阅读说明：本技术 一种适用于光伏电站主变压器的差动保护方法 (Differential protection method suitable for main transformer of photovoltaic power station ) 是由 安源 李乐 郝治国 孟瑾 苏瑞 杨仁志 郑申印 耿辉 石赫晨宇 于 2021-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种适用于光伏电站主变压器的差动保护方法,包括：通过电流互感器采集光伏电站主变压器差动保护处于闭锁时两侧的三相电流,通过相量求和得到三相差动电流；比较二次谐波相位与基波二倍相位的差值,将上述差值的变化时刻确定为差动电流突变时刻；计算三相差动电流在差动电流突变时刻的二次谐波比,比较二次谐波比是否高于故障定值,若高于定值,则保护开放切除故障,直到低于涌流的定值,保护退出闭锁。可以使光伏电站主变压器的差动保护因两类涌流闭锁并遭受内部故障时,仍能够可靠区分内部故障状态并及时开放,防止了由于光伏电源提供的短路电流带来的高含量二次谐波导致的保护拒动作行为。(The invention discloses a differential protection method suitable for a main transformer of a photovoltaic power station, which comprises the following steps: collecting three-phase currents on two sides of a main transformer differential protection of a photovoltaic power station when the main transformer differential protection is locked through a current transformer, and obtaining three-phase differential currents through phasor summation; comparing the difference value between the second harmonic phase and the double phase of the fundamental wave, and determining the change time of the difference value as the mutation time of the differential current; and calculating a second harmonic ratio of the three-phase differential current at the moment of sudden change of the differential current, comparing whether the second harmonic ratio is higher than a fault fixed value, if so, protecting the opening and cutting off the fault until the second harmonic ratio is lower than the fixed value of the inrush current, and protecting the closing and the locking. The differential protection of the main transformer of the photovoltaic power station can still reliably distinguish the internal fault state and open in time when the differential protection is locked and suffers from internal faults due to two types of inrush currents, and the action refusing of protection caused by high-content second harmonic waves due to short-circuit current provided by a photovoltaic power supply is prevented.)

一种适用于光伏电站主变压器的差动保护方法

技术领域

本发明属于变压器技术领域，涉及一种适用于光伏电站主变压器的差动保护方法。

背景技术

差动保护作为光伏电站主变压器配置的主保护之一，具有可靠区分保护区内、外故障并能瞬时切除内部故障以及躲避励磁涌流等干扰的优点，对于光伏电站的安全运行起着极其重要的作用。由于大多数情况下为了满足电网调度和厂用电需求以及自然能源波动特性，光伏电站中主变压器大都在工作和停运两个状态之间切换，期间一台主变压器空载合闸会导致其端电压突变，致使铁心磁通饱和进而会产生励磁涌流，由于光伏电站靠近系统侧的阻抗参数较大即产生的耦合关系较强，与之并列运行的主变压器就会产生类似性质的和应涌流，差动保护对于两类涌流的处理方法目前还是沿用传统的二次谐波闭锁方法。此外，当主变压器发生区内故障时，由于光伏发电单元中逆变器等电力电子器件的存在，使得光伏电源提供的短路电流中可能含有较大的二次谐波含量。因此，当光伏电站主变压器差动保护因两类涌流处于闭锁同时遭受内部故障时，由于光伏电源提供的短路电流带来的高含量二次谐波，会使得保护在内部故障时误以为仍是涌流状态继续闭锁，从而无法及时开放去切除内部故障而产生拒动作。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于光伏电站主变压器的差动保护方法，解决了现有技术中存在的因涌流闭锁的差动保护在内部故障时，由于光伏电源提供的短路电流带来的高含量二次谐波，导致保护无法及时开放去切除内部故障而产生拒动作的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种适用于光伏电站主变压器的差动保护方法，包括以下步骤：

步骤1、通过电流互感器采集光伏电站主变压器差动保护处于闭锁时的两侧三相电流通过相量求和得到三相差动电流；

步骤2、比较三相差动电流中二次谐波相位与基波二倍相位的差值Δθ，将Δθ值的变化时刻确定为差动电流突变时刻；

步骤3、计算三相差动电流在差动电流突变时刻的二次谐波比K_d，比较K_d是否高于定值K_dset,fault，若K_d高于定值K_dset,fault，则切除故障，直到K_d低于涌流的定值K_dset,inrush，保护退出闭锁。

本发明的特点还在于：

差动电流突变时刻为Δθ的值在0°或者180°上下波动的时刻。

定值K_dset,fault取涌流持续过程中的最大值。

涌流的K_dset,inrush取常规涌流闭锁定值的0.15-0.2。

Δθ值的变化时刻通过采取数值积分学科中的曲线拟合方法得到。

本发明的有益效果是：

本发明一种适用于光伏电站主变压器的差动保护方法，可以使光伏电站主变压器的差动保护在涌流闭锁状态时，仍然能够可靠正确的区分内部故障状态并及时开放；基于光伏电站主变压器差动保护发生内部故障时差动电流的二次谐波比高于涌流时的二次谐波比最大值，确立了内部故障时刻的二次谐波比定值，从而及时将差动保护开放切除故障，防止了光伏系统在内部故障时带来的高含量二次谐波导致的差动保护拒动作，从而确立了一种区分性能优良的差动保护工作模式。

附图说明

图1是本发明一种适用于光伏电站主变压器的差动保护方法的流程图；

图2是本发明一种适用于光伏电站主变压器的差动保护方法的差动保护仿真示意图；

图3是本发明一种适用于光伏电站主变压器的差动保护方法中涌流与故障存在时的三相差动电流和二次谐波比波形图；

图4是本发明一种适用于光伏电站主变压器的差动保护方法中差动电流相位差变化规律图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

一种适用于光伏电站主变压器的差动保护方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1、通过电流互感器采集光伏电站主变压器差动保护处于闭锁时的两侧三相电流通过相量求和得到三相差动电流；

步骤2、比较三相差动电流中二次谐波相位与基波二倍相位的差值Δθ，将Δθ在0°或者180°上下波动的时刻确定为出差动电流突变时刻；

差动电流突变时刻的判断原理为：通过对已有的故障电流录波数据，采取数值积分学科中的曲线拟合方法得到差动电流中的Δθ值在涌流闭锁过程中的变化：由于和应涌流自由分量衰减速率较为缓慢，Δθ的值基本保持在0°或者180°，而在故障时的短路电流自由分量衰减速率较快，Δθ的值在0°或者180°上下波动。因此，可以根据Δθ的值来甄别差动电流中故障电流的出现时刻。

步骤3、根据三相差动电流计算突变时刻的二次谐波比K_d，比较K_d是否高于定值K_dset,fault，若K_d高于定值K_dset,fault，则切除故障，直到K_d低于涌流的定值K_dset,inrush，保护退出闭锁；其中，定值K_dset,fault取涌流持续过程中的最大值，涌流的定值K_dset,inrush取常规涌流闭锁定值的0.15-0.2。

通过以上方式，本发明一种适用于光伏电站主变压器的差动保护方法，可以使光伏电站主变压器的差动保护处于涌流闭锁状态时，在受到内部故障时光伏系统带来的高含量二次谐波情况下，仍然能够可靠正确的区分内部故障状态并及时开放；基于光伏电站主变压器差动保护发生内部故障时差动电流的二次谐波比高于涌流时的二次谐波比最大值，确立了内部故障时刻的二次谐波比定值，从而及时将差动保护开放切除故障，防止了光伏系统在内部故障时带来的高含量二次谐波问题导致的差动保护拒动作，从而确立了一种区分性能优良的差动保护工作模式。

实施例

如图2所示，本实施例给出了50MW容量光伏电站仿真模型，设置变压器T1空载合闸，运行变压器T2保护区内f1处发生故障。

步骤1、通过电流互感器采集光伏电站主变压器差动保护处于闭锁时的两侧三相电流通过相量求和得到三相差动电流，如图3所示；

步骤2、比较三相差动电流中二次谐波相位与基波二倍相位的差值Δθ，通过余弦曲线拟合得到Δθ的变化特征如图4所示，将Δθ在0°或者180°上下波动的时刻确定为差动电流突变时刻；

步骤3、计算三相差动电流在突变时刻的二次谐波比K_d，比较K_d是否高于定值K_dset,fault，若K_d高于定值K_dset,fault，则切除故障，直到K_d低于涌流的K_dset,inrush，保护退出闭锁；其中，通过模拟各类内部故障后的三相K_d,fault高于涌流持续过程中的最大值K_d,inrush来设置，见表1，对于定值K_dset,inrush取常规的0.15-0.2。

表1不同内部故障时的二次谐波比