[發明專利]基于TLS‐ESPRIT的風場聯絡線距離保護改進方法及其系統

有效

• 申請號: 201610489890.6
• 申請日: 2016-06-29
• 公開（公告）號: CN106129973B
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 嚴淮;胡炎;邰能靈;王可
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26
• 代理公司: 上海交達專利事務所31201
• 代理人: 王毓理,王錫麟

技術領域

本發明涉及的是一種電力系統繼電保護領域的技術，具體是一種基于TLS‐ESPRIT(Total Least Squares‐estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Technique，總體最小二乘‐旋轉矢量不變技術)的風場聯絡線距離保護方法及其系統。

背景技術

我國風力資源主要集中在內蒙古、新疆等地區，距離負荷中心遠，輸電半徑長，因此主要采用大規模高電壓等級集中式的接入方案。大規模風電的接入給風電場聯絡線的繼電保護帶來了極大的挑戰，誤動拒動現象時有發生，主要的原因就在于風電場聯絡線故障電氣量表現出與常規電力系統完全不同的特征。這其中，一個突出的不同就是聯絡線故障時電氣量中存在較大的非工頻分量。

最近的研究從感應電機的暫態等效電路出發，得到了風力發電機短路電流的表達式，指出了非工頻分量的存在；也有一些文獻探討了非工頻分量對線路繼電保護的影響，指出非工頻分量的存在會影響基于傅氏方法的保護元件的準確性和可靠性，其中距離保護元件尤為明顯。針對非工頻分量的問題，采用自適應的距離保護方案來消除影響，但是該方案需要聯絡側兩側實時阻抗、電勢比等大量信息的支撐，并且需要對保護定值進行調整，在實際應用中存在諸多困難；研究指出，可以利用解微分方程方法對頻率不敏感的特性，用于風電場聯絡線的距離保護，不過該方法容易受到高頻分量的影響。

當聯絡線發生三相短路故障時，風電場側故障電流的非工頻分量為轉子頻率，轉子頻率與故障時風速相關并不唯一固定，非工頻分量的時間常數也受到Crowbar阻值的影響；而發生非對稱故障時，由于風電場的弱饋特征風電場側電氣量基本表現為工頻，可見聯絡線故障后電氣量中交流分量的個數、頻率、幅值等信息存在極大的不確定性。根據疊加原理的分析，當聯絡線發生三相短路故障時，風電場側的工頻電壓、電流量計算出的測量阻抗為負值，表示風電場側的背側阻抗；而非工頻分量信息得到的測量阻抗表示故障點到保護安裝處的線路阻抗，可以用于距離保護的整定。TLS‐ESPRIT方法能夠準確識別交流分量頻率和衰減系數、受噪聲影響小，非常適用于聯絡線故障時頻率不固定，非工頻分量時間常數受Crowbar阻值影響這一特殊場景。

發明內容

本發明針對現有技術中無法識別短路電流頻率、分離工頻分量和非工頻分量以用于距離保護的故障判據等缺陷，提出一種基于TLS‐ESPRIT方法的風場聯絡線距離保護方法及其系統，通過基于TLS‐ESPRIT方法的風電場側距離保護方法提取風電場側出現的工頻分量和非工頻分量，確定電氣量各交流分量的參數信息，計算測量阻抗，在不同故障類型、故障位置以及不同的過渡電阻條件下反映故障點位置，降低距離保護的拒動率。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明涉及一種基于TLS‐ESPRIT的風場聯絡線距離保護方法，通過對風場聯絡線故障時風電場側的電氣量信號進行前置處理，得到故障電流和故障電壓的數據序列，據以構造Hankel矩陣并進行奇異值分解，確定交流分量的個數；利用TLS‐ESPRIT方法根據交流分量的個數對各交流分量進行參數辨識，進而得到各交流分量的參數信息，并計算相應個數的交流分量下的測量阻抗，最后將測量阻抗代入距離保護判據進行保護動作判定。

所述的前置處理包括低通濾波和差分。

所述的數據序列為按照滑動時間窗選取的一個周波的電氣量數據。

所述的Hankel矩陣其中：x(1),x(2),..x(N)為A相故障電流的數據序列，N為一個周波的數據長度。

所述的奇異值分解后的Hankel矩陣其中：∑的對角元素為X的奇異值ξ₁,ξ₂,…,ξ_P,ξ_P+1,…,ξ_N/2+1的(P為復正弦信號分量個數)降序排列，∑_s和∑_n為對角陣，V_s為信號子空間，V_n為噪聲子空間，H為共軛轉置，U為酉矩陣，U_s為信號酉矩陣，U_n為噪聲酉矩陣。

所述的確定電氣量交流分量的個數是指：選取數值K，使其滿足ξ_i/ξ₁≥K，ξ_i+1/ξ₁＜K，其中：i＝1,2,...,N/2+1；此時為交流分量的個數，表示向上取整數。