本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)過電壓的
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種利用PSCAD/EMTDC仿真軟件獲取不對稱短路故障下海上風電場單條饋線最大暫態(tài)過電壓的分析方法。
背景技術(shù)：
：大型風電場正從陸地走向海洋，推進海上風電建設(shè)不但可以保障我國能源安全，滿足能源可持續(xù)供應，也是促進節(jié)能減排的必然要求。與此同時，關(guān)于風電場的運行維護問題也得到了越來越多的關(guān)注，尤其是暫態(tài)過電壓以及由它所引起的設(shè)備絕緣故障等問題。海上風電場的工況是，海上風電的電力傳輸是通過海底電纜完成的，而海上風電場電纜布局較復雜，海底電纜較長，海底環(huán)境較為惡劣，大大增加了出現(xiàn)短路故障的概率。短路故障引起的暫態(tài)過電壓威脅著電纜集電網(wǎng)系統(tǒng)及其連接的設(shè)備(如變壓器、發(fā)電機等)安全。對海上風電場電纜集電網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)過電壓的研究，獲取不對稱短路故障下海上風電場單條饋線最大暫態(tài)過電壓，有助于選用合適的保護設(shè)備和保護措施，對提高海上風電場運行的安全可靠性具有實際意義。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，就是要提供一種獲取不對稱短路故障下海上風電場單條饋線最大暫態(tài)過電壓的分析方法。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：一種獲取不對稱短路故障下海上風電場單條饋線最大暫態(tài)過電壓的分析方法，所述方法應包括以下步驟：S1、采用電磁暫態(tài)仿真軟件，針對實際工程中風電機組以鏈式拓撲結(jié)構(gòu)連接的平行布局海上風電場，建立以海上風電場單條饋線組成的電氣系統(tǒng)為研究對象的仿真模型；S2、確定電氣系統(tǒng)中各元件參數(shù)計算方法，在仿真系統(tǒng)中設(shè)置各元件的參數(shù)，模擬由多組風機組成的大型風電場運行情況；S3、仿真電纜集電網(wǎng)中單條饋線不對稱短路故障下不同故障點的暫態(tài)過電壓波形和幅值；S4、分析以上結(jié)果，獲取不對稱短路故障下海上風電場單條饋線的最大暫態(tài)過電壓。進一步地，所述以海上風電場單條饋線組成的電氣系統(tǒng)為研究對象的仿真模型包括：等效無窮大電網(wǎng)的理想電源、主變壓器、母線、斷路器、電纜、機端變壓器、風電機組。進一步地，所述電磁暫態(tài)仿真軟件為PSCAD/EMTDC。進一步地，所述步驟S2的電氣系統(tǒng)中電纜元件參數(shù)的計算方法，在PSCAD/EMTDC仿真軟件中應按以下公式為原則進行參數(shù)設(shè)置：D＝2R(1)式中，D為電纜的外徑，R為電纜的半徑，Rc為導體半徑，Rs為隔離與半導體層厚度，Ri為第i層導體層厚度，Ii為第i層隔離層厚度。進一步地，通過把三條單芯電纜呈品字型排列來等效三芯電纜，并按以下公式為原則進行參數(shù)設(shè)置：L≥R(3)式中，L為電纜間水平方向的距離，H為電纜間垂直方向的距離。進一步地，所述步驟S2的電氣系統(tǒng)中變壓器元件參數(shù)的計算方法，在PSCAD/EMTDC仿真軟件中應按以下公式為原則進行參數(shù)設(shè)置：式中，為變壓器漏抗標幺值，Vs％為短路電壓百分比，VN為變壓器額定電壓，VB為系統(tǒng)平均額定電壓，為變壓器空載損耗標幺值，P0為變壓器空載損耗，P為變壓器額定容量，為變壓器銅耗標幺值，PC為變壓器銅耗。進一步地，所述步驟S3中仿真電纜集電網(wǎng)中單條饋線由多條海底電纜連接所得，為研究不同故障點對過電壓影響，針對每條電纜，均在仿真軟件PSCAD/EMTDC中設(shè)置兩段或多段總長等于原電纜、除長度外其他參數(shù)維持不變的電纜，用于等效故障點出現(xiàn)在單條電纜的不同位置時的情況。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點及效果：1.海上風電場結(jié)構(gòu)復雜，設(shè)備繁多，本發(fā)明進行科學合理的簡化、等效，使得海上風電場系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次清晰，易于分析。尤其是對單條饋線不對稱短路故障最大暫態(tài)過電壓的獲取更為方便。2.為研究不同故障點對過電壓影響，針對每條電纜，均在仿真軟件PSCAD/EMTDC中設(shè)置兩段或多段總長等于原電纜、除長度外其他參數(shù)維持不變的電纜，從而獲取等效故障點出現(xiàn)在單條電纜的不同位置時的情況，進而獲取不對稱短路故障下海上風電場單條饋線最大暫態(tài)過電壓。附圖說明圖1是海上風電場單條饋線電纜集電網(wǎng)系統(tǒng)布局連接示意圖；圖2是三芯電纜參數(shù)設(shè)置示意圖，；圖3是變壓器參數(shù)設(shè)置示意圖；圖4是電纜故障點等效設(shè)置示意圖；圖5是故障點設(shè)置在單條饋線上(6臺風機)示意圖；圖6是單條1.2km電纜上變化的故障點與暫態(tài)過電壓關(guān)系圖；圖7是獲取風電場單條饋線上(6臺風機)最大暫態(tài)過電壓結(jié)果圖；圖8是故障點設(shè)置在單條饋線上(7臺風機)示意圖；圖9是獲取風電場單條饋線上(7臺風機)最大暫態(tài)過電壓結(jié)果圖；圖10是兩相接地短路故障下獲取最大暫態(tài)過電壓結(jié)果圖；圖11是本發(fā)明中公開的最大暫態(tài)過電壓的分析方法的流程步驟圖。具體實施方式為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。實施例下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明，請參見附圖11，圖11是本實施例中最大暫態(tài)過電壓的分析方法的流程步驟圖。本實施例公開的一種獲取不對稱短路故障下海上風電場單條饋線最大暫態(tài)過電壓的分析方法，具體包括以下步驟：S1、采用PSCAD/EMTDC電磁暫態(tài)仿真軟件，針對實際工程中風電機組以鏈式拓撲結(jié)構(gòu)連接的平行布局海上風電場，建立以海上風電場單條饋線組成的電氣系統(tǒng)為研究對象的仿真模型；具體應用中，模型應具有且不少于：等效無窮大電網(wǎng)的理想電源、主變壓器、母線、斷路器、電纜、機端變壓器、風電機組，如附圖1。S2、確定電氣系統(tǒng)中各元件參數(shù)計算方法，在仿真系統(tǒng)中設(shè)置各元件的參數(shù)，模擬由多組風機組成的大型風電場運行情況；具體應用中，無窮大電網(wǎng)由理想電源模型等效，經(jīng)27km海底長電纜連接至220/35kV海上變壓站；電纜部分采用PSCAD/EMTDC中的基于J.Marti提出的考慮頻率特性的頻率相關(guān)(相位)線路模型，如表1所示。表1.考慮頻率特性的頻率相關(guān)(相位)線路模型參數(shù)TravelTimeInterpolation:OnCurveFittingStartingFrequency:0.5HzCurveFittingStartingFrequency:1.0E6HzTotalNumberofFrequencyIncrements:100MaximumOrderofFittingforYc:20MaximumFittingErrorforYc:0.2％Max.OrderperDelayGrp.forProp.Func.20MaximumFittingErrorforProp.Func.0.2％DCCorrection:DisabledPassivity:Disabled主母線與單組風機群的距離為1.2km，風機與風機間的距離為640m，風機經(jīng)100m電纜，0.69kV/35kV機端變壓器，80m電纜連接至單組電纜系統(tǒng)的饋線。上述電纜元件參數(shù)的計算方法，在PSCAD/EMTDC仿真軟件中應按以下公式為原則進行參數(shù)設(shè)置：D＝2R(1)式中，D為電纜的外徑，R為電纜的半徑，Rc為導體半徑，Rs為隔離與半導體層厚度，Ri為第i層導體層厚度，Ii為第i層隔離層厚度。有需要時，如附圖2所示，把三條單芯電纜呈品字型排列，用它來等效三芯電纜，應按以下公式為原則進行參數(shù)設(shè)置：L≥R(3)式中，L為電纜間水平方向的距離，H為電纜間垂直方向的距離。上述變壓器元件參數(shù)的計算方法，在PSCAD/EMTDC仿真軟件中應按以下公式為原則進行參數(shù)設(shè)置：式中，為變壓器漏抗標幺值，Vs％為短路電壓百分比，VN為變壓器額定電壓，VB為系統(tǒng)平均額定電壓，為變壓器空載損耗標幺值，P0為變壓器空載損耗，P為變壓器額定容量，為變壓器銅耗標幺值，PC為變壓器銅耗。本例中4MW機端變壓器的參數(shù)如附圖3所示，漏抗標幺值為0.062637，空載損耗標幺值為0.00113，銅耗標幺值為0.0072。風電機組模型以電感性負載進行等效，電抗值的選擇是根據(jù)變壓器的額定電流得出來的，本例中為0.379mH。為表述方便，本方法對單組內(nèi)風機進行編號，以6臺一組的風機組為例，把最遠離主母線的風機稱為1號風機，最靠近母線的風機稱為6號風機。S3、仿真電纜集電網(wǎng)中單條饋線不對稱短路故障下不同故障點的暫態(tài)過電壓波形和幅值；具體應用中，集電網(wǎng)單條饋線由多條海底電纜連接所得。為獲取不同故障點影響下的過電壓，考慮以單相接地短路為例，僅有單條饋線的6臺風機在運行時，如附圖4所示將單條饋線系統(tǒng)中一條1.2km電纜(即附圖5中1點與2點間的電纜)，拆分成兩段長度的相同電纜，通過不斷改變兩段電纜的長度來等效故障點出現(xiàn)在電纜的不同位置上時，風電機組機端變壓器高壓側(cè)的暫態(tài)過電壓波形與幅值。為表述方便，把靠近電網(wǎng)側(cè)的一端(即附圖5中的1點)稱為首端，把靠近風電機組側(cè)的一端(即附圖5中的2點)稱為末端，結(jié)果如附圖6所示。可見，單相短路故障點不同，從1號風機至6號風機(即饋線末端至首端)機端變壓器的過電壓都是逐漸遞減的。據(jù)此結(jié)論，本方法接下來只關(guān)注1號風機的過電壓幅值而不關(guān)注其他風機的情況。同理，在附圖5中的2點與3點間的640m電纜，3點與4點間的640m電纜，4點與5點間的640m電纜，5點與6點間的640m電纜，6點與7點間的640m電纜，拆分成兩段長度的相同電纜，通過不斷改變兩段電纜的長度來等效故障點出現(xiàn)在電纜的不同位置上，結(jié)果可得，暫態(tài)過電壓最高值并不會出現(xiàn)在電纜的中間段。因此，本方法提出，只需如附圖5在單條饋線上研究這7個故障點的暫態(tài)過電壓，可獲取電纜集電網(wǎng)單條饋線單相接地短路故障下的最大暫態(tài)過電壓為3.112標幺值，結(jié)果如附圖7。仿真結(jié)果表明，故障點從饋線首端至末端(附圖6中1點至7點)，產(chǎn)生的過電壓呈逐漸下降趨勢。在單條饋線連接7臺風機的情況下，采用以上提出的方法設(shè)置饋線上的故障點，如附圖8所示，同樣可獲取該情況下單條饋線單相接地短路故障下的最大暫態(tài)過電壓為3.0874標幺值，結(jié)果如附圖9。在兩相接地短路的情況下，采用此方法也能獲取該情況下的最大暫態(tài)過電壓為2.34標幺值，如附圖10。S4、分析以上結(jié)果，獲取不對稱短路故障下海上風電場單條饋線的最大暫態(tài)過電壓。綜上所述，本發(fā)明公開了一種獲取海上風電場電纜集電網(wǎng)中單條饋線在不對稱短路故障下最大暫態(tài)過電壓的方法，屬于電力系統(tǒng)過電壓
技術(shù)領(lǐng)域：
。該方法依據(jù)海上風電場集電系統(tǒng)大量使用電力電纜、拓撲結(jié)構(gòu)較復雜的特點，建立了基于PSCAD/EMTDC的海上風電場實例仿真模型，針對饋線上的不同短路故障點進行過電壓仿真。采用該方法，較容易得出故障點對暫態(tài)過電壓的影響，從而獲取工程上最大暫態(tài)過電壓的情況，相關(guān)結(jié)論對海上風電場電纜集電網(wǎng)系統(tǒng)及設(shè)備的絕緣保護都具有一定的參考價值。上述實施例是本發(fā)明較佳的實施方式，但是本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應視為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。當前第1頁1 2 3