在的局限性，在分布參數(shù)模型的基礎(chǔ)上計及對端系統(tǒng)參數(shù)，提出了一種適用于風電系統(tǒng)長線的時域距離保護新原理。討論了現(xiàn)有時域距離保護在長線影響和對端系統(tǒng)影響下的保護性能。在計及長線的分布參數(shù)效應(yīng)的基礎(chǔ)上，將近端電氣量歸算至長線距離I末端補償點。在補償點與故障支路之間構(gòu)建計及對端系統(tǒng)參數(shù)的時域故障回路方程，聯(lián)立方程獲得故障發(fā)生位置。結(jié)合保護整定值，實現(xiàn)距離保護判據(jù)。仿真結(jié)果表明，提出的保護原理考慮了長線分布參數(shù)影響適應(yīng)于較長的送出線路。另外，考慮了對端系統(tǒng)影響，當長線距離I段末端發(fā)生300 Ω過渡電阻接地故障時，保護仍能正確動作，受采樣率等干擾因素影響較小。

風電系統(tǒng)；時域；距離保護；對端系統(tǒng)；分布參數(shù)模型

0 引言

考慮到風電規(guī)模化接入引發(fā)的異于常規(guī)能源的拓撲結(jié)構(gòu)與故障特征[1-3]，當面向傳統(tǒng)電源的繼電保護直接用于風電并網(wǎng)系統(tǒng)時，保護性能將受到較大影響。距離保護作為較高電壓等級線路保護對于維護系統(tǒng)的可靠性發(fā)揮著重要作用。但相關(guān)研究表明：當線路發(fā)生故障時，風電側(cè)輸出電氣量存在頻率偏移，傳統(tǒng)工頻量保護難以適用[4-5]；且受風電系統(tǒng)換流器控制策略的影響，風機系統(tǒng)的等值正負序阻抗存在較大差異，傳統(tǒng)工頻變化量保護的適用條件難以滿足[6-8]。

針對常規(guī)距離保護在風電并網(wǎng)系統(tǒng)存在性能下降問題，已有文獻提出了一系列新型保護原理。時域距離保護原理基于被保護元件的參數(shù)信息構(gòu)建參數(shù)識別方程，并在時域中求解故障信息，實現(xiàn)故障識別。該原理本身不受風電機組控制策略和外特性影響，性能較好[9-16]。具體包括：

1) 針對對端系統(tǒng)影響

文獻[10-12]對系統(tǒng)兩側(cè)阻抗角進行假設(shè)，在此基礎(chǔ)上構(gòu)造包含電阻和電感的集中線路參數(shù)方程，實現(xiàn)故障判別。但原理存在假設(shè)，對于高阻故障仍存在原理誤差。文獻[13-14]提出了一種基于實測數(shù)據(jù)的雙饋風電場集電線時域距離保護，但保護原理引入了對端電壓、電流信息。同時，當線路較長時，其保護性能仍待探究。為解決過渡電阻影響，消除假設(shè)帶來的誤差，文獻[15]將故障支路之后等效為阻感模型，建立包含線路故障信息的故障回路方程。但該原理未考慮長線故障影響，當被保護區(qū)域外發(fā)生故障時，仍有暫態(tài)超越的風險，存在一定局限性。

2) 針對長線對保護的影響

文獻[16]基于故障分量的沿線電壓分布特征，在短時間內(nèi)實現(xiàn)故障甄別，但原理無法長時間投入，易受風電側(cè)電源特性影響。文獻[17]研究了一種計及分布參數(shù)效應(yīng)的距離保護算法，該算法將補償點設(shè)置在中點，因此當長線中被保護區(qū)域外故障時，保護性能將降低。同時該原理對于兩側(cè)系統(tǒng)阻抗角進行了假設(shè)，在抗過渡電阻性能方面仍存在一定的局限性。

上述針對風電接入系統(tǒng)的時域距離保護原理分別在過渡電阻影響方面和長線分布參數(shù)效應(yīng)影響方面提出了改進思路。但上述原理未同時考慮以上兩點因素的影響，當長距離線路末端發(fā)生高阻接地故障時，仍存在不正確動作的風險，因此需要進一步展開研究。

文中考慮長線影響，利用分布參數(shù)線路模型補償至線路末端，進一步減少故障發(fā)生在末端時的暫態(tài)超越現(xiàn)象。在補償點與故障支路之間構(gòu)建計及遠端系統(tǒng)參數(shù)的時域故障回路方程。聯(lián)立時域線路參數(shù)方程獲得故障發(fā)生位置，結(jié)合保護整定值，實現(xiàn)長線故障的識別。通過系統(tǒng)仿真建模及算法編程驗證可行性。

1 現(xiàn)有風電系統(tǒng)時域距離保護性能分析

1.1 對端系統(tǒng)影響

圖1為雙端系統(tǒng)故障時電路等效圖，1()、1()為端的電壓和電流；2()、2()為端的電壓和電流；f()表示流入故障支路的短路電流；、表示端與故障點之間的電阻和電感；f表示故障支路的過渡電阻。

圖1 電路等效圖

Fig. 1 Circuit equivalent diagram

由圖1可知，風電側(cè)距故障支路的計算公式可表示為

式(1)表示為

式中，和分別為風電并網(wǎng)系統(tǒng)長線單位長度下的電阻和電感參數(shù)。

結(jié)合圖1和式(2)，當過渡電阻不為0時，由于對端系統(tǒng)的助增作用，方程式(2)存在包含對端系統(tǒng)參數(shù)等4個未知量。當采用單端測距式原理時，由于對端系統(tǒng)提供的電流2()無法直接獲得，為此文獻[10-12, 17]對兩側(cè)系統(tǒng)阻抗角進行假設(shè)，近似認為其相等。以單相接地故障進行說明，此時f()可近似等效。

此時，將式(3)代入式(2)后，則有

為此，文獻[13-14]提出了利用實測值的時域距離保護，即將式(2)遠端電流進行實測獲得。但根據(jù)實際工程中單端量距離保護原理可知，對側(cè)電流無法測得，因此仍然無法從原理上解決對端系統(tǒng)的故障電流助增問題。文獻[15]計及故障支路后的線路模型列寫了線路參數(shù)方程，然而原理本身未考慮分布參數(shù)效應(yīng)，適應(yīng)性有待進一步研究。

1.2 長線分布電容的影響

由式(1)可知，文獻[10-15]所提方法基于集中線路參數(shù)模型，適用于短距離線路，但考慮規(guī)?；L電系統(tǒng)的接入后，勢必增加輸送容量和輸送距離。其分布參數(shù)效應(yīng)如圖2所示。

圖2 分布參數(shù)線路模型

Fig. 2 Distributed parameter line model

原有基于集中參數(shù)模型的保護原理[10-15]為減小模型誤差影響，引入低通濾波進行電氣量信息的預(yù)處理，以減少分布電容影響，適用于較短線路。但隨著線路的逐漸增長，分布電容電流的影響將無法忽略。由圖2可知，受長線的分布參數(shù)效應(yīng)影響，在末端發(fā)生故障時，由于存在故障對地支路，因此由保護安裝處到故障點之間存在對地放電回路，此時若仍利用式(4)進行方程求解，將存在較大誤差，原有集中參數(shù)模型的保護原理性能下降。

為此文獻[17]構(gòu)建了計及長線影響的時域距離保護原理。計及長線因素影響，將補償點選在線路中點，如圖3所示。

圖3 區(qū)內(nèi)末端故障

由圖3可知，當風電系統(tǒng)線路較長時，雖然將補償點設(shè)置在中點已經(jīng)在一定程度上減少了末端故障暫態(tài)超越的可能性。但從補償點到故障支路的計算仍然采用集中參數(shù)下的線路模型，在長線末端發(fā)生高阻接地故障時，保護存在不正確動作的風險。

1.3 小結(jié)

上述原理針對對端系統(tǒng)影響和長線分布參數(shù)效應(yīng)的研究，已有一定進展。但未同時考慮以上兩點因素影響，在長距離線路末端發(fā)生高阻接地故障時存在不正確動作的風險，需要進一步展開研究。因此文中針對風電系統(tǒng)長距離輸電線路，提出了計及對端系統(tǒng)參數(shù)和分布參數(shù)影響的時域距離保護。

2 保護原理的基本理論

2.1 分布參數(shù)模型的引入

考慮時域距離保護原理[10-15]在長線中的局限性，本文在文獻[17]的基礎(chǔ)上引入分布參數(shù)模型。即由端補償至距離I段末端，然后利用補償點的電氣量信息計算其與故障支路的距離?？紤]文獻[17]將補償點設(shè)置為線路中點，在一定程度上減少長線分布參數(shù)效應(yīng)的影響。然而當線路較長，且系統(tǒng)發(fā)生距離I線路區(qū)外故障時，該保護原理的性能有待探究。為進一步減少長距離線路末端的暫態(tài)超越風險，本文將補償點設(shè)定為距離I段末端。

其對應(yīng)的雙曲函數(shù)下的分布參數(shù)模型可表示為[18]

式中：為輸電線路的傳輸系數(shù)；c為波速阻抗。

引入歐拉公式后，式(6)可進一步表示為

式中：為波長；為端至任意點的距離。

圖4 函數(shù)項隨線路長度變化圖

此時式(7)可進一步表示為

以距離I段區(qū)外發(fā)生金屬性接地故障為例，由首端計算至距離I段末端補償點時，整定點處的電壓幅值可表示為

式中，1為端至補償點的距離。

圖5 區(qū)外故障等效圖

Fig. 5 Equivalent diagram of external fault

由于長距離線路暫態(tài)超越現(xiàn)象主要發(fā)生在距離I段末端，因此文中將補償點設(shè)置為距離I段末端。針對區(qū)外故障，考慮到點至補償點處不存在故障支路，因此兩端點之間嚴格滿足電壓的沿線分布規(guī)律[18]。由點歸算至補償點的電氣量符合真實測量值。因此在較大程度上克服了I段區(qū)外故障時的暫態(tài)超越現(xiàn)象。

同理可得，對于距離I區(qū)內(nèi)發(fā)生金屬性接地故障，在補償點和故障點處的等效向量圖和電壓沿線分布特征如圖6所示。

圖6 區(qū)內(nèi)故障等效圖

Fig. 6 Equivalent diagram of internal fault

由圖6可知，當發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時，由于近端至補償點處存在故障支路，因此兩點之間的沿線電壓分布規(guī)律將在故障支路附近被破壞。由近端計算至補償點的電壓相位將在故障支路發(fā)生突變。

當距離I區(qū)內(nèi)發(fā)生過渡電阻接地故障時，考慮規(guī)?；L電一般為送端系統(tǒng)，風電側(cè)端電流的相位超前電網(wǎng)側(cè)端。和金屬性故障的分析過程相似，當距離I段發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時，由近端計算至補償點的電壓相位將在故障支路附近突變[17-18]。

考慮線路損耗及時域下算法運算速度較快等因素，則式(6)的時域長線參數(shù)效應(yīng)的沿線電氣量計算公式如式(11)、式(12)所示。

2.2 計及對端系統(tǒng)的長線時域距離方程

圖7為距離I段區(qū)外故障的故障等效電路。圖中端到距離I段末端計及了長線參數(shù)影響。為分析I段區(qū)外故障的暫態(tài)超越現(xiàn)象，以I段區(qū)外故障為例。

圖7 故障發(fā)生在距離保護I段區(qū)外的等效網(wǎng)絡(luò)

Fig.7 Equivalent network wherethe fault occurs external zone of section I

以A相接地故障為例。點到對端系統(tǒng)的零序網(wǎng)絡(luò)如圖8所示。

圖8 零序分量網(wǎng)絡(luò)等效圖

Fig. 8 Equivalent diagram of zero-sequence component network

則遠端流入故障支路的故障分量電流i0()為

由圖8可知，從點向兩側(cè)歸算，兩側(cè)等效零序系統(tǒng)可表示為

結(jié)合圖7、圖8可知，由點與點之間構(gòu)造的時域故障回路方程等效可表示為

結(jié)合以上兩式，則a相接地故障對應(yīng)的故障支路和補償點之間的故障回路方程可進一步化為

結(jié)合圖8，式(17)中的1、2、3、4、5分別表示為

式中，1為補償點到故障支路的等效距離。原故障回路的4個未知量如式(20)所示。

由上述分析可知，通過式(19)、式(20)的等效變換，原本含有4個未知量的非線性方程轉(zhuǎn)化為含有5個未知量的線性方程式(18)，這為方程的快速求解奠定了基礎(chǔ)，具體的求解方法將在本文3.2節(jié)呈現(xiàn)。

相間故障的等效正序分量網(wǎng)絡(luò)如圖9所示。

圖9 正序分量網(wǎng)絡(luò)等效圖

Fig. 9 Equivalent diagram of positive-sequence component network

圖9相關(guān)參數(shù)與圖8類似，在此不再贅述，需要說明的是圖中各參數(shù)下標“1”代表正序分量。

與單相接地故障的補償點與故障支路之間的故障回路方程求解過程類似，ab相相間故障回路電路可進一步表示為

式中，pab和pab表示補償點處的ab相電氣量。原故障回路方程的4個未知量和式(21)中1、2、3、4、5的映射關(guān)系可表示為

相間接地故障與上述兩式中的分析過程類似，在此不再展開。

3 保護算法的實現(xiàn)

3.1 故障判別方法

當風電并網(wǎng)系統(tǒng)距離I段區(qū)外發(fā)生故障時，其區(qū)外故障對應(yīng)的沿線電壓幅值計算情況如圖10所示。

圖10 區(qū)外故障等效圖

針對區(qū)外故障，考慮到點至補償點處不存在故障支路，因此兩端點之間嚴格滿足電氣量的沿線分布規(guī)律[17-18]，由點歸算至補償點點的電壓相位不會發(fā)生突變。由于故障點的電壓幅值相較于補償點的電壓較低，由補償點計算至故障點的過程中，滿足沿線電壓分布規(guī)律。而式(18)或式(21)的本質(zhì)是求解補償點距故障點壓降方向?qū)?yīng)的等效距離[17]，此時由于電壓壓降方向仍然由補償點指向故障點，因此由補償點計算至故障點(電壓最低點)的等效距離即為補償點至故障點的壓降對應(yīng)的故障等效距離，故計算得到的由補償點至故障支路的等效距離1大于0。將1和補償點對應(yīng)的距離1進行求和，其結(jié)果在原理上大于I段區(qū)內(nèi)動作整定值，保護能有效減少暫態(tài)超越的風險。

對于區(qū)內(nèi)故障，此時由點計算得到的電壓幅值的沿線電壓分布如圖11所示。

圖11可知，當發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時，由于近端至補償點處存在故障支路，兩點之間的沿線電壓分布規(guī)律將在故障支路附近被破壞。此時在故障支路之后的沿線電壓計算值方向?qū)⑴c近端處的電壓方向相反。由圖6可知，雖然故障點仍然是電壓幅值最低點，但是由于故障點之后的補償點電壓與故障點之前的電壓方向相反，因此補償點處的計算電壓方向為負。此時計算得到的壓降方向為故障點指向補償點，進一步根據(jù)式(18)或式(21)求解補償點距故障點壓降方向?qū)?yīng)的等效距離即為補償點至故障點的壓降的相反值對應(yīng)的故障等效距離，故計算得到的由補償點至故障支路的等效距離1小于0。通過和1進行求和，其結(jié)果在原理上小于I段保護動作整定值。當區(qū)內(nèi)發(fā)生非金屬性接地故障時，文獻[19]指出對于送端而言，計算得到的電壓分布最小值出現(xiàn)在故障點附近，此時電壓仍滿足上述金屬性故障對應(yīng)的相位突變規(guī)律，由此計算出的1小于0。故通過和1進行求和，其結(jié)果在原理上小于I段保護動作整定值，保護能夠正確動作。

圖11 區(qū)內(nèi)故障等效圖

3.2 算法實現(xiàn)流程

1) 電氣量信息的濾波處理。考慮時域長線參數(shù)效應(yīng)的沿線電氣量計算公式(式(11)、式(12))具有一定的適用頻帶[20-21]，一般小于300 Hz。另外，考慮沿線電壓分布計算時的線性化特征[22-23]，根據(jù)線性電壓分布擬合誤差可近似計算截止頻率，其表達式如式(23)所示。

式中，為濾波器的截止頻率。

根據(jù)式(23)可知，當交流線路長度達到300 km時，為保障擬合誤差的總體小于5%，因此建議截止頻率選擇80 Hz以下，綜上文中選擇截止頻率為80 Hz的四階巴特沃斯低通濾波器。

2) 相模變換。選擇20 ms數(shù)據(jù)長度，將近端系統(tǒng)點處電氣量利用Karebauer相模變換轉(zhuǎn)變?yōu)槟Ａ啃畔ⅲ渥儞Q過程如式(24)所示。

3) 沿線分布電壓、電流計算。選擇20 ms總數(shù)據(jù)長度，將利用Karebauer相模變換轉(zhuǎn)變?yōu)槟Ａ啃畔?，代入?11)和式(12)中求解補償點處的電氣量信息。經(jīng)過逆變換，得到補償點處故障相的電氣量。

4) 計算故障距離。參考故障選相結(jié)果，利用最小二乘法，求解式(18)或式(21)中的未知數(shù)。以式(21)舉例進行說明，則式(21)的方程組形式如式(25)所示。

式中，為最小二乘法利用的數(shù)據(jù)窗對應(yīng)的采樣點總數(shù)，數(shù)據(jù)窗長度選擇10 ms。

則最小二乘法中未知數(shù)矩陣的求解方法如式(26)所示。

通過式(26)，并進行滑窗處理運算，計算得到由補償點計算至故障支路的等效距離為1，與補償點設(shè)定距離1進行求和，得到由近端至故障支路的等效距離，最后求解得到動作阻抗dz。

5) 保護動作判據(jù)。若動作阻抗落在由set構(gòu)成的方向圓阻抗繼電器內(nèi)，識別為I段保護區(qū)域內(nèi)故障；反之判別為保護區(qū)域外故障。距離保護的I段保護范圍一般選擇0.85倍的全長線路，因此上述判別過程保護的動作條件可表示為

4 保護原理驗證

以某地區(qū)規(guī)?；p饋風力發(fā)電系統(tǒng)為例，其等效網(wǎng)架拓撲如圖12所示。其中風力發(fā)電機組的相關(guān)參數(shù)、控制策略、線路等效參數(shù)參考文獻[15, 17]，利用 PSCAD構(gòu)建風電接入系統(tǒng)模型，在Matlab中實現(xiàn)原理功能。為驗證原理在長距離線路的算法性能，文中以250 km為例，數(shù)據(jù)采樣率為4 kHz。選擇的運算的數(shù)據(jù)窗長度為10 ms，總數(shù)據(jù)窗長度為20 ms。為提高算法的抗干擾能力和運算精度，采用滑窗運算處理[24-25]。

圖12 雙饋風電接入系統(tǒng)圖

4.1 不同故障距離下保護原理的性能驗證

為驗證保護算法在風電系統(tǒng)長線的保護適用性，用算法仿真結(jié)果與文獻[11, 15]對比分析。距離保護暫態(tài)超越現(xiàn)象規(guī)定：距離I段保護須在I段全長的0.95以內(nèi)正確識別故障；而在I段的1.05以外不動作。因此區(qū)內(nèi)故障和區(qū)外故障分別選擇I段全長的0.95(202 km)和1.05(223 km)。故障類型選擇a相經(jīng)150 Ω接地故障。距離I段保護仿真結(jié)果如圖13—圖18所示，并將仿真結(jié)果匯總至表1。保護動作情況說明：將計算得到的對應(yīng)故障回路計算阻抗結(jié)合I段阻抗圓繼電器，當計算阻抗完全落在圓內(nèi)時判別為距離I段區(qū)內(nèi)故障；當計算阻抗完全落在圓外時，判別為I段區(qū)外故障。距離I段繼電器類型選擇方向圓阻抗繼電器。

結(jié)合表1的仿真結(jié)果可知，對于文獻[11]和文獻[15]中的保護原理能夠在距離I段區(qū)內(nèi)發(fā)生故障時正確動作，但測量距離受分布參數(shù)效應(yīng)和過渡電阻影響，較真實距離偏小。對于保護區(qū)域外故障時，由于分布參數(shù)效應(yīng)，易發(fā)生暫態(tài)超越現(xiàn)象。文中提出的原理由于將補償點設(shè)置在距離I段末端，且考慮了對端系統(tǒng)對于故障支路的助增效應(yīng)，因此減少了保護區(qū)域外故障時的誤動風險。

圖13 文獻[11]提出的方法(區(qū)內(nèi)故障)

圖14 文獻[15]提出的方法(區(qū)內(nèi)故障)

圖15 本文提出的方法(區(qū)內(nèi)故障)

圖16 文獻[11]提出的方法(區(qū)外故障)

圖17 文獻[15]提出的方法(區(qū)外故障)

圖18 本文提出的方法(區(qū)外故障)

表1 仿真結(jié)果匯總

4.2 高過渡電阻下保護原理的性能驗證

為驗證原理在高過渡電阻的保護適應(yīng)性，將原理與文獻[17]進行仿真性能對比。故障發(fā)生位置的選擇同4.1節(jié)，過渡電阻選擇a相經(jīng)過300 Ω過渡電阻接地故障。在高過渡電阻影響下的保護性能仿真如圖19—圖22所示，保護動作結(jié)果如表2所示。

結(jié)合表2的仿真結(jié)果可知，對于文獻[17]保護原理，雖然進行了分布參數(shù)補償策略，但將故障支路設(shè)置在中點，在被保護區(qū)域內(nèi)故障時造成測量阻抗較小，但仍能保證I段保護準確識別故障。但對于被保護區(qū)域外時，未考慮對端系統(tǒng)對于故障支路的助增影響，受被保護區(qū)域外高阻故障帶來的穩(wěn)態(tài)超越現(xiàn)象影響，保護性能下降。文中提出的保護原理在引入分布參數(shù)模型的基礎(chǔ)上，計及對端系統(tǒng)對于故障支路的影響，保證保護原理在區(qū)內(nèi)外發(fā)生故障時，均能夠正確動作。

圖19 文獻[17]提出的方法(區(qū)內(nèi)高阻故障)

圖20 本文提出的方法(區(qū)內(nèi)高阻故障)

圖21 文獻[17]提出的方法(區(qū)外高阻故障)

圖22 本文提出的方法(區(qū)外高阻故障)

表2 高過渡電阻下的保護動作結(jié)果

4.3 抗干擾性能驗證

為驗證保護算法在噪聲干擾和不同采樣率的性能，選取30 dB白噪聲，數(shù)據(jù)的采樣率選擇2 kHz、4 kHz、6 kHz、10 kHz。選擇ab相相間故障為例。故障發(fā)生的位置選擇同4.1節(jié)。仿真結(jié)果如表3所示。

由表3可知，文中提出的保護原理由于基于參數(shù)識別思想，僅反應(yīng)故障支路與近端處的故障參數(shù)關(guān)系，無需利用電氣量波形進行判別，因此受采樣率影響較小。另外保護算法在計算故障距離的過程中，采用滑窗方法處理數(shù)據(jù)，因此對于故障異常數(shù)據(jù)點的魯棒性較強。原理計及了長線分布參數(shù)效應(yīng)，區(qū)內(nèi)末端故障時仍能保證故障的判別。

表3 保護性能驗證結(jié)果

5 結(jié)論

對比現(xiàn)有風電系統(tǒng)時域距離保護原理，通過保護性能分析與仿真驗證，結(jié)論如下：

1) 文中提出的保護原理引入分布參數(shù)模型，將補償點設(shè)置在距離I段末端，在較大程度上克服長線距離I段末端發(fā)生暫態(tài)超越的影響。

2) 結(jié)合分布參數(shù)模型與參數(shù)識別思想，將補償點之后列寫包含對端系統(tǒng)的時域參數(shù)識別距離方程，方程中計及遠端系統(tǒng)對故障支路的助增影響。原理上減少了原有面向風電系統(tǒng)的時域距離保護將對端系統(tǒng)進行假設(shè)影響，通過計及對端系統(tǒng)參數(shù)，進一步減少了過渡電阻的影響。

3) 保護原理同時考慮了分布參數(shù)影響和過渡電阻影響，保證了風電系統(tǒng)長線末端發(fā)生故障時，保護能夠正確動作，且原理受采樣率和噪聲干擾影響較小。

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Time-domain distance protection for a wind power system considering parameters of the remote end system and influence of outgoing line distribution parameters

HOU Junjie1, SONG Guobing1, CHANG Peng1, CHANG Nana1, LI Xindong2, WU Dan2

(1. School of Electrical Engineering, Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710049, China; 2. NARI Group Corporation (State Grid Electric Power Research Institute Co., Ltd.), Nanjing 211106, China)

There is a problem of the limits of existing time-domain distance protection when it comes to a grounding fault with high fault resistance occurring at the end of distance section I in a wind power system long transmission line. This paper presents a time-domain distance protection algorithm for a wind power system long line based on the distributed parameter model and the remote end system parameters. The performance of existing time-domain distance protection under the influences of a long line and remote-end system are discussed. Taking into account the distributed parameter effect of the long line, the near-end electrical quantity is calculated to the compensation point at the end of section I on the long line. The time-domain fault loop equation considering the parameters of the remote end system is constructed between the compensation point and the fault branch, and the fault location is obtained by calculating equations. Combined with the protection setting value, the distance protection criterion is realized. Simulation results show that the proposed protection principle considers the influence of a long line distribution parameters and is suitable for long transmission lines. In addition, when a grounding fault with 300 Ω fault impedance occurs at the end of section I for a long line, the protection can still operate correctly by considering the impact on the end system and is less affected by interference factors such as sampling rate.

wind power system; time-domain; distance protection; system from remote end; distributed parameter model

10.19783/j.cnki.pspc.210701

國家電網(wǎng)有限公司科技項目資助(5100- 202040327A-0-0-00)

This work is supported by the Science and Technology Project of State Grid Corporation of China (No. 5100-202040327A-0-0-00).

2021-06-14；

2021-10-12

侯俊杰(1993—)，男，博士研究生，研究方向為電力系統(tǒng)繼電保護；E-mail:826686025@qq.com

宋國兵(1972—)，男，通信作者，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向為電力系統(tǒng)繼電保護。E-mail: song.gb@ mail.xjtu.edu.cn

(編輯 張愛琴)