风电场电缆集电网操作过电压的模拟试验和暂态分析

为了解决大型风力发电场中压电缆集电网系统的暂态过电压防护及绝缘配合问题以提高风电场运行的安全可靠性,搭建了风力发电场中压电缆集电网系统的实验室模拟试验平台,并建立了相应的电磁暂态分析模型,研究了真空断路器的操作在风电场中压电缆集电网系统中产生的暂态过电压的特性。采用永磁操作真空断路器的选相位技术来测量最大操作过电压水平,得到了操作过电压水平与电缆长度、感性负载和断路器动作相角的密切关系。模拟试验结果表明,短电缆和大感性负载时开断断路器会产生最高的过电压,真空断路器发生重燃现象时过电压标幺值可达5。模拟200 MW风电场的暂态仿真分析表明,重合闸操作可产生最高2.4的过电压标幺值。     

基于真空断路器预击穿特性的海上风电场集电网合闸暂态过电压仿真研究

海上风电场中压电缆集电系统真空断路器在闭合空载变压器操作中,真空断路器预击穿会在机端变压器的高压侧产生暂态过电压,该过电压与电缆作用产生高频振荡过电压将对变压器绝缘产生损坏。文中研究真空断路器预击穿产生高频暂态过电压的机理,在PSCAD/EMTDC暂态分析软件上搭建真空断路器预击穿现象的自定义模型,并将此模型应用于简化的海上风电场中压电缆集电系统模型,研究合闸初相角、电缆长度和机端变压器位置对暂态过电压的影响。仿真结果表明机端变压器位于机舱且合闸初相角为15°过电压陡度最大,在机端变压器加装扼流线圈和并联小电容的过电压保护装置后,暂态过电压陡度得到了明显的抑制。     

风电场架空集电系统雷电暂态过电压分析

针对风电场集电系统箱变在雷害事故中大量损坏的现状,对雷击风电场架空集电线路引起的暂态过电压进行了计算。运用ATP/EMTP电磁暂态仿真软件建立了包括风电机组、集电线路和箱变的等效模型,考虑了雷击方式、雷电流波形、风力机接地电阻以及风电机组拓扑结构对箱变两侧暂态过电压的影响。研究结果表明:箱变低压侧的暂态过电压与波头时间成反比关系,波头时间为1.2μs时箱变低压侧的暂态过电压是20μs时的8.75倍,箱变高压侧的暂态过电压几乎不受波头时间的影响;接地电阻越大,箱变两侧的暂态过电压越大;风电机组架空集电线路遭受雷击时,环形拓扑的可靠性最高,环形拓扑联合为风电机组的最优联合方式。     

海上风电场内部电气系统过电压仿真

为解决海上风电场内部电气系统过电压问题,运用PSCAD/EMTDC暂态分析软件搭建完整海上风电场模型,并结合海上风电场实际运行工况制定过电压仿真研究方案,对不同过电压事件、断路器位置和合闸角度、故障类型等进行仿真。仿真结果表明,短路故障和甩负荷情况下产生的相对地过电压和相间过电压最大,在海上风电场电气设备选择和设计时应重点考虑这两种情况。     

海上风电场内部电气系统合闸过电压仿真分析

随着海上风电场的规模越来越大,针对其内部电气系统的研究得到国际上的关注.文中对海上风电场内部电气系统可能出现的合闸过电压进行了仿真分析.用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件分析了有无运行馈线2种方式下的合闸过电压过程,并解释了二者过电压机理,考察了内部电气系统的不同设计参数对合闸过电压的影响,为海上风电场内部电气系统的设计以及风机端升压变压器的绝缘设计提供了一定参考.     

海上风电场海底高压电缆雷电过电压研究

海底高压电缆是海上风电场传输电能的重要组成部分,它的安全经济运行对海上风电电力系统至关重要.针对某400MW海上风电场,应用EMTP软件建立风电场海底电缆电磁暂态计算模型,分析海底电缆的雷电过电压特点,就影响海底电缆雷电过电压的相关因素进行探讨,并根据仿真和分析结果提出建议.     

海底交流电缆暂态过电压仿真计算

针对海底交流电缆输电系统发生的单相短路和三相短路故障,在PSCAD/EMTDC平台上搭建仿真模型,仿真计算了短路故障引起的暂态过电压。对于110 kV中性点接地和35 kV中性点不接地海底电缆输电系统,分别对不同输送功率、不同输送距离和不同短路容量等情况下海缆的暂态过电压进行了仿真,计算了海缆线路上产生的最大过电压值,分析了最大过电压与这些变量之间的变化关系以及内在的物理机理。研究结果对于海缆线路和变电站的绝缘水平以及其他系统参数的确定具有参考价值。     

海上风电场集电网的高频谐振分析

大型海上风电场已经成为风力发电的发展趋势,海上风电场集电网采用电缆线路汇集电能,电缆相间电容和对地电容不可忽略,集电网的阻抗网络复杂多变,存在与风电机组阻抗交互作用进而发生高频谐振的风险,威胁到风电场的安全稳定运行。针对这一问题,构建集电网的阻抗网络,将风电场集电网等效为风电机组子系统和剩余等效风场子系统,进一步揭示了高频谐振发生的机理,研究了电缆参数、场内链式电路数量、风电机组接入台数和电网阻抗与互联系统谐振频率的变化规律。以某海上风电场系统作为研究对象,利用MATLAB软件和基于RT-LAB的控制器硬件在环仿真对该风电场进行分析,验证了理论分析的正确性。     

风电场电缆集电系统雷电暂态数值计算

针对风电场集电系统升压变压器和避雷器在雷害事故中大量损坏现状,在雷害事故现场调查的基础上,对风电场电缆集电系统雷电暂态过电压及电流分布进行了数值计算。建立了单台机组模型和多台机组模型,考虑了风电机组数量、雷电流幅值、机组冲击接地电阻等各种因素对雷电暂态过电压和雷电流分布影响。结果表明:避雷器标称放电电流偏小是雷击损坏主要原因,多次回击电流将导致避雷器以及与其并联连接的升压变压器损坏。对于35 kV风电场电缆集电系统,如果风电机组冲击接地电阻很难降低,提高避雷器标称放电电流可以有效解决电缆集电系统雷电暂态过电压和避雷器保护问题。根据计算结果提出了避雷器标称放电电流推荐值,当雷电流幅值50 k A时,标称放电电流5 k A的避雷器可满足要求;当雷电流幅值≥100 k A时,则需要相应提高避雷器标称放电电流。对风电场电缆集电系统,在接线工艺规范的前提下,升压变压器高压侧安装1组避雷器可以满足过电压保护和绝缘配合要求。     

柔性直流系统挤出绝缘电缆暂态过电压仿真

电压源换流器高压直流(VSC HVDC)输电系统中广泛应用了挤出绝缘直流电缆。针对开关操作、内部故障以及雷击所引起的暂态过电压对直流电缆系统可靠性的挑战,基于南澳柔性直流输电示范工程,利用PSCAD/EMTDC建立直流电缆系统仿真模型,设置交流单相接地、两相短路、桥臂电抗器接地等不同类型的故障,分析了各类故障条件下直流电缆系统的暂态过电压特性。研究结果表明,直流电缆端部过电压峰值最大可达2 p.u.,且电缆端部出现的过电压幅值与短路电阻值有关。     

海上风电场海底高压电缆电磁暂态过程的仿真分析

为了能更好地确定海上风电场海底高压电缆的选型要求,使用PSCAD/EMTDC软件建立相应的海上风电场仿真计算模型。针对海上风电场工频过电压、操作过电压和雷电过电压这3种电磁暂态过程的不同特点,进行仿真,并且考虑了不同的系统条件下上述3种过电压对电缆绝缘的影响。在操作过电压中,重点研究了合闸电阻对过电压的影响;而在雷电过电压中重点研究的是架空线路受雷电侵入波的过电压。仿真结果表明,海底电缆各层的结构参数对海底电缆的电磁暂态有着不同程度的影响,其中导体层、绝缘层、HDPE层对海底电缆的电磁暂态影响尤为明显。另外,海底高压电缆的护套层材料和主绝缘层材料也对电磁暂态有影响。     

海上风电场并网对暂态过电压和谐波谐振特性的影响

海上风电场并网易引起电力系统的谐波谐振问题,从而威胁到电网的安全运行。为此研究了海上风电场并网对陆上电网PCC（公共耦合点）暂态过电压和谐波谐振特性的影响,并提出了谐波谐振的治理方案。首先对浙江省某海上风电场并网工程进行PSCAD仿真建模。然后通过仿真计算得到并网系统在不同运行方式下的暂态过电压和谐波谐振特性。研究结果表明：在不同运行方式下,PCC暂态过电压标幺值最大值为2.1 p.u.,小于限制值3.0 p.u.,符合安全要求。最后采用在PCC处并联5次和7次低阻抗支路滤波器的谐波抑制策略,使得PCC谐波放大现象明显减弱,总谐波畸变率大幅下降,均小于1.5%,消除了2～7次低频谐波放大现象。     

考虑集电网结构的海上风电场谐振研究

海上风力发电已经成为风电领域的重要发展方向。海上风电场中大量应用海底电缆进行电力传输,其较高的对地电容使得风电场的谐振问题更加突出。风电场集电网结构决定了电缆的长度、电气参数与连接方式,直接影响系统的谐振频率与强度。建立了海上风电场电力传输系统的谐波模型,包括风电机组、电缆与变压器模型等。基于模态分析方法,对不同集电网结构下系统的谐振情况进行了仿真计算,并由各节点参与因子分析谐振的主要来源;采用元件参数灵敏度分析方法,评估了主要结构参数对谐振的影响程度;进而针对不同频段谐振给出滤波措施。仿真结果验证了谐振抑制的有效性。     

基于内模控制的MMC-HVDC海上风电场不对称电网下的保护策略

为解决基于MMC-HVDC的海上风电场在不对称电网故障下普遍存在的低电压穿越问题,提出了一种基于PI电压外环和内模电流内环的新型控制策略及辅助保护方案。首先分析了不对称电网故障下MMC换流器运行特性,在αβ两相静止坐标系下建立了三相不对称电网下MMC换流器的数学模型。然后以抑制负序电流为控制目标在αβ两相静止坐标系下基于内模控制器设计了系统控制策略,同时针对两相故障时由于MMC限流所导致的母线电压抬升问题,提出了基于直流泄放回路的系统辅助保护方案。最后在Matlab/Simulink仿真平台上对单相接地和两相接地短路两种不平衡故障工况下的控制系统性能进行仿真分析。仿真结果表明,所提的控制策略和辅助保护方案可以保证基于MMC-HVDC的海上风电场在电网不对称故障下实现低电压穿越运行,有效地提高了海上风电场的低电压穿越能力。     

交直流混合电网10kV直流侧两极短路过电压仿真分析

随着分布式能源、直流储能设备的不断发展以及直流负荷的广泛应用,交直流配电网成了国内外研究、应用的热点课题和发展方向。本文分析了一种交直流混合交直流混合电网系统故障特性分析以及两端柔性直流配电系统模型建立建立。在Matlab/Simulink环境中,对10kV直流系统两极短路故障过电压进行仿真了分析,为提出相应的过电压抑制措施提供借鉴。     

基于RC装置的风电场合闸暂态过电压防护的仿真研究

介绍了风电场电气设备遭受过电压时的特点及其危害,采用PSCAD电磁暂态仿真软件建立了风电场模型,分析了风电场合闸过电压的过程,提出了阻容吸收器防护机端变压器过电压措施,结果表明:采用合适的阻容保护装置可以将过电压幅值和陡度限制在合理的电压范围内,能够有效防止风电场合闸过电压。     

UHVDC闭锁引发风电场暂态过电压分析及HVRT协调控制

针对特高压直流(UHVDC)闭锁引发送端风电场高电压穿越(HVRT)问题,建立了UHVDC输电送端风电系统数学模型,研究了UHVDC闭锁对送端风电场过电压的影响,分析了过电压对永磁直驱风电机组的影响及机组功率可控域。提出了基于机组可控域划分的风电机组和静止同步补偿器相协调的风电场HVRT控制策略,在机组可控域内,风电机组利用其动态无功补偿实现HVRT,当超出机组可控域时,风电场集中无功补偿装置与风电机组协调控制实现HVRT。最后,在PSCAD/EMTDC中建立系统仿真模型,验证了理论分析与控制策略的准确性与有效性,直流闭锁引发风电机组高电压脱网的风险得到降低。     

含风电场的多直流送出电网电磁暂态仿真建模

为准确分析含风电场的多直流送出的新型电网继电保护和谐波特性问题,针对宁夏电网宁东-浙江特高压直流输电投运后的2016年冬大运行方式,给出了基于PSCAD/EMTDC建立其电磁暂态仿真模型的方法。根据宁夏电网的特点,将仿真模型进行模块划分和接口定义,将整个电网划分为交流电网、风力发电和直流输电三大独立模块,定义了各模块之间的接口。分别对三大模块进行详细建模,给出了交流电网建模的分层分块原则。通过模块之间的接口将模块连接,构成宁夏电网全网的电磁暂态仿真模型。将仿真模型的稳态运行以及短路电流仿真结果与PSASP的计算结果比较,验证了模型的正确性。仿真结果表明,电磁暂态仿真模型能详细分析风电场和多回直流输电系统的暂态响应特性,能准确反映含风电场的多直流送出电网运行特性和故障特性,对研究该类型新型电网的继电保护和谐波传递问题具有重要意义。     

输电线路不对称短路故障关键暂态信息获取方法

准确获取输电线路故障点的关键暂态信息,对线路故障原因辨识及线路改造方案的制定都有重要意义。在分析不同类型短路故障行波的基础上,对输电线路不对称短路故障关键暂态信息的获取方法进行了研究。首先利用反演理论,推算出所需的故障点暂态电流波形。结合短路故障类型,构建了基于故障点模量电流幅值、故障角及故障电阻的数学模型并采用改进萤火虫算法(improved firefly algorithm,IFFA)进行求解。仿真结果表明,该方法可准确重现故障点的故障行波,实现关键暂态故障数据的挖掘,有望为输电线路不对称接地故障的故障原因辨识及线路改造提供帮助。