專利名稱：一種將線路保護裝置安全用于風(fēng)電場的做法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及繼電保護領(lǐng)域，特別是涉及其中的線路保護裝置。
背景技術(shù)：
環(huán)保、低碳的國際形勢要求，促使風(fēng)力發(fā)電裝機容量高速增長，占電網(wǎng)總裝機容量比例不斷提高，但由于風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)具有間隙性、隨機性的特點，會對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來嚴重的負面影響?；趯δ车貐^(qū)電網(wǎng)幾次大規(guī)模風(fēng)機脫網(wǎng)事故的分析和研究發(fā)現(xiàn)，風(fēng)電場的故障特性與傳統(tǒng)電源不盡相同，使得現(xiàn)有的系統(tǒng)保護裝置存在不太適應(yīng)風(fēng)電場的保護需要，另方面，經(jīng)對現(xiàn)有其它技術(shù)裝備進行查詢，也尚未發(fā)現(xiàn)針對線路保護裝置能較好用于風(fēng)電場的資料介紹。故本發(fā)明在于因勢利導(dǎo)地將現(xiàn)有的系統(tǒng)保護裝置從使用方法上加以改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種將現(xiàn)有的線路保護裝置有效應(yīng)用于風(fēng)電場的做法，可以實現(xiàn)對風(fēng)電場的出力大小及運行方式進行隨機性改變，從而考核線路保護裝置裝置用于風(fēng)電場時的適網(wǎng)性。本發(fā)明所述的適網(wǎng)性做法包括如下內(nèi)容1)首先要建立一個仿真模型。所述的仿真模型即是在RTDS的軟件系統(tǒng)RSCAD上建立一個虛擬的電網(wǎng)環(huán)境，它包括有風(fēng)電場、母線和傳輸線、發(fā)電機變壓器組、電流互感器、 電壓互感器、等值系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)中的各故障點，用于對線路保護裝置進行實時仿真試驗和監(jiān)控。上述的虛擬電網(wǎng)環(huán)境中，母線至少為四條，傳輸線至少為三條，風(fēng)電場通過單回傳輸線LN與無窮大系統(tǒng)相連接，同步發(fā)電機變壓器組通過雙回傳輸線麗1、麗2與無窮大系統(tǒng)連接，試驗中配備的各故障點布置在各傳輸線上的不同位置處及主變高壓側(cè)和220kV母線上，本模擬環(huán)境中共設(shè)有八個故障試驗點，通過運行試驗來調(diào)節(jié)故障類型、故障持續(xù)時間及過渡電阻的大小。2)其次是要建立起試驗檢測平臺。該平臺包含有實時數(shù)字仿真工作站(8)、RTDS 實時數(shù)字仿真器(1)、模擬量輸出板卡(2)、功率放大器(3)、線路保護裝置(4)、模擬斷路器 (5)、開關(guān)轉(zhuǎn)換裝置(6)及數(shù)字量輸入板卡(7)。試驗時，將待測的線路保護裝置(X)接入到仿真工作站的模擬試驗系統(tǒng)的線路保護裝置(4)備用位置處，置于功率放大器后，與模擬斷路器連接，該模擬斷路器通過開關(guān)量轉(zhuǎn)換裝置和數(shù)字量輸入板卡又與RTDS仿真器連接，如此閉環(huán)使RTDS實時數(shù)字仿真器可送出被測試的線路保護器兩側(cè)的二次電壓及二次電流，接收的是斷路器各位置接點信號。具體運行方式是，實時仿真器通過模擬量輸出板卡輸出模擬量，經(jīng)功率放大器輸出的電壓、電流量接入線路保護裝置的模擬量采集通道，線路保護裝置(4)發(fā)出的分、合閘指令接到模擬斷路器(5)的分、合閘回路，模擬斷路器(5)的位置接點通過開關(guān)量轉(zhuǎn)換裝置(6)與數(shù)字量輸入板卡(7)連接，最終反饋到實時數(shù)字仿真器，在試驗過程中改變故障類型使線路保護裝置(4)動作，使之發(fā)出分、合閘指令直接動作于模擬斷路器(5)的分、合閘回路；模擬斷路器(5)的分、合閘位置接點反饋回RTDS，最終切斷故障電流。3)通過上述建立起的實時仿真工作站來進行各類閉環(huán)試驗，其中的線路保護裝置 (X)是待測部件。按照試驗要求可進行的試驗項目包括風(fēng)電場主變壓器高壓側(cè)分別接地和不接地情況下的區(qū)、內(nèi)外瞬時性金屬性故障及永久性金屬性故障，暫態(tài)超越試驗及70% 處動作時間測試，發(fā)展性故障及經(jīng)過渡電阻故障，系統(tǒng)振蕩及振蕩中再發(fā)生故障，系統(tǒng)頻率偏移，線路空載合閘充電、解合環(huán)及手合帶故障線路，TV、TA斷線，TA飽和試驗，直流電源斷續(xù)及直流電源波動試驗及故障再現(xiàn)，在試驗過程中來調(diào)節(jié)風(fēng)電場的功率及運行方式，同時， 根據(jù)試驗結(jié)果分析出風(fēng)電場故障時故障特性，從而確認線路保護裝置用于風(fēng)電場時的適應(yīng)性，并促進生產(chǎn)廠家從原理上加以改正，由此可調(diào)節(jié)線路保護裝置使之達到有效保護風(fēng)電并網(wǎng)的作用。本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是首先是能保證待用的線路保護裝置能有效安全用于風(fēng)電場中；通過已建立的RTDS風(fēng)電場仿真模型，可對大規(guī)模高電壓等級風(fēng)電場接入系統(tǒng)時對其故障新特性研究，提供相似的仿真試驗場地；通過對這一方法的應(yīng)用，可明確以縱聯(lián)距離為主保護的線路保護裝置不適用于風(fēng)電線路的技術(shù)觀點，同時可明確不合理的風(fēng)電保護配置對系統(tǒng)保護存在有重大影響；本項目提供的研究成果，從電網(wǎng)的角度出發(fā)，通過風(fēng)電機組與系統(tǒng)保護的合理配合，使風(fēng)電機組可以在必要的時候支撐電網(wǎng)，避免故障的擴大化；對于風(fēng)電投資商來說，可以避免在電網(wǎng)波動時由于大規(guī)模運行風(fēng)機脫網(wǎng)，增加其有效的發(fā)電時間。


圖1是本發(fā)明做法中實時仿真運行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明做法中的模擬電網(wǎng)環(huán)境示意。圖中符號DLi為斷路器，TVi為電壓互感器，TAi為電流互感器，Ki為故障點，L、 M、N為母線。
具體實施例方式一種將線路保護裝置安全用于風(fēng)電場的做法，基本由三部分構(gòu)成，首先是要建立一個實時仿真模型，該模型具有實時仿真的包括風(fēng)力發(fā)電機在內(nèi)的電網(wǎng)環(huán)境；在此基礎(chǔ)之上，第二步建立試驗系統(tǒng)檢測平臺，該平臺包含有實時數(shù)字仿真工作站、RTDS實時數(shù)字仿真器、模擬量輸出板卡、功率放大器、線路保護裝置、模擬斷路器、開關(guān)轉(zhuǎn)換裝置及數(shù)字量輸入板卡；第三，在上述仿真工作站運行基礎(chǔ)上，按照試驗要求進行試驗檢測。這里，所述的實時仿真工作站是一個計算機管理系統(tǒng)，含有虛擬電網(wǎng)環(huán)境和實時仿真運行模型，其中的虛擬電網(wǎng)環(huán)境如圖2所示，包括有風(fēng)電場，母線L、M、N和傳輸線MN1、 MN2、LN，主變壓器組，電流互感器TA1、TA2，電壓互感器TV1、TV2，以及模擬系統(tǒng)中的各點故障Ki和等值系統(tǒng)，用于對線路保護裝置進行實時仿真試驗和監(jiān)控。其具體連接方式為風(fēng)電場通過斷路器DLl、DL2與線路LN連接，線路LN的另外一側(cè)通過斷路器DL3與等值系統(tǒng)連接，同步發(fā)電機變壓器組通過DL4、DL5、傳輸線MN1、DL6與等值系統(tǒng)連接，傳輸線MN2與麗1并聯(lián)，兩側(cè)的斷路器分別為DL7、DL8，電壓互感器TVl安裝于風(fēng)場220kV母線，電壓互感器TV2安裝于等值系統(tǒng)側(cè)母線，電流互感器TAl安裝于線路LN的風(fēng)電場側(cè)，電流互感器 TA2安裝于線路LN的系統(tǒng)側(cè)，短路試驗點Kl連接到風(fēng)電場側(cè)220kV母線上，短路試驗點K2 連接到線路LN的風(fēng)電場側(cè)，短路試驗點K3連接到線路LN中間，短路試驗點K4連接到線路 LN的系統(tǒng)側(cè)，短路試驗點K5連接到等值系統(tǒng)側(cè)母線上，K6、K7、K8連接于線路MNl的不同位置。本發(fā)明做法中的運行試驗檢測平臺由圖1所示，包含有能進行實時計算的數(shù)字仿真工作站(8)、RTDS實時數(shù)字仿真器(1)、模擬量輸出板卡O)、功率放大器(3)、待測線路保護裝置G)、模擬斷路器(5)、開關(guān)轉(zhuǎn)換裝置(6)及數(shù)字量輸入板卡(7)，可在電網(wǎng)環(huán)境配合下進行線路保護裝置閉環(huán)試驗。實時數(shù)字仿真工作站通過以太網(wǎng)與仿真器RTDS連接，其運行方式是，數(shù)字仿真器RTDS(I)通過模擬量輸出板卡( 輸出一個模擬量到功率放大器 (3)的輸入端，功率放大器(3)輸出的電壓、電流量接入到線路保護裝置(4)的模擬量采集通道，線路保護裝置(4)發(fā)出的分、合閘指令接到模擬斷路器(5)的分、合閘回路，在試驗過程中改變故障類型使線路保護裝置(4)動作，使線路保護裝置發(fā)出分、合閘指令直接動作于模擬斷路器(5)的分、合閘回路；反饋到實時數(shù)字仿真器切斷故障電流，最終形成閉環(huán)。 此外，在試驗的過程中調(diào)節(jié)風(fēng)電場出力大小、風(fēng)電場主變高壓側(cè)的接地情況，全面考核線路保護裝置用于風(fēng)電場時的適應(yīng)性。通過上述實時仿真工作站，即可進行各類閉環(huán)試驗，按照試驗要求能進行的試驗項目包括風(fēng)電場主變壓器高壓側(cè)不接地情況下的區(qū)、內(nèi)外瞬時性金屬性故障；風(fēng)電場主變壓器高壓側(cè)接地情況下的區(qū)內(nèi)、外瞬時性金屬性故障、永久性金屬性故障、暫態(tài)超越試驗及70%處動作時間測試、發(fā)展性故障、經(jīng)過渡電阻故障、系統(tǒng)振蕩及振蕩中再發(fā)生故障、系統(tǒng)頻率偏移、線路空載合閘充電、解合環(huán)及手合帶故障線路、TV斷線、TA飽和試驗、TA斷線、 直流電源斷續(xù)及直流電源波動試驗、故障再現(xiàn)，試驗過程中調(diào)節(jié)風(fēng)電場的功率及運行方式。實施舉例通過對深圳南瑞科技有限公司等7家繼電保護裝置設(shè)備制造商生產(chǎn)的 14種型號上網(wǎng)線路保護裝置開展的RTDS風(fēng)電系統(tǒng)閉環(huán)測試，發(fā)現(xiàn)以距離為原理保護(包括縱聯(lián)距離保護和距離保護)，在用于大型風(fēng)電場線路時的動作性能并不理想，出現(xiàn)了多次拒動及誤動情況。與之相反，分相電流差動保護用于風(fēng)電場的正確動作率為百分之百，明確了以縱聯(lián)距離為主保護的線路保護裝置不適用于風(fēng)電線路的技術(shù)觀點，同時明確了不合理的風(fēng)電保護配置對系統(tǒng)保護存在重大影響。申請人所在地區(qū)電網(wǎng)范圍內(nèi)根據(jù)此項研究成果， 已明確風(fēng)電線路主保護選型應(yīng)選擇縱聯(lián)差動為主保護的裝置，同時其距離后備保護應(yīng)能滿足風(fēng)電的特殊要求。綜上所述，利用風(fēng)電場模型及風(fēng)電場的現(xiàn)場錄波圖進行試驗，可提供真實準確的仿真環(huán)境，提高了驗證可能性，進而待測的線路保護裝置在通過檢測后即可安全用到風(fēng)電場。
權(quán)利要求
1.一種將線路保護裝置安全用于風(fēng)電場的做法，其總的適應(yīng)性做法包括如下內(nèi)容1)首先要建立一個實時仿真模型，該仿真模型即是一個虛擬的電網(wǎng)環(huán)境，其中的虛擬電網(wǎng)環(huán)境包括有風(fēng)電場、母線和傳輸線、發(fā)電機變壓器組、電流互感器、電壓互感器、等值系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)中的各故障點，用于對線路保護裝置進行實時仿真試驗和監(jiān)控；2)其次是要建立起試驗檢測平臺，該平臺包含有實時數(shù)字仿真工作站(8)、RTDS實時數(shù)字仿真器(1)、模擬量輸出板卡(2)、功率放大器(3)、線路保護裝置(4)、模擬斷路器(5)、 開關(guān)轉(zhuǎn)換裝置(6)及數(shù)字量輸入板卡(7)；3)通過上述建立起的實時仿真工作站，將待測的線路保護裝置(X)置于功率放大器 (3)和模擬斷路器(6)之間，即可進行各類閉環(huán)試驗檢測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種將線路保護裝置安全用于風(fēng)電場的做法，其特征在于 所述的虛擬電網(wǎng)環(huán)境中，其中的母線至少為四條，傳輸線至少三條，與斷路器和等值系統(tǒng)采用閉環(huán)方式連接，其具體連接方式為風(fēng)電場通過斷路器DLl、DL2與線路LN連接，線路LN 的另外一側(cè)通過斷路器DL3與等值系統(tǒng)連接，同步發(fā)電機變壓器組通過DL4、DL5、傳輸線麗1、DL6與等值系統(tǒng)連接，傳輸線麗2與麗1并聯(lián)，兩側(cè)的斷路器分別為DL7、DL8，電壓互感器TVl安裝于風(fēng)場220kV母線，電壓互感器TV2安裝于等值系統(tǒng)側(cè)母線，電流互感器TAl安裝于線路LN的風(fēng)電場側(cè)，電流互感器TA2安裝于線路LN的系統(tǒng)側(cè)，短路試驗點Kl連接到風(fēng)電場側(cè)220kV母線上，短路試驗點K2連接到線路LN的風(fēng)電場側(cè)，短路試驗點K3連接到線路LN中間，短路試驗點K4連接到線路LN的系統(tǒng)側(cè)，短路試驗點K5連接到等值系統(tǒng)側(cè)母線上，K6、K7、K8連接于線路麗1的不同位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種將線路保護裝置安全用于風(fēng)電場的做法，其特征在于 實時數(shù)字仿真工作站通過以太網(wǎng)與實時仿真器連接，其中，數(shù)字仿真器RTDS(I)輸出的模擬量通過模擬量輸出板卡輸出到功率放大器C3)的輸入端，功率放大器C3)輸出的電壓、電流量接入到線路保護裝置(4)的模擬量采集通道，線路保護裝置(4)發(fā)出的分合閘指令接到模擬斷路器(5)的分合閘回路，模擬斷路器(5)的位置接點通過開關(guān)量轉(zhuǎn)換裝置(6)與數(shù)字量輸入板卡(7)連接，由此，在實驗過程中改變故障類型使線路保護裝置(4)動作，使之發(fā)出分、合閘指令直接動作于模擬斷路器(5)的分、合閘回路，最終反饋到實時數(shù)字仿真器，切斷故障電流最終形成閉環(huán)試驗系統(tǒng)。
全文摘要
一種將線路保護裝置安全用于風(fēng)電場的做法，涉及電廠繼電保護，是針對現(xiàn)有的系統(tǒng)線路保護裝置存在不太適應(yīng)風(fēng)電場的保護需要提出，其做法包括如下內(nèi)容首先建立一個實時仿真模型，它是一個虛擬的電網(wǎng)環(huán)境，包含有風(fēng)電場、母線和傳輸線、發(fā)電機主變壓器組、電流和電壓互感器、等值系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)中的各故障點；其次是建立一個實驗檢測平臺，該平臺包含有實時數(shù)字仿真工作站、RTDS實時數(shù)字仿真器、模擬量輸出板卡、功率放大器、線路保護裝置、模擬斷路器、開關(guān)轉(zhuǎn)換裝置及數(shù)字量輸入板卡；之后將待測的線路保護裝置接入到檢測系統(tǒng)功率放大器后，與模擬斷路器連接來進行各類實驗。這種利用風(fēng)電場模型及風(fēng)電場的現(xiàn)場錄波圖進的行試驗，可提供真實準確的仿真環(huán)境，提高了驗證可能性，進而使待測的線路保護裝置通過檢測后可安全用到風(fēng)電場。
文檔編號H02H7/26GK102208801SQ20111014483
公開日2011年10月5日 申請日期2011年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月24日
發(fā)明者喬彩霞, 吳志敏, 安中全, 尹柏清, 張鵬, 武占國, 王江萍, 王蘊敏, 趙喜 申請人:內(nèi)蒙古自治區(qū)電力科學(xué)研究院