大规模风电接入系统的继电保护

随着风电接入系统的容量逐年增大，其对电网安全稳定运行的影响已不容忽视。由于风机自身有别于传统同步机的电路拓扑和控制方式，风电接入系统对扰动的响应特征也异于常规系统。现有的继电保护原理基于常规系统故障特征构建，已不能接近适用于风电接入系统，因此有必要研究更加具有针对性的保护新原理。本书旨在系统性地介绍风电接入系统的继电保护问题，全书包含8章，第1章分析直驱风电机组和双馈风电机组的电磁暂态建模；第2章介绍风电接入系统的故障特征；第3章阐述适用于风电接入系统继电保护的基本理论；第4～7章分别介绍现有故障选相元件、故障方向元件及距离保护和纵联保护在风电接入系统中的适应性及新原理；第8章介绍风电场内的保护问题。

序
前言
第 1章风电系统电磁暂态模型 1
1.1 风电机组数学模型 1
1.1.1 双馈风电机组 1
1.1.2 直驱风电机组 12
1.2 面向继电保护分析的风电机组简化建模方法 14
1.2.1 简化建模的必要性 14
1.2.2 基于等效受控源的双馈风机简化建模方法 16
1.2.3 保留受控特性和能量平衡的直驱风机简化建模方法 32
1.2.4 基于试验拟合的直驱风机简化建模方法 41
1.3 单机-机群等值建模的可行性分析 50
1.3.1 风机地理位置分布特性影响分析 50
1.3.2 风速分布特性影响分析 53
1.3.3 仿真验证 54
1.4 本章小结 61
参考文献 62
第2章面向继电保护的风电系统故障特征分析63
2.1风机的特征63
2.2双馈风电机组故障特征64
2.2.1 短路电流特征 64
2.2.2 序阻抗特征 65
2.3直驱风电机组故障特征66
2.3.1 适用于短路电流分析的直驱风机简化模型 66
2.3.2 短路电流的迭代求解方法 67
2.3.3 短路电流时域表达式推导 79
2.3.4 序阻抗特征 97
2.4风电场故障特征 98
2.4.1 弱馈特征 99
2.4.2 频率特征 100
2.4.3 序阻抗特征 100
2.5 现场故障录波数据验证 103
2.6 本章小结 107
参考文献 108
第 3章风电接入系统继电保护基本理论 110
3.1 保护适应性分析的基本方法 110
3.2 参数识别继电保护基本原理 111
3.2.1 线性网络参数识别的基本思想 111
3.2.2 RLC网络频域法参数识别 112
3.2.3 RLC网络时域法参数识别 113
3.2.4 基于参数识别的继电保护 114
3.3模型识别继电保护基本原理 115
3.3.1 故障模型的定义 115
3.3.2 模型误差的表征 119
3.3.3 模型误差分析 122
3.4 本章小结 126
参考文献 126
第4章故障选相元件 127
4.1序分量选相元件适应性分析 127
4.1.1 基本原理 127
4.1.2适应性分析 134
4.1.3仿真及录波数据验证 137
4.2相电流差突变量选相元件适应性分析 141
4.2.1 基本原理 141
4.2.2 适应性分析 144
4.2.3 仿真及录波数据验证 148
4.3适用于风电接入系统的选相原理 150
4.3.1相电压暂态特征分析 150
4.3.2基于时域相电压暂态量的选相判据 155
4.3.3仿真及录波数据验证 158
4.4本章小结 161
参考文献 162
第 5章 故障方向元件 163
5.1基于序故障分量的方向元件 163
5.1.1基本原理 163
5.1.2适应性分析 164
5.1.3仿真及录波数据验证 165
5.2基于相电气量故障分量的方向元件 167
5.2.1基本原理 167
5.2.2适应性分析 170
5.2.3仿真及录波数据验证 172
5.3基于时域模型识别的方向元件 175
5.3.1正反向故障模型 175
5.3.2基于时域全量模型识别的方向判据 177
5.3.3仿真及故障录波数据验证 178
5.4本章小结 183
参考文献 183
第 6章距离保护 184
6.1距离保护的基本原理 184
6.2距离保护的适应性 185
6.3本章小结 190
参考文献 190
第 7章纵联保护 191
7.1纵联保护适应性 191
7.1.1 工频电流差动保护 191
7.1.2 工频电流突变量差动保护 196
7.1.3 纵联距离保护 201
7.1.4 纵联方向保护 202
7.2基于时域模型识别的纵联保护 202
7.2.1 输电线路区内外故障时域模型 203
7.2.2 保护判据 204
7.2.3 保护算法性能分析 205
7.2.4 仿真验证 206
7.3本章小结 211
参考文献 212
第 8章风电场内保护 213
8.1集电线系统的拓扑结构 213
8.2集电线单相接地故障保护 215
8.2.1 中性点接地方式 216
8.2.2 基于参数识别的中性点经消弧线圈接地风电场单相接地选线方法 225
8.3集电线相间故障保护 234
8.3.1 现有风电场内相间保护的配置 234
8.3.2 现有保护的性能分析 235
8.3.3 相间故障保护配合新方法 238
8.4基于导纳参数识别的风电场集电母线保护 245
8.4.1 基本原理 245
8.4.2 保护判据 247
8.4.3 仿真验证 248
8.5本章小结 251
参考文献 252