风电场集电线路单相接地故障定位方法研究.pdf

电力应用模具制造 2023年第9期风电场集电线路单相接地故障定位方法研究任慧琴（国电电力河北新能源开发有限公司，河北张家口075000）【摘要】在“碳中和”背景下，以风力发电为代表的高比重可再生能源的大规模开发与应用成为了电力行业重点项目。基于此，本项目针对目前风电系统中风电系统的故障检测与诊断问题，针对风电系统中风电系统的运行特性，研究风电系统中风电系统中的多个关键节点的在线检测与诊断技术。关键词：风电场；集电线路；单相接地；故障定位中图分类号：TM614文献标识码：BDOI：10.12147/ki.1671-3508.2023.09.077Research on Locating Method of Single-phase Grounding Fault inWind Power Plant Collector LineRen Huiqin（Guodian Electric Power Hebei New Energy Development Co.,Ltd.,Zhangjiakou,Hebei 075000,CHN）【Abstract】Under the background of carbon neutrality,large-scale development and application of high-proportion renewable energy,represented by wind power generation,has become akey project in the power industry.Based on this,this project aims at the fault detection and diagnosis of the current wind power system apoplectic electric system,and the online detectionand diagnosis technology of several key nodes in the wind power system apoplectic electric system is studied according to the operation characteristics of the wind power system.Key words:wind farm；collector circuit；single-phase grounding；fault location1引言风电是一种清洁环保的电力资源，在我国的发展中起着举足轻重的作用。伴随我国“碳达峰-碳中和”发展战略的出现，落实“世界能源互联网”成为了一项重要工作，高比重新能源（如风电、光伏等）接入电力系统的比重不断提升。与此同时，随着风电场规模的日益增大，风电机组的装机容量也在日益增大，这都使得风电场的安全、稳定、稳定运行显得愈加重要1。2风力发电的体系架构当前，常用大型风电场的电气系统拓扑结构如图1所示，通常是由升压站、Z型接地变压器、集电线路和风电机组等主要电力设备构成。多台风电机组都是利用箱式变压器，经一段较短的电缆线与集电线路相连接，将风力系统的发电功率集中，再由较短的电缆线接入主变压器的35kV侧，然后经 110kV高压输电线路，实现风功率可靠外送，并将其输入到电网系统侧。所有风扇都使用双馈式异步风电机组，见图2。大规模风电机组的结构特征包括：含多个风机支路的风电场，电缆线和架空线两种不同类型的线型。从整体上讲，收集线为一种链状的布线方式，由多根收集线构成一个辐射网络。单根集流线的长度通常不大于20公里。风力发电机各支路之间的间距很小，小到数百米，大到数公里。由于场地内的风能资源分配不均匀和地形的复杂性，使场地间的空间距离有一定的差异。尽管该集流线所连接的母线是35kV，但是为了保证该集流线的安全和可靠，一般都采用 Z式接地变压器，以构成人工的中性点。244电力应用模具制造 2023年第9期风电机组系统侧主变压器110kV35kV接地变压器Rn电缆线架空线图1风电场的网络拓扑网测转子侧0.69kV/35kV风力机集电线路变压器交流器电机双馈发齿轮箱图2双馈型风力发电系统结构3风电场故障特征提取在风电机组的电力系统中，信号处理技术是最重要也是最重要的一环，它的优劣将对风电机组的电力系统进行有效的故障检测。FFT是一种可以实现时间域向频率域转换并精确获取振幅成分的有效手段，适用于风电集流线路的单相接地故障特性研究。在公式（1）中给出了这种方法的振幅-频率的离散表示2。F（）=1Nt=0N-1f（t）esp(-j2tN)（1）在以上的公式中，表示的是风电场集电线路故障信号的角频率，N表示的是风磁场集电线路的故障信号的样本点数，f(t)表示的是一个风电场的样本故障信号的序列，t表示的是与风电场的集电路线的故障信号对应的样本点。4基于多模型的风电场集电线路单相接地故障测距方法4.1风电场仿真模型和训练生成利用 EMTDC/PSCAD/EMTDC 对风电机组的单相接地故障进行了模拟计算，得到了风电机组集流线的故障数据，为风电机组集流线的故障定位提供了实验数据。具体如表1所示。表1集电线相关参数集电线型号YJLV23-26/35kV-3240LGJ250序分量正序零序正序零序电阻0.12501.25000.13100.2810电抗0.11300.39550.37201.1160电纳91.000057.00004.05062.7946由于错误数据集合是产生多射频区域位置模型的关键，所以需要选取适当且具有代表性的错误数据进行研究以获得错误数据。考虑到模拟的时间长度，这一章的训练集合将被设定为：假定在风电场的第一个电力收集线上出现了一个故障；在单相接地短路情况下，综合分析了各种故障的发生部位及瞬态电阻的混杂情况。然后，根据，对其进行了故障设置，并给出了产生风电场集流线路特定的训练故障样本组的条件。此次所列举的单相接地过渡电阻的阻值范围为0100，而涉及测试集合的过渡电阻的阻值范围为0200。4.2风电场故障分析和特征提取（1）故障特性分析。在进行故障诊断时，对信号进行分析和处理是最重要也是最基本的条件。傅立叶变换是一种有效的光谱处理技术，它不但可以在时间和频率之间进行迅速的变换，而且可以精确地获取振幅参数。并将其应用于风电集流线的故障特征研究中。若将一个单一频率复数的指数信号用作 FFT算法的输入，那么它可用式（2）表示：x（n）=A0ei（n0+0）=A0ei（2n/N+0）（2）（2）故障特征提取。数据和特性确定了一个最大值，而一个模型和算法只能用来接近它。所以，在建模过程中，对其进行特性分析是非常重要的。另外，对风电机组的故障检测能力也有很大的影响。针对风电机组运行过程中出现的大量、时序等问题，需要从其运行过程中抽取出相应的故障信号3。从实用的观点来看，在出现单相接地故障时，由于所有与该风机相连的箱型变压器35 kV侧绕组都采用了三角接线方式，因此没有向该风机中输入零序电流，其零序电流也不会被风力发电机的功率所改变。通过对零序电流基波幅度的特征性的研究，证明了该特征量可以很好地反应出集散线 245电力应用模具制造 2023年第9期路中的各种不同类型的故障情况，为集散线路的故障检测提供了一种新的方法。（3）Multi-RF故障测距器构建过程。采用多 RF方法，对风电集流线进行了故障分类与回归建模，其过程如下所述。以Bagging方法为基础，利用 Bootstrap方法，对风力发电系统的原始训练集合S中的有回复的随机采样w次，产生w个训练子集合，并将其表达为，通过 Bootstrap方法采样，可以获得不含有特定的一个失效样本点的几率，其计算方法如下（3）。P（00B）=（1-1w）w（3）针对各训练子集中，按照 CART方法构造对应的DT树。为w个培训样本子集所建立的 DT表达式被用来结合构成 RF分类错误定位符。对每个 DT树进行学习时，利用随机子空分法对每个 DT树进行结点分割。然后，在 M个数据中，以等几率随机选取子数据，作为结点分裂的候选子数据。在使用终止门限方法建立每个DT之后，不进行修剪，而是保持了该树的整体结构。另外，对一个零序基波幅值采样点 Z进行模拟，利用w树离散余弦变换得到对应的故障时间间隔T1(X)，T2(X)，Tw(X)。4.3风电场集电线路Multi-RF故障测距设计以Rrmlti-RF为基础进行的风力发电集流线的故障定位具体设计流程如下。资料预处理：在MATLAB 2018 a中，通过构建一个双馈式风力发电系统，采集系统中的零序电流，采用快速傅里叶变换（FFT）方法，对系统中的零序电流进行基波幅值的分析。优化分类器的构造：把一个简单的 RF故障间隔定位器中输入一个故障样品，然后利用一个试验样品来确定该间隔中的一个间隔，也就是把两个邻近的风扇间隔中的那个间隔给确定出来。最佳多回归机构造：为每个分段分别构造相应分段的 RF回归式故障定位机，根据这个定位机，利用步对流程中各切换台的打开和关闭条件进行控制，使各切换台的切换台关闭，从而实现了对故障间隔的预报4。5结束语由于大部分风电场位于山区、风眼等特殊的区域，其运行环境较为复杂，因此，其输电、输电、输电与线缆复合运行方式很容易发生短路事故。本项目针对我国风电机组运行过程中存在的问题，研究并开发适用于风电机组运行的在线监测与在线监测方法，将极大降低风电机组在电网运行过程中发生的断电事故，降低风电机组运行成本，提升风电机组的运行效率。参考文献1喻锟,杨理斌,曾祥君,等.风电场集电线路单相接地故障柔性电压消弧与动态保护新原理J/OL.中国电机工程学报:1-142023-05-15.2刘富州,萨仁娜,朱永利,等.基于FDM孪生网络的风电场集电线单相接地故障区段定位J.可再生能源,2023,41(03):401410.3李永丽,辛双乔,李涛,等.基于多端信息的风电场集电线路单相接地故障定位算法J.电力工程技术,2022,41(05):211.4朱永利,刘富州,张翼,等.基于改进DDAE的风电场集电线单相接地故障测距J/OL.电测与仪表:1-102023-05-15.作者简介：任慧琴，女，1986 年11月生，汉族，河北张家口人，本科，工程师，主要研究方向：新能源运行管理。（收稿日期：2023-06-06）DMM（上接第243页）6结束语由于行程开关、辅助控制器等二次元电子器件的重要性，它们的结构、品质以及合理的配置可以极大地改善电力系统的性能，从而有效地促进系统的可靠性、可用性、可靠性以及可靠性。对于保障机器设备的平稳运转，设计师必须仔细检查生产商的二级材料、二级部件的组成及其特点，以及它们的操作方式，以便保证系统的平稳与可靠。参考文献1黄宇.基于某110千伏变电站10千伏1号、2号母线失压故障分析J.电子测试,2020(21):106107,22.2靳锦华.浅析变电站35千伏系统接地故障处理J.石河子科技,2020(4):2325.3深圳供电局有限公司.10千伏备用电源自投控制方法和装置：CN202110730390.8P.2021-11-05.4杨次,王星.10千伏开关拒分原因分析及整改措施J.电工技术,2022(7):116118.5廖文彪.一起10千伏馈线开关拒动的原因分析及整改措施J.黑龙江电力,2020,42(2):173176.作者简介：童丽，女，1991年9月生，汉族，四川自贡人，研究生，电气工程师，研究方向：调度运行、变电运行。（收稿日期：2023-05-11）DMM 246