关键词:
故障性涌流
模型识别
电力电子化电力系统
可再生能源
变压器保护
摘要:
随着电力电子技术的进步和新能源的大规模开发利用,传统电力系统向着多样化电力电子装备为主的电力系统转变。在这个过程中,电力变压器由于承担着不同电压等级的电网互联以及功率交换的作用,其安全可靠运行对电网的稳定至关重要。近年来,国内外电力系统中,可再生能源基地、高压直流换流站等地点发生了多起变压器相关事故,给电力系统的可靠运行带来了挑战。变压器保护存在的问题在电力系统电力电子化趋势下日益凸显,有必要展开深入研究。在以往的研究中,变压器保护基本分为两类,一类是电流特征识别法,一类是电磁参数识别法。电流特征识别法利用信号分析方法研究变压器电流波形特征,从而区分不同工况,如利用小波分析研究励磁涌流的奇异性。这类方法通常不具有明确的物理意义,提取的数学特征容易受到复杂场景的干扰。电磁参数识别法引入电压量,求取等效励磁电感、磁通量等变压器电磁量,依据电磁参数的变化设置保护。这类方法可以从一定程度上反映变压器物理参数的变化,但现有研究常采用工频电路模型和折线磁化特性等简化方法,难以实现对变压器暂态过程(如励磁涌流)的精确分析,未能充分利用变压器电磁模型研究的成果。本文对变压器模型识别的基本问题进行分析和研究。首先从参数可辨识性、参数灵敏度、运算复杂性等方面进行分析,选择适用于变压器保护的电磁模型。然后在单相变压器上研究利用电压电流量的电磁建模方法,考虑物理约束、数学约束构建以拟合曲线误差最小为目标的模型参数识别函数,并筛选出优良的智能算法用于模型的参数辨识。最后,研究不同接线、不同结构以及用于换流站的三相变压器中建模及参数辨识的特殊问题,并给出相应的解决方案。基于模型识别提出一种变压器保护方法,该方法基于完成参数辨识的电磁模型,利用电压量和电流量进行在线模型匹配分析,依据匹配度判定内部故障。电磁模型描述的磁化特性受到剩磁的影响,且该数值难以量测,在线模型匹配分析采用差分形式消除了剩磁的影响,保证算法的可靠性。从实用性角度对提出的变压器保护方法进行研究,基于电压量和电流量获取变压器在不同工况下的磁化曲线,定性分析该算法的可行性和优越性。在PSCAD和MATLAB/Simulink软件中搭建各类变压器扰动与故障工况的仿真,将本文提出的保护方案与传统的差动保护对比验证。结果表明,基于模型识别的变压器保护可以良好地应对各种工况,在内部故障识别方面具有更高的准确性。在PSCAD软件中搭建电力电子化电力系统仿真平台,针对直流输电换流变直流偏磁、风电场送出变压器频率偏移、整流侧换流变压器故障性涌流三种场景进行仿真,并分析传统变压器保护应对这些场景的局限性。利用本文提出的保护算法在上述三种场景下验证,结果表明,算法在电力电子化电力系统复杂场景下依然有良好的可靠性,有利于保障电力系统新形势下变压器的安全、稳定运行。