基于距离算法的双馈风电场送出线路纵联保护方法及系统与流程

本发明涉及风电场送出线路继电保护，具体为基于距离算法的双馈风电场送出线路纵联保护方法及系统。

背景技术：

1、在当前全球能源体系向绿色化、低碳化转型的大背景下，风力发电作为可再生能源领域的重要分支，其开发和利用正以前所未有的速度蓬勃发展，逐渐成为传统化石能源的重要替代选项。目前风电场主要分为永磁直驱风电场和双馈风电场两大类，其中永磁直驱风电场作为现代风电技术的典型代表，其转子由风力直接驱动，无需经过齿轮箱变速环节，从而大幅减少机械损耗和故障风险，将风能转化为电能的过程非常简洁高效。

2、在实际运行过程中，由于风力发电出力的随机性和波动性，以及电网环境的复杂多变性，如何设计和配置适应性强、响应速度快且具有高可靠性的继电保护设备及策略，对于保障风电送出系统的安全稳定运行至关重要。目前，针对新能源送出线路保护的研究越来越倾向于应用发生故障时电气向量的相似度差异大小作为判据，其相较于传统保护方法有着更优的保护可靠性和响应快速性，且具备配合稳定、系统适用性强的优势。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明解决的技术问题是：现有的风电场送出线路保护方法可能会受到故障电流特性畸变、风电侧出力波动以及电网环境复杂多变等因素而影响风电场送出线路保护的性能，现有保护存在误动、拒动以及失效的可能。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：基于距离算法的双馈风电场送出线路纵联保护方法，其包括如下步骤，

4、收集风电场数据进行数据预处理。

5、根据风电场故障情况，设置关联参考方向。

6、进一步获取两端同相电流数据的最大值、最小值。

7、构建纵联保护判断依据。

8、对纵联保护的区内外故障进行判断。

9、作为本发明所述的基于距离算法的双馈风电场送出线路纵联保护方法的一种优选方案，其中：所述风电场数据是获取送出线路两端的三相电流采样值，采集故障发生后一个周波内的电流数据。

10、所述预处理是将收集到的电力系统数据进行去除无效、异常和重复的数据记录，对数据进行标准化处理，对时间敏感的数据进行适当重采样或时间窗口划分。

11、作为本发明所述的基于距离算法的双馈风电场送出线路纵联保护方法的一种优选方案，其中：所述采集故障发生后一个周波内的电流数据包括当风电机组送出线路出现故障之后，启动撬棒保护将机组转子侧变换器短路，当前阶段故障电流，表达式为：

12、

13、其中，ls和lr分别是定子侧和转子侧的等效电感，lm是磁感应电感，是故障前的初始转子磁通，α是定子电压矢量相对于α轴的角度，e0是故障前的终端电压，t'r和t's是转子侧和定子侧的衰减时间常数，ωr是转子角频率，λ'是与电压降相关的系数，λ是电压降等级。

14、当撬棒保护退出，转子侧变换器重新切入并恢复对输出电流的控制，当前阶段故障电流，表达式为：

15、

16、其中，us是定子电压矢量的幅值，ωs是电力角频率，rs是定子电阻，ks为励磁电感lm与定子侧等效电感ls的比值，是功率因数，ir是转子电流。

17、通过派克变换，将三相静止坐标系下的电流映射到d,q两轴旋转坐标系下，d轴和q轴的电流分量约束，表达式为：

18、

19、其中，usq是q轴的定子电压。

20、作为本发明所述的基于距离算法的双馈风电场送出线路纵联保护方法的一种优选方案，其中：所述采集故障发生后一个周波内的电流数据还包括当发生三相短路故障时，同步发电机的故障电流表达式为：

21、

22、其中，eq0是同步发电机的内部电动势，xd是同步电抗，是故障起始角，td″、td′分别为暂态和次暂态的衰减时间常数。

23、作为本发明所述的基于距离算法的双馈风电场送出线路纵联保护方法的一种优选方案，其中：所述风电场故障情况，设置关联参考方向包括当风电场区外故障发生时，规定电流正方向为母线侧指向线路侧，穿越送出线路风电网两侧保护装置的故障电流满足大小相等、方向相反，风场侧故障电流与电网侧故障电流负值的波形一致。

24、当风电场区内故障发生时，电网侧的故障电流受发电机侧影响，周波呈工频正弦衰减，风电场侧故障电流周波未呈现工频正弦衰减，在撬棒保护和变换器的影响下故障电流呈现幅值受限、相位失真、频率畸变，与电网侧故障电流的波形差异不同，风电场侧与电网侧故障电流的采样值分布相似度低；

25、风电场区内、区外故障所产生的送出线路故障电流波形存在差异，电流采样值分布相似度低于预设阈值，进一步构建纵联保护判据。

26、所述构建纵联保护判据是获取两端同相电流数据的最大值、最小值基于取得的最大值与最小值，构建15等分的均分区段，将取得的两端采样值划拨至各个均分区段，分别统计两组原始数据在共同区间内的占比，输出两端采样值的离散概率分布，将离散概率分布数据经由通信链路传送至对侧保护装置，两侧保护装置计算各相电流的bray-curtis距离。

27、作为本发明所述的基于距离算法的双馈风电场送出线路纵联保护方法的一种优选方案，其中：所述计算各相电流的bray-curtis距离，表达式为：

28、

29、a(t)＝(a1(t),a2(t),...,an(t))

30、b(t)＝(b1(t),b2(t),...,bn(t))

31、其中，a(t)＝(a1(t),a2(t),...,an(t))和b(t)＝(b1(t),b2(t),...,bn(t))是随着时间t变化的向量，wi(t)是对应维度i在时间t上的权重函数。

32、作为本发明所述的基于距离算法的双馈风电场送出线路纵联保护方法的一种优选方案，其中：所述构建纵联保护判断依据包括启动判据以及区内外故障识别判据。

33、所述启动判据，表达式为：

34、iφ(k)-iφ(k-n)|＞iset

35、其中，n为每周期内采样点个数，iset为启动判据的门槛值。

36、当相电流的连续三个采样值满足上式时保护启动，否则保护将复归。

37、所述区内外故障识别判据，表达式为：

38、dbc(iw,-ig)＞dset

39、其中，dset为保护门槛值，dbc(iw,-ig)为采样值分布相似度；

40、当计算出各相电流的bray-curtis距离满足区内外故障识别判据，则判定发生区内故障，发出保护动作指令，反之则判断为区外故障，保护复归。

41、本发明的另外一个目的是提供基于距离算法的双馈风电场送出线路纵联保护系统，其能通过简洁的送出线路与低数量的数据通信链路传输线路两端电流信息，解决了现有风电场送出线路保护稳定性不足、成本较高、判据构造繁复的问题。

42、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：基于距离算法的双馈风电场送出线路纵联保护系统，包括：数据预处理模块、故障识别与分类模块、数据分区与概率分布构建模块、通信传输模块以及距离计算与保护动作模块。

43、所述数据预处理模块是收集风电场送出线路两端的三相电流采样值，并对采集到的电力系统数据进行预处理，包括去除无效、异常和重复的数据记录，对数据进行标准化处理，并对时间敏感的数据进行适当的重采样或时间窗口划分。

44、所述故障识别与分类模块是根据风电场故障情况设置关联参考方向，通过分析风电场区内外故障发生时的电流方向、波形差异特征，区分故障的类型和位置。

45、所述数据分区与概率分布构建模块是获取的两端同相电流数据的最大值与最小值，构建15等分的均分区段，并将取得的两端采样值划拨至各个均分区段，分别统计两组原始数据在共同区间内的占比，输出两端采样值的离散概率分布。

46、所述通信传输模块是将离散概率分布数据经由通信链路传送至对侧保护装置。

47、所述距离计算与保护动作模块是两侧保护装置计算各相电流的bray-curtis距离，并根据启动判据和区内外故障识别判据进行判断，最终决定是否发出保护动作指令。

48、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述基于距离算法的双馈风电场送出线路纵联保护方法的步骤。

49、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述基于距离算法的双馈风电场送出线路纵联保护方法的步骤。

50、本发明的有益效果：本发明利用bray-curtis距离算法定量地描述了故障后线路两端电流采样值分布的相似度，根据求得的bray-curtis距离结果与整定值进行比较，在区外故障时能够稳定不误动，在区内故障时能够准确判断故障相别且可靠动作，保护性能得到了提高，具有较高的灵敏度与较强的适应性，能更好地应用于双馈风电场送出线路的保护。

51、本发明仅仅利用线路两端的电流信息，无需获取电压信息，无需数据严格同步，判据构造简洁，适用于低数量的通信链路，同时兼具低成本与高可靠性的优点。