發變電系統及其繼電保護技術研究

張瑋

(復旦大學附屬華山醫院，后勤保障部，上海 200040)

0 引言

發電廠并網機組的穩定性和工況可靠性研究受到越來越多專家的關注。為解決該問題，需優化的發電廠并網機組發變組繼電保護控制[1]，實現對發電廠并網機組發變組繼電保護和調試。深入研究發電廠并網機組發變組繼電保護調試方法，在促進發電廠并網機組的穩定性設計和控制方面具有重要意義[2]。

對發電廠并網機組發變組繼電保護調試方法主要有基于聯合參數識別的發電廠并網機組發變組繼電保護調試方法[3]、基于阻抗增益調節的發電廠并網機組發變組繼電保護調試方法[4]以及基于模糊度控制參數融合的發電廠并網機組發變組繼電保護調試方法[5]等。傳統方法通常利用構建發電廠并網機組發變組繼電保護調試參數約束模型，通過阻抗增益調節方法，進行發電廠并網機組發變組繼電保護和自適應參數尋優，但傳統方法具有穩定性差的缺陷，且自適應控制能力不強。

為解決上述問題，本文提出基于反饋均衡控制的發電廠并網機組發變組繼電保護調試技術。根據電流分量的頻譜分析和諧波抑制，實現對發電廠并網機組發變組繼電保護的諧波頻率參數抑制和耦合頻偏控制，抑制發電廠并網機組發變組繼電保護過程中的電壓畸變，結合下垂控制和基波頻率抑制方法，實現發電廠并網機組發變組的相位的滯后補償。仿真實驗結果表明，本文方法在提高發電廠并網機組發變組繼電保護能力方面具有優越性能。

1 發電廠并網機組發變組繼電保護約束參數及負荷均衡控制

1.1 繼電保護約束參數

為實現發電廠并網機組發變組繼電保護調試，構建發電廠并網機組發變組繼電參數分析模型，采用聯合特征穩態分析方法實現對發電廠并網機組發變組繼電保護的開關耦合辨識，采用三層網絡結構模型，分析發電廠并網機組發變組繼電保護的異構特征量，通過業務管理優化控制，結合信息管理模型，實現對發電廠并網機組發變組繼電保護的過程控制和高次諧波分析[6]，結合比例-重復控制器，實現對發電廠并網機組發變組繼電保護控制和優化調試。總體結構模型如圖1所示。

圖1 總體結構模型

根據圖1所示的發電廠并網機組發變組繼電保護的調試結構模型，通過電壓畸變率參數調節和阻抗增益控制方法，構建發電廠并網機組發變組繼電保護的時滯控制和反饋增益補償模型[7]，得到發電廠并網機組發變組繼電保護控制的輸出模糊度調度函數為

F=[Am+n(a)]+rm

(1)

其中，Am為發電廠并網機組發變組繼電參數，n(a)為業務管理優化控制參數，rm為離散系統的穩定性函數。

基于此，采用輸出穩態增益控制的方法，得到發電廠并網機組發變組繼電保護的聯合參數分析模型：

(2)

其中，q(v)為等效諧波阻抗分析方法函數，z(j)為發電廠并網機組發變組繼電保護調試的輸出功率參數，sf為擾動誤差干擾的發電廠并網機組發變組控制系統的參數滿足的傳輸效率。

通過發電廠并網機組發變組繼電控制，采用聯合參數識別，建立發電廠并網機組的矢量控制模型，得到發電廠并網機組發變組繼電保護的目標函數定義為

(3)

其中，ε為一個小的常數，引入相位補償和穩態增益調節的方法，fu(χ)為并聯虛擬導納控制輸出的永磁聯合特征分布函數，σ為一個諧振條件下發電廠并網機組發變組繼電保護的融合系數。

由此構建發電廠并網機組發變組繼電保護的調試參數約束模型，基于阻抗增益調節提高繼電保護和自適應控制能力[8]。

1.2 發電廠并網機組發變組繼電保護的自適應控制

采用聯合特征穩態分析方法實現對發電廠并網機組發變組繼電保護的開關耦合辨識和聯合控制模型，根據電流分量的頻譜分析和諧波抑制，構建發電廠并網機組發變組繼電保護的諧波頻率參數抑制和耦合控制模型，結合頻偏控制的方法，構建耦合電感約束的控制增益調節模型[9]，得到發電廠并網機組發變組繼電保護的耦合電感組合參數分布圖如圖2所示。

圖2 繼電保護的耦合電感組合參數分布圖

采用聯合特征穩態分析方法實現對發電廠并網機組發變組繼電保護的開關耦合辨識和聯合控制模型。根據電流分量的頻譜分析和諧波抑制[10]，電流分量的頻譜增益輸出為

u(c)=wa(e)+sg+cosZ

(4)

其中，wa(e)為在勵磁電感Lm約束下繼電保護的耦合電感組合控制的聯合特征分布模型，sg為發電廠并網機組發變組繼電保護調試參數[11]。

在上述發電廠并網機組發變組繼電保護調試參數識別的基礎上，進行發電廠并網機組發變組繼電保護的自適應控制[11]。

2 發電廠并網機組發變組繼電保護調試優化

2.1 調試參數尋優

基于聯合參數識別，建立發電廠并網機組發變組繼電保護的狀態分布式檢測模型，通過模糊控制方法，得到發電廠并網機組發變組繼電保護的聯合調試狀態特征方程為

(5)

其中，gn為繼電保護的耦合電感分布的時滯系數，αm為最大功率發電和無功調節約束參數，gL為繼電保護的耦合慣量，h為電壓波動。

在最大功率發電和無功調節下，發電廠并網機組發變組繼電融合慣性特征量如：

(6)

其中，z1和z2分別為發電廠并網機組發變組繼電系統輸入y與其一階導數的估計，z3為有載調壓變壓器的自適應調節參數，δ為繼電融合可調參數。

采用有功波動的頻域調制方法，得到發電廠并網機組發變組繼電保護控制的反饋增益模型，通過有功無功聯合尋優，得到發電廠并網機組發變組繼電輸出的誤差抑制模型：

(7)

其中，δ為發電廠并網機組發變組繼電保護的可調參數；kp和kd分別為發電廠并網機組發變組自適應調試的比例系數和微分系數。

根據上述分析，構建發電廠并網機組發變組繼電保護的調試參數尋優模型[12]。

2.2 并網機組發變組繼電保護調試優化

建立輸出阻抗增益調節模型，采用基頻特征分布式解析方法，抑制發電廠并網機組發變組繼電保護過程中的電壓畸變，得到發電廠并網機組發變組繼電控制的聯合特征分布參數表示為

tΔ=yi+(fi+bij)+Xa

(8)

其中，yi為配網末端的有功功率參數，fi為發電廠并網機組的動態耦合的參數，bij為發電廠并網機組動態耦合控制的聯合特征分布系數。

(9)

其中，U為發電廠并網機組發變組繼電保護調試的虛擬參數。其與發電廠并網機組發變組繼電保護調試系統融合過程中，得到第i(i=1,2)通道檢測到的發電廠并網機組發變組繼電參數為vk。

經過上述公式變換，得到發電廠并網機組發變組繼電保護調試的聯合狀態關聯特征分布函數為

(10)

根據聯合狀態關聯特征分布函數，構建發電廠并網機組發變組繼電保護調試的線性控制模型，得到二次規劃模型表述為

(11)

其中，Lq表示發電廠并網機組發變組繼電保護的聯合狀態分布概率，UJ表示功率因數，UE表示微分融合參數。通過聯合狀態參數尋優，結合穩態功率增益補償，得到發電廠并網機組發變組繼電保護器輸出電壓的相位為

(12)

采用基頻特征分布式解析方法，進行發電廠并網機組發變組繼電保護過程中的電壓畸變抑制，結合下垂控制和基波頻率抑制方法，得到各次諧波頻率處等效輸出阻抗為

p(x)=G(t,s)+(Gz+Ψ)

(13)

其中，G(t,s)為發電廠并網機組發變組繼電保護控制的輸出邊值函數，Gz為在有限域GF(28)中構建的發電廠并網機組發變組繼電保護聯合調試特征量。

采用非線性算子約束和負載均衡控制方法，得到發電廠并網機組發變組繼電保護輸出的均衡調度模型為

(14)

根據輸出諧波阻抗幅值變化量，實現對發電廠并網機組發變組繼電保護調試。

3 仿真測試分析

設定發電廠并網機組的高頻補償參數為0.16，諧波阻抗為12K,諧波幅值為0.29T，得到發電廠并網機組發變組繼電器輸出的幅值和相位如圖3所示。

圖3 發電廠并網機組發變組繼電器輸出的幅值和相位

根據圖3的負載特征分析，進行繼電保護調試，得到優化輸出結果如圖4所示。

圖4 繼電保護調試輸出結果

分析圖4得知，本文方法進行發電廠并網機組發變組繼電器保護調試的輸出穩定性較高，測試負載均衡性如圖5所示。

圖5 負載均衡性測試

分析圖5得知：在第一次實驗進行時，由于實驗初始參數會出現一些偏差，運行初始階段不夠穩定，因此第一組數據不做考慮；從第3組實驗到第17組實驗可以看出，本文方法進行發電廠并網機組發變組繼電器保護調試的負載波動非常小，負載值始終保持在1%左右，說明其繼電器保護調試負載較小，優化了該方法的應用效果。以上實驗結果表明本文方法進行發電廠并網機組的繼電保護控制具有理想的負載均衡性。

4 總結

本文提出基于反饋均衡控制的發電廠并網機組發變組繼電保護調試技術。采用3層網絡結構模型，分析發電廠并網機組發變組繼電保護的異構特征量，基于阻抗增益調節，提高繼電保護和自適應控制能力。采用有功波動的頻域調制方法，得到發電廠并網機組發變組繼電保護控制的反饋增益模型，根據輸出諧波阻抗幅值變化量，實現對發電廠并網機組發變組繼電保護調試。研究得知，本文方法進行發電廠并網機組的繼電保護控制，負載均衡性較好，繼電保護控制和調試能力較強。