[发明专利]适用于逆变型电源场站送出线路的方向元件设计方法

说明书

本发明公开了一种适用于逆变型电源场站送出线路的方向元件设计方法，包括：分析逆变型电源相间回路和相对地回路的高频阻抗模型；基于分析结果，构造适用于逆变型电源场站送出线路的方向元件，从而利用保护安装处测得的阻抗角特性判别故障方向。该方法能够可靠区分正反向故障。

技术领域

本发明涉及电力系统分析技术领域，尤其涉及一种适用于逆变型电源场站送出线路的方向元件设计方法。

背景技术

大规模新能源并网发电已经成为我国能源电力领域发展的重要方向。然而逆变型新能源电源故障特性受低电压穿越控制策略的影响，其等效的正负序阻抗角不再恒定，因此传统基于故障分量的方向元件均存在拒动或者误动的可能，因此研究适用于逆变型电源送出线路的方向元件十分必要。

目前，对于送出线路的纵联保护的研究成果较少。现有方法主要是集中在时域和工频幅值两个方面。在时域上，提出了一种基于R-L模型的方向元件去判断风电场汇集线路的故障方向，但是考虑到在故障后的第一个周波内，电压电流信号受故障电流限幅器影响严重，因此基于时域的算法面临运行挑战。也有学者提出了利用等值突变量阻抗的幅值大小特性构成方向元件。由于新能源的等值正负序突变量阻抗远远大于同步系统的内电抗，且在新能源送出线路正方向故障时，保护所测量的阻抗特性为新能源的阻抗特性，当反方向故障时，体现的是同步系统特性，因此可以可靠区别故障方向。但是由于新能源电源在弱出力情况下发生故障，其故障后的电流可能并非工频电流，因此这种方法的动作性能也会受到影响，因此有必要研究新的方向元件。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于逆变型电源场站送出线路的方向元件设计方法，能够可靠区分正反向故障。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种适用于逆变型电源场站送出线路的方向元件设计方法，包括：

分析逆变型电源相间回路和相对地回路的高频阻抗模型，并确定使高频阻抗模型具有稳定相位角的频率范围；

基于分析结果，构造适用于逆变型电源场站送出线路的方向元件，从而利用保护安装处测得的阻抗角特性判别故障方向。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，该方法利用在高频范围内，逆变型电源的高频阻抗角稳定在90°这一特点，构造了适用于逆变型电源送出线路的方向元件。该方法克服了工频下逆变型电源的内阻抗受故障条件影响而变化的问题，能够正确判断正向和反向故障。由于采用了高于电流环带宽的频率范围，因此所提方法基本不受控制策略。另外，该方法的动作性能只取决于逆变型电源的高频阻抗，因而不受过渡电阻的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的一种适用于逆变型电源场站送出线路的方向元件设计方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的电压阶跃信号以及对应的拉普拉斯变换示意图；

图3为本发明实施例提供的逆变型电源送出线路拓扑图；

图4为本发明实施例提供的逆变型电源的四种高频阻抗结构示意图；

图5为本发明实施例提供的逆变型电源高频阻抗模型的统一结构示意图；

图6为本发明实施例提供的送出线路发生正方向故障等效电路图；

图7为本发明实施例提供的工作流程图；

图8为本发明实施例提供的在各种控制策略下所提方向元件的动作性能示意图；

图9为本发明实施例提供的不同过渡电阻下的动作性能示意图；