变速抽水蓄能机组的继电保护方法、系统、装置和介质与流程

1.本技术涉及发电机组继电保护领域，特别是涉及一种变速抽水蓄能机组的继电保护方法、系统、装置和介质。


背景技术：

2.风电和光伏属于无惯性发电系统，对自然环境的依赖性较大，极端天气到来，新能源占比过高会引起短时间发电量下降，若在种情况下系统备用容量不足，则会影响电网的安全稳定运行。
3.传统的定速抽水蓄能电站是目前最可靠的大规模储能模式以及电网负荷调节手段，但是其恒定转速运行局限了它的功率表调节范围以及传输速率，而可变速抽水蓄电站能较好跟踪电网的功率和频率的变化，通过改变转速，减轻水轮机结构的气蚀和改善压力脉动；水泵工况时输入功率可调，实现抽水工况自动频率调节等优点，但目前暂未研究出对可变速抽水蓄能机组的完整、可靠的继电保护方案，如大功率变速抽水蓄能机组正常运行时，转子绕组相间短路和匝间短路没有可靠的保护方案。
4.目前针对相关技术中可变速抽水蓄能机组缺少完整、可靠的继电保护方案的问题，尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种变速抽水蓄能机组的继电保护方法、系统、装置和介质，以至少解决相关技术中可变速抽水蓄能机组缺少完整、可靠的继电保护方案的问题。
6.第一方面，本技术实施例提供了一种变速抽水蓄能机组的继电保护方法，所述方法包括：
7.采集抽水蓄能机组的转子电流和转子电压的模拟量；
8.再采集所述抽水蓄能机组的的定子侧的频率、谐波电压和谐波电流；
9.根据所述转子电流的模拟量、所述转子电压的模拟量、所述频率、所述谐波电压和所述谐波电流，通过傅立叶级数分解法求出所述定子侧的每周波内各次谐波含量；
10.将所述定子侧的谐波含量，作为所述抽水蓄能机组的继电保护的判断依据。
11.在其中一些实施例中，将所述定子侧的谐波含量，作为所述抽水蓄能机组的继电保护的判断依据包括：
12.根据所述定子侧的谐波含量，通过整定计算得出所述谐波含量的低整定值和高整定值；
13.在满足所述抽水蓄能机组的传统继电保护的判断依据基础上，若所述定子侧的当前谐波含量高于所述低整定值时，保护出口发出告警信号，若所述定子侧的当前谐波含量高于所述高整定值时，保护出口跳闸。
14.在其中一些实施例中，根据所述转子电流的模拟量、所述转子电压的模拟量、所述频率、所述谐波电压和所述谐波电流，通过傅立叶级数分解法求出所述定子侧的每周波内
各次谐波含量包括：
15.通过公式计算出各采样点的电压值，其中，a0表示基波分量，an和bn表示谐波分量正余弦分量幅度值，k表示取值0到n-1的采样点，w表示角频率，n表示次数，t表示时间；
16.再通过公式计算出所述定子侧的每周波电压有效值，其中，ui表示采样点电压值；
17.再通过公式计算出所述定子侧的每周波内各次谐波含量，其中，u
j1
为波形中的基波含量，u
jk
为波形中的k次谐波含量。
18.在其中一些实施例中，为了加快谐波和基波无功分量的快速检测，对谐波分量正余弦分量幅度值进行迭代。
19.在其中一些实施例中，对谐波分量正余弦分量幅度值进行迭代包括：
20.通过公式和分别对谐波分量正余弦分量幅度值an和谐波分量正余弦分量幅度值bn进行迭代，其中， i＝t/n，w表示角频率，n表示周期采样个数，i表示电流，t表示总时间，u(it) 表示瞬时电压含量，it表示分段时间。
21.第二方面，本技术实施例提供了一种变速抽水蓄能机组的继电保护系统，所述系统包括数据采集模块、判据计算模块和继电保护模块；
22.所述数据采集模块，用于采集抽水蓄能机组的转子电流和转子电压的模拟量；再采集所述抽水蓄能机组的的定子侧的频率、谐波电压和谐波电流；
23.所述判据计算模块，用于根据所述转子电流的模拟量、所述转子电压的模拟量、所述频率、所述谐波电压和所述谐波电流，通过傅立叶级数分解法求出所述定子侧的每周波内各次谐波含量；
24.所述继电保护模块，用于将所述定子侧的谐波含量，作为所述抽水蓄能机组的继电保护的判断依据。
25.在其中一些实施例中，所述继电保护模块，具体用于根据所述定子侧的谐波含量，通过整定计算得出所述谐波含量的低整定值和高整定值；
26.在满足所述抽水蓄能机组的传统继电保护的判断依据基础上，若所述定子侧的当前谐波含量高于所述低整定值时，保护出口发出告警信号，若所述定子侧的当前谐波含量高于所述高整定值时，保护出口跳闸。
27.在其中一些实施例中，所述判据计算模块，具体用于通过公式计算出各采样点的电压值，其中，a0表示基波分量，an和bn表示谐波分量正余弦分量幅度值，k 表示取值0到n-1的采样点，w表示角频率，n表示次数，t表示时间；
28.再通过公式计算出所述定子侧的每周波电压有效值，其中，ui表示采样点电压值；
29.再通过公式计算出所述定子侧的每周波内各次谐波含量，其中，u
j1
为波形中的基波含量，u
jk
为波形中的k次谐波含量。
30.第三方面，本技术实施例提供了一种电子装置，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述第一方面所述的方法。
31.第四方面，本技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述第一方面所述的方法。
32.相比于相关技术，本技术实施例提供的一种变速抽水蓄能机组的继电保护方法、系统、装置和介质，其中，该方法通过采集抽水蓄能机组的转子电流和转子电压的模拟量；再采集抽水蓄能机组的的定子侧的频率、谐波电压和谐波电流；根据转子电流的模拟量、转子电压的模拟量、频率、谐波电压和谐波电流，通过傅立叶级数分解法求出定子侧的每周波内各次谐波含量；将定子侧的谐波含量，作为抽水蓄能机组的继电保护的判断依据，解决了可变速抽水蓄能机组缺少完整、可靠的继电保护方案的问题，实现了在传统继电保护判据的基础上加入了定子侧谐波判据，利用定子侧的多次谐波含量作为附加判据，能够迅速、准确判断出转子侧相间短路和发电机匝间短路的情况。
附图说明
33.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
34.图1是根据本技术实施例的新型变速抽水蓄能机组的结构示意图；
35.图2是根据本技术实施例的变速抽水蓄能机组的继电保护方法的步骤流程图；
36.图3是根据本技术实施例的结合谐波含量的相间保护逻辑示意图；
37.图4是根据本技术实施例的结合谐波含量的匝间保护逻辑示意图；
38.图5是根据本技术实施例的变速抽水蓄能机组的继电保护系统的结构框图；
39.图6是根据本技术实施例的电子设备的内部结构示意图。
40.附图说明：51、数据采集模块；52、判据计算模块；53、继电保护模块。
具体实施方式
41.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。基于本技术提供的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
42.显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本技术应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并
且冗长的，然而对于与本技术公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本技术揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本技术公开的内容不充分。
43.在本技术中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本技术所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。
44.除非另作定义，本技术所涉及的技术术语或者科学术语应当为本技术所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本技术所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本技术所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本技术所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本技术所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“a和/或b”可以表示：单独存在a，同时存在 a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本技术所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。
45.发明人经研究发现，在传统的定速抽水蓄能机组保护设计上，常规思路是采集励磁电流和励磁电压，通过识别转子绕组内部故障时的过电流、低电压等特征来反应故障，且发电电动机相间后备保护一般采用发电机复压过流保护，发电匝间保护一般采用失磁保护。而变速抽水蓄能机组的电气量频率低，保护 ct及pt测出来的数值不准，与真实值存在较大偏差，并且连续的变化量采用传统的失磁保护算法很难算出
46.本发明的目的是针对变速抽水蓄能机组转子绕组为三相交流励磁绕组的情况下，可能发生的匝间、相间和单相接地故障。因为三相交流励磁绕组(转子绕组)处于旋转状态，电气量频率很低且难以测量，以往成熟的、反映转子绕组相间短路和匝间短路交流绕组故障失磁保护方法难以适用。
47.本发明利用转子绕组内部故障时定子侧呈现出的电气量特征来设计保护，设计出变速抽水蓄能机组发电电动机转子匝间保护，以及发电电动机转子相间后备保护。转子绕组发生相间短路和匝间短路时，内部产生不对称电流分量，通过气隙磁场的电枢反应作用，在定子侧能感应出特定频率的间谐波分量。谐波电流的大小与转子绕组短路故障严重程度和机组结构有关。动模试验发现，定子侧电流谐波频谱非常丰富，每个频率段均有分布，定子绕组短路时，定子电流主要为基波部分。
48.本技术实施例提供了一种变速抽水蓄能机组的继电保护方法，图1是根据本技术实施例的新型变速抽水蓄能机组的结构示意图，针对图1所示的新型变速抽水蓄能机组，本技术实施例记载了如下方法，具体地，图2是根据本技术实施例的变速抽水蓄能机组的继电保护方法的步骤流程图，如图2所示，该方法包括以下步骤：
49.步骤s202，采集抽水蓄能机组的转子电流和转子电压的模拟量；
50.步骤s204，再采集抽水蓄能机组的的定子侧的频率、谐波电压和谐波电流；
51.步骤s206，根据转子电流的模拟量、转子电压的模拟量、频率、谐波电压和谐波电流，通过傅立叶级数分解法求出定子侧的每周波内各次谐波含量；
52.具体地，步骤s206具体还包括以下步骤：
53.步骤一，通过公式计算出各采样点的电压值，其中，a0表示基波分量，an和bn表示谐波分量正余弦分量幅度值，k表示取值0到n-1的采样点，w表示角频率，n表示次数，t 表示时间；
54.步骤二，再通过公式计算出定子侧的每周波电压有效值，其中， ui表示采样点电压值；
55.步骤三，再通过公式计算出定子侧的每周波内各次谐波含量，其中，u
j1
为波形中的基波含量，u
jk
为波形中的k次谐波含量。
56.优选地，在步骤一之前，为了加快谐波和基波无功分量的快速检测，对谐波分量正余弦分量幅度值进行迭代，具体包括：
57.通过公式和分别对谐波分量正余弦分量幅度值an和谐波分量正余弦分量幅度值bn进行迭代，其中， i＝t/n，w表示角频率，n表示周期采样个数，i表示电流，t表示总时间，u(it) 表示瞬时电压含量，it表示分段时间。
58.步骤s208，将定子侧的谐波含量，作为抽水蓄能机组的继电保护的判断依据。
59.具体地，根据定子侧的谐波含量，通过整定计算得出谐波含量的低整定值和高整定值；在满足抽水蓄能机组的传统继电保护的判断依据基础上，若定子侧的当前谐波含量高于低整定值时，保护出口发出告警信号，若定子侧的当前谐波含量高于高整定值时，保护出口跳闸。
60.优选地，为了确保继电保护动作的可靠性，取三次、五次、七次、九次、十一次谐波含量值，并通过整定计算得到三次、五次、七次、九次、十一次谐波含量的整定值，即得出低整定值和高整定值。
61.图3是根据本技术实施例的结合谐波含量的相间保护逻辑示意图，如图3 所示，在满足抽水蓄能发电机组传统的复压过流保护(相间保护)的判据，加上谐波含量判据，即当谐波含量高于低整定值时，保护出口发出告警信号，当谐波含量高于高整定值时，保护出口跳闸。
62.图4是根据本技术实施例的结合谐波含量的匝间保护逻辑示意图，如图4 所示，在满足抽水蓄能发电机组传统的失磁保护(匝间保护)的判据，加上谐波含量判据，即当谐波含量高于低整定值时，保护出口发出告警信号，当谐波含量高于高整定值时，保护出口跳闸。
63.通过本技术实施例中的步骤s202至步骤s208，在传统的保护判据的基础上加入了谐波判据，能够解决常规的发电机相间后备保护以及发电机匝间保护不能满足可变速抽水蓄能机组保护速动性、可靠性的要求。利用定子侧的多次谐波含量作为附加判据，能够迅速、准确判断出转子侧相间短路和发电机匝间短路的情况。
64.需要说明的是，在上述流程中或者附图的流程图中示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
65.本技术实施例提供了一种变速抽水蓄能机组的继电保护系统，图5是根据本技术实施例的变速抽水蓄能机组的继电保护系统的结构框图，如图5所示，该系统包括数据采集模块51、判据计算模块52和继电保护模块53；
66.数据采集模块51，用于采集抽水蓄能机组的转子电流和转子电压的模拟量；再采集抽水蓄能机组的的定子侧的频率、谐波电压和谐波电流；
67.判据计算模块52，用于根据转子电流的模拟量、转子电压的模拟量、频率、谐波电压和谐波电流，通过傅立叶级数分解法求出定子侧的每周波内各次谐波含量；
68.继电保护模块53，用于将定子侧的谐波含量，作为抽水蓄能机组的继电保护的判断依据。
69.在其中一些实施例中，继电保护模块53，具体用于根据定子侧的谐波含量，通过整定计算得出谐波含量的低整定值和高整定值；
70.在满足抽水蓄能机组的传统继电保护的判断依据基础上，若定子侧的当前谐波含量高于低整定值时，保护出口发出告警信号，若定子侧的当前谐波含量高于高整定值时，保护出口跳闸。
71.在其中一些实施例中，判据计算模块52，具体用于通过公式计算出各采样点的电压值，其中，a0表示基波分量，an和bn表示谐波分量正余弦分量幅度值，k 表示取值0到n-1的采样点，w表示角频率，n表示次数，t表示时间；
72.再通过公式计算出定子侧的每周波电压有效值，其中，ui表示采样点电压值；
73.再通过公式计算出定子侧的每周波内各次谐波含量，其中， u
j1
为波形中的基波含量，u
jk
为波形中的k次谐波含量。
74.通过本技术实施例中的数据采集模块51、判据计算模块52和继电保护模块53，在传统的保护判据的基础上加入了谐波判据，能够解决常规的发电机相间后备保护以及发电机匝间保护不能满足可变速抽水蓄能机组保护速动性、可靠性的要求。利用定子侧的多次谐波含量作为附加判据，能够迅速、准确判断出转子侧相间短路和发电机匝间短路的情况。
75.需要说明的是，上述各个模块可以是功能模块也可以是程序模块，既可以通过软件来实现，也可以通过硬件来实现。对于通过硬件来实现的模块而言，上述各个模块可以位于同一处理器中；或者上述各个模块还可以按照任意组合的形式分别位于不同的处理器
中。
76.本实施例还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。
77.可选地，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。
78.需要说明的是，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。
79.另外，结合上述实施例中的变速抽水蓄能机组的继电保护方法，本技术实施例可提供一种存储介质来实现。该存储介质上存储有计算机程序；该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的任意一种变速抽水蓄能机组的继电保护方法。
80.在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种变速抽水蓄能机组的继电保护方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
81.在一个实施例中，图6是根据本技术实施例的电子设备的内部结构示意图，如图6所示，提供了一种电子设备，该电子设备可以是服务器，其内部结构图可以如图6所示。该电子设备包括通过内部总线连接的处理器、网络接口、内存储器和非易失性存储器，其中，该非易失性存储器存储有操作系统、计算机程序和数据库。处理器用于提供计算和控制能力，网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信，内存储器用于为操作系统和计算机程序的运行提供环境，计算机程序被处理器执行时以实现一种变速抽水蓄能机组的继电保护方法，数据库用于存储数据。
82.本领域技术人员可以理解，图6中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的电子设备的限定，具体的电子设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
83.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，该计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限， ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步 dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram (esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus) 直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
84.本领域的技术人员应该明白，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
85.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。