发变电系统及其继电保护技术研究

张玮

(复旦大学附属华山医院，后勤保障部，上海 200040)

0 引言

发电厂并网机组的稳定性和工况可靠性研究受到越来越多专家的关注。为解决该问题，需优化的发电厂并网机组发变组继电保护控制[1]，实现对发电厂并网机组发变组继电保护和调试。深入研究发电厂并网机组发变组继电保护调试方法，在促进发电厂并网机组的稳定性设计和控制方面具有重要意义[2]。

对发电厂并网机组发变组继电保护调试方法主要有基于联合参数识别的发电厂并网机组发变组继电保护调试方法[3]、基于阻抗增益调节的发电厂并网机组发变组继电保护调试方法[4]以及基于模糊度控制参数融合的发电厂并网机组发变组继电保护调试方法[5]等。传统方法通常利用构建发电厂并网机组发变组继电保护调试参数约束模型，通过阻抗增益调节方法，进行发电厂并网机组发变组继电保护和自适应参数寻优，但传统方法具有稳定性差的缺陷，且自适应控制能力不强。

为解决上述问题，本文提出基于反馈均衡控制的发电厂并网机组发变组继电保护调试技术。根据电流分量的频谱分析和谐波抑制，实现对发电厂并网机组发变组继电保护的谐波频率参数抑制和耦合频偏控制，抑制发电厂并网机组发变组继电保护过程中的电压畸变，结合下垂控制和基波频率抑制方法，实现发电厂并网机组发变组的相位的滞后补偿。仿真实验结果表明，本文方法在提高发电厂并网机组发变组继电保护能力方面具有优越性能。

1 发电厂并网机组发变组继电保护约束参数及负荷均衡控制

1.1 继电保护约束参数

为实现发电厂并网机组发变组继电保护调试，构建发电厂并网机组发变组继电参数分析模型，采用联合特征稳态分析方法实现对发电厂并网机组发变组继电保护的开关耦合辨识，采用三层网络结构模型，分析发电厂并网机组发变组继电保护的异构特征量，通过业务管理优化控制，结合信息管理模型，实现对发电厂并网机组发变组继电保护的过程控制和高次谐波分析[6]，结合比例-重复控制器，实现对发电厂并网机组发变组继电保护控制和优化调试。总体结构模型如图1所示。

图1 总体结构模型

根据图1所示的发电厂并网机组发变组继电保护的调试结构模型，通过电压畸变率参数调节和阻抗增益控制方法，构建发电厂并网机组发变组继电保护的时滞控制和反馈增益补偿模型[7]，得到发电厂并网机组发变组继电保护控制的输出模糊度调度函数为

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

(1)

其中，Am为发电厂并网机组发变组继电参数，n(a)为业务管理优化控制参数，rm为离散系统的稳定性函数。

基于此，采用输出稳态增益控制的方法，得到发电厂并网机组发变组继电保护的联合参数分析模型：

(2)

其中，q(v)为等效谐波阻抗分析方法函数，z(j)为发电厂并网机组发变组继电保护调试的输出功率参数，sf为扰动误差干扰的发电厂并网机组发变组控制系统的参数满足的传输效率。

通过发电厂并网机组发变组继电控制，采用联合参数识别，建立发电厂并网机组的矢量控制模型，得到发电厂并网机组发变组继电保护的目标函数定义为

(3)

其中，ε为一个小的常数，引入相位补偿和稳态增益调节的方法，fu(χ)为并联虚拟导纳控制输出的永磁联合特征分布函数，σ为一个谐振条件下发电厂并网机组发变组继电保护的融合系数。

由此构建发电厂并网机组发变组继电保护的调试参数约束模型，基于阻抗增益调节提高继电保护和自适应控制能力[8]。

1.2 发电厂并网机组发变组继电保护的自适应控制

采用联合特征稳态分析方法实现对发电厂并网机组发变组继电保护的开关耦合辨识和联合控制模型，根据电流分量的频谱分析和谐波抑制，构建发电厂并网机组发变组继电保护的谐波频率参数抑制和耦合控制模型，结合频偏控制的方法，构建耦合电感约束的控制增益调节模型[9]，得到发电厂并网机组发变组继电保护的耦合电感组合参数分布图如图2所示。

图2 继电保护的耦合电感组合参数分布图

采用联合特征稳态分析方法实现对发电厂并网机组发变组继电保护的开关耦合辨识和联合控制模型。根据电流分量的频谱分析和谐波抑制[10]，电流分量的频谱增益输出为

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

(4)

其中，wa(e)为在励磁电感Lm约束下继电保护的耦合电感组合控制的联合特征分布模型，sg为发电厂并网机组发变组继电保护调试参数[11]。

在上述发电厂并网机组发变组继电保护调试参数识别的基础上，进行发电厂并网机组发变组继电保护的自适应控制[11]。

2 发电厂并网机组发变组继电保护调试优化

2.1 调试参数寻优

基于联合参数识别，建立发电厂并网机组发变组继电保护的状态分布式检测模型，通过模糊控制方法，得到发电厂并网机组发变组继电保护的联合调试状态特征方程为

(5)

其中，gn为继电保护的耦合电感分布的时滞系数，αm为最大功率发电和无功调节约束参数，gL为继电保护的耦合惯量，h为电压波动。

在最大功率发电和无功调节下，发电厂并网机组发变组继电融合惯性特征量如：

(6)

其中，z1和z2分别为发电厂并网机组发变组继电系统输入y与其一阶导数的估计，z3为有载调压变压器的自适应调节参数，δ为继电融合可调参数。

采用有功波动的频域调制方法，得到发电厂并网机组发变组继电保护控制的反馈增益模型，通过有功无功联合寻优，得到发电厂并网机组发变组继电输出的误差抑制模型：

(7)

其中，δ为发电厂并网机组发变组继电保护的可调参数；kp和kd分别为发电厂并网机组发变组自适应调试的比例系数和微分系数。

根据上述分析，构建发电厂并网机组发变组继电保护的调试参数寻优模型[12]。

2.2 并网机组发变组继电保护调试优化

建立输出阻抗增益调节模型，采用基频特征分布式解析方法，抑制发电厂并网机组发变组继电保护过程中的电压畸变，得到发电厂并网机组发变组继电控制的联合特征分布参数表示为

tΔ=yi+(fi+bij)+Xa

(8)

其中，yi为配网末端的有功功率参数，fi为发电厂并网机组的动态耦合的参数，bij为发电厂并网机组动态耦合控制的联合特征分布系数。

(9)

其中，U为发电厂并网机组发变组继电保护调试的虚拟参数。其与发电厂并网机组发变组继电保护调试系统融合过程中，得到第i(i=1,2)通道检测到的发电厂并网机组发变组继电参数为vk。

经过上述公式变换，得到发电厂并网机组发变组继电保护调试的联合状态关联特征分布函数为

(10)

根据联合状态关联特征分布函数，构建发电厂并网机组发变组继电保护调试的线性控制模型，得到二次规划模型表述为

(11)

其中，Lq表示发电厂并网机组发变组继电保护的联合状态分布概率，UJ表示功率因数，UE表示微分融合参数。通过联合状态参数寻优，结合稳态功率增益补偿，得到发电厂并网机组发变组继电保护器输出电压的相位为

(12)

采用基频特征分布式解析方法，进行发电厂并网机组发变组继电保护过程中的电压畸变抑制，结合下垂控制和基波频率抑制方法，得到各次谐波频率处等效输出阻抗为

p(x)=G(t,s)+(Gz+Ψ)

(13)

其中，G(t,s)为发电厂并网机组发变组继电保护控制的输出边值函数，Gz为在有限域GF(28)中构建的发电厂并网机组发变组继电保护联合调试特征量。

采用非线性算子约束和负载均衡控制方法，得到发电厂并网机组发变组继电保护输出的均衡调度模型为

(14)

根据输出谐波阻抗幅值变化量，实现对发电厂并网机组发变组继电保护调试。

3 仿真测试分析

设定发电厂并网机组的高频补偿参数为0.16，谐波阻抗为12K,谐波幅值为0.29T，得到发电厂并网机组发变组继电器输出的幅值和相位如图3所示。

图3 发电厂并网机组发变组继电器输出的幅值和相位

根据图3的负载特征分析，进行继电保护调试，得到优化输出结果如图4所示。

图4 继电保护调试输出结果

分析图4得知，本文方法进行发电厂并网机组发变组继电器保护调试的输出稳定性较高，测试负载均衡性如图5所示。

图5 负载均衡性测试

分析图5得知：在第一次实验进行时，由于实验初始参数会出现一些偏差，运行初始阶段不够稳定，因此第一组数据不做考虑；从第3组实验到第17组实验可以看出，本文方法进行发电厂并网机组发变组继电器保护调试的负载波动非常小，负载值始终保持在1%左右，说明其继电器保护调试负载较小，优化了该方法的应用效果。以上实验结果表明本文方法进行发电厂并网机组的继电保护控制具有理想的负载均衡性。

4 总结

本文提出基于反馈均衡控制的发电厂并网机组发变组继电保护调试技术。采用3层网络结构模型，分析发电厂并网机组发变组继电保护的异构特征量，基于阻抗增益调节，提高继电保护和自适应控制能力。采用有功波动的频域调制方法，得到发电厂并网机组发变组继电保护控制的反馈增益模型，根据输出谐波阻抗幅值变化量，实现对发电厂并网机组发变组继电保护调试。研究得知，本文方法进行发电厂并网机组的继电保护控制，负载均衡性较好，继电保护控制和调试能力较强。