風(fēng)電場對變壓器保護(hù)的影響分析

1、    風(fēng)電場對變壓器保護(hù)的影響分析    劉保峰等1、引言雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)組（doubly-fed induction generator，dfig）因其所獨有的優(yōu)越性在風(fēng)力發(fā)電中得到了廣泛的應(yīng)用，成為目前風(fēng)電機(jī)組的主流機(jī)型。因此，雙饋風(fēng)機(jī)的并網(wǎng)對原有繼電保護(hù)的影響成為集中研究的熱點。為了研究雙饋風(fēng)電機(jī)組的頻率偏移特性對變壓器保護(hù)的影響，首先搭建雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。介紹了dfig風(fēng)電機(jī)風(fēng)機(jī)側(cè)定子磁鏈定向矢量控制和網(wǎng)側(cè)功率解耦控制方法的設(shè)計?；跈C(jī)組容量加權(quán)的參數(shù)聚合法把風(fēng)電場等值成一臺等值風(fēng)電機(jī)組。本文正是根據(jù)這些原理搭建50mw dfig模型，以某地區(qū)實

2、際風(fēng)電接入為例對變壓器保護(hù)進(jìn)行仿真。2、雙饋電機(jī)組風(fēng)電場暫態(tài)特性分析在pscad/emtdc電磁暫態(tài)平臺建立某地區(qū)50mw雙饋風(fēng)電機(jī)組集中接入仿真系統(tǒng)如圖1所示。系統(tǒng)參數(shù)如下：220kv側(cè)系統(tǒng)，短路容量：1719mva，短路電流：4.32ka。短路阻抗模30。送出線路參數(shù)：正序阻抗0.132+j0.38/km，負(fù)序阻抗0.396+j1.15/km，線路全長10.2km；風(fēng)電場主變壓器參數(shù)：額定容量50mva，阻抗電壓百分比u（%）=10.32，短路損耗181.7kw，空載損耗32.4kw。風(fēng)電集群再升壓變壓器額定容量50mva，額定電壓38.5kv/121kv/235kv，阻抗電壓百分比ua1

3、2（%）=13.65，ua23（%）=23.04，ua13（%）=7.49。仿真在t=4s時在風(fēng)電場的送出線中點k點發(fā)生三相故障系統(tǒng)側(cè)電流，風(fēng)電場側(cè)電流，系統(tǒng)側(cè)電壓和系統(tǒng)側(cè)電壓如圖2和圖3所示，圖4為輸出功率變化。雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)為變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)，在正常運行狀態(tài)下，轉(zhuǎn)速的變化范圍在0.7pu1.3pu之間。當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落時，風(fēng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩減少，為了維持風(fēng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械轉(zhuǎn)矩的平衡，這時系統(tǒng)側(cè)變頻器工作在整流狀態(tài)，機(jī)側(cè)變頻器工作在逆變狀態(tài)，通過穩(wěn)態(tài)解耦控制增大勵磁電流。雙向的電壓源變換器是由電力電子器件構(gòu)成，過高的電流會損耗變換器，因此當(dāng)感應(yīng)到過高的轉(zhuǎn)子電流時接入crowbar保護(hù)電路，為轉(zhuǎn)子

4、中產(chǎn)生的過電流提供一條旁路通道，配合變換器在故障期間持續(xù)運行，向電網(wǎng)饋送無功功率，對電網(wǎng)電壓提供支撐。crowbar保護(hù)投入后此時雙饋感應(yīng)電機(jī)的特性可以等價一普通的異步發(fā)電機(jī)。故障期間衰減的交流分量占了雙饋電機(jī)定子電流的主要部分，其與故障發(fā)生時風(fēng)機(jī)在狀態(tài)有關(guān)，雙饋風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化范圍在0.7pu-1.3pu之間，因此雙饋風(fēng)機(jī)定子故障電流頻率變化范圍為50（1+30%）hz之間。從圖2可以看出，系統(tǒng)側(cè)電流在故障發(fā)生時主要為工頻，風(fēng)電場側(cè)電流不再保持工頻。如下圖4可看出故障發(fā)生時，不同工況下，定子電流頻率偏移。風(fēng)電場變壓器保護(hù)目前主要采用縱聯(lián)差動保護(hù)，其原理是基于流過變壓器原邊和副邊的電流、電壓頻率

5、不發(fā)生變化，然后根據(jù)電流差動原理判別故障。而雙饋風(fēng)電機(jī)組的這種頻率偏移特性會對原有的保護(hù)產(chǎn)生影響。3、風(fēng)電場變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)3.1比率差動保護(hù)風(fēng)電場送出變壓器常常采用ynd11的接線方式，這種接線方式使星形側(cè)電流落后于三角形側(cè)電流300。這就會使變壓器正常運行或區(qū)外故障時所計算差動電流不為零，因此必須消除這種不平衡電流對差動電流的影響。對于微機(jī)繼電保護(hù)可將ynd11接線變壓器的兩側(cè)電流互感器采用星形接線，由軟件實現(xiàn)電流互感器變比和相位的調(diào)整。3.2二次諧波判別通過檢測差流中二次諧波含量的大小來判斷是否為勵磁涌流，從而達(dá)到及時閉鎖縱聯(lián)差動保護(hù)，防止保護(hù)誤動作。勵磁涌流的判據(jù)為：id2>k

6、2id1（1）式中：id2為差流中的二次諧波電流；id1為差流中的基波電流；k2為二次諧波制動系數(shù)，一般取0.150.2。3.3差流速斷保護(hù)在變壓器差動保護(hù)中，當(dāng)在保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重故障時，大量的諧波會在二次電流中出現(xiàn)使涌流元件誤認(rèn)為勵磁涌流而拒動或延遲動作。因此為了在變壓器內(nèi)部故障時動作可靠性，設(shè)置差動速斷保護(hù)。差動速斷保護(hù)的整定值應(yīng)躲過變壓器最大勵磁涌流或外部短路最大不平衡電流，其值為410額定電流。4、仿真算例及結(jié)果分析根據(jù)變壓器縱聯(lián)差動保護(hù)原理在pscad/emtdc中搭建變壓器保護(hù)模塊主變型號：sfz11-50000/110；額定電壓：115±8×1.25%/36

7、.5kv；主變一次接線：yn/d11；差動二次接線：y0/y012；高壓側(cè)ct變比：400/1；低壓側(cè)ct變比：1000/1；差動電流啟動值為：0.4ie；比率制動系數(shù)k=0.5，2次諧波制動系數(shù)k2=0.15，差流速斷電流8ie。系統(tǒng)仿真模型仍采用某地區(qū)50mw雙饋風(fēng)機(jī)集中接入仿真系統(tǒng)如圖4所示，系統(tǒng)各參數(shù)值不變，發(fā)生故障時轉(zhuǎn)速為0.8pu，頻率為40hz.線路中點k點t=4s時發(fā)生三相短路故障。a相縱聯(lián)差動動作曲線、差動動作結(jié)果、二次諧波含有量如圖5、圖6、圖7所示。從圖7可以看出差動量和制動量不再保持恒定，在差動量和制動量中會含有其它頻率的分量。保護(hù)會首先判斷是否超高差流速斷的定值，差流

8、結(jié)果沒超高定值不會動作。由圖6差動動作結(jié)果可以看出，在故障初始階段，在0-40ms內(nèi)比率制動會可靠動作，但隨著制動量和動作量的大小的變化，動作曲線會由動作區(qū)向制動區(qū)偏移，導(dǎo)致拒動。由二次諧波所占比率可以看出，在故障發(fā)生時刻二次諧波含量增加，由于風(fēng)電場頻率的偏移導(dǎo)致比率制動被閉鎖，隨著短路電流的衰減閉鎖關(guān)斷而此時比率制動又不能可靠動作，從而使動作時間延長并不可靠動作。5、結(jié)論本文從實際雙饋風(fēng)電機(jī)組接入時的短路特性中得出得出雙饋風(fēng)電機(jī)組在送出線路發(fā)生故障后頻率發(fā)生偏移。風(fēng)電場測保護(hù)側(cè)的的頻率與故障發(fā)生前風(fēng)電機(jī)組的狀態(tài)有關(guān)，不再保持工頻量，系統(tǒng)側(cè)保護(hù)測得的主要為工頻量。而現(xiàn)有的常規(guī)變壓器保護(hù)主要根據(jù)雙側(cè)或三側(cè)在故障前后電壓、電流具有相同的頻率，利用