本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)過(guò)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(duì)稱短路故障下海上風(fēng)電場(chǎng)單條饋線最大暫態(tài)過(guò)電壓的分析方法。
背景技術(shù)：
：大型風(fēng)電場(chǎng)正從陸地走向海洋，推進(jìn)海上風(fēng)電建設(shè)不但可以保障我國(guó)能源安全，滿足能源可持續(xù)供應(yīng)，也是促進(jìn)節(jié)能減排的必然要求。與此同時(shí)，關(guān)于風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)行維護(hù)問(wèn)題也得到了越來(lái)越多的關(guān)注，尤其是暫態(tài)過(guò)電壓以及由它所引起的設(shè)備絕緣故障等問(wèn)題。海上風(fēng)電場(chǎng)的工況是，海上風(fēng)電的電力傳輸是通過(guò)海底電纜完成的，而海上風(fēng)電場(chǎng)電纜布局較復(fù)雜，海底電纜較長(zhǎng)，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(guò)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(jī)等)安全。對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)電纜集電網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)電壓的研究，獲取不對(duì)稱短路故障下海上風(fēng)電場(chǎng)單條饋線最大暫態(tài)過(guò)電壓，有助于選用合適的保護(hù)設(shè)備和保護(hù)措施，對(duì)提高海上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的安全可靠性具有實(shí)際意義。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題，就是要提供一種獲取不對(duì)稱短路故障下海上風(fēng)電場(chǎng)單條饋線最大暫態(tài)過(guò)電壓的分析方法。本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種獲取不對(duì)稱短路故障下海上風(fēng)電場(chǎng)單條饋線最大暫態(tài)過(guò)電壓的分析方法，所述方法應(yīng)包括以下步驟：S1、采用電磁暫態(tài)仿真軟件，針對(duì)實(shí)際工程中風(fēng)電機(jī)組以鏈?zhǔn)酵負(fù)浣Y(jié)構(gòu)連接的平行布局海上風(fēng)電場(chǎng)，建立以海上風(fēng)電場(chǎng)單條饋線組成的電氣系統(tǒng)為研究對(duì)象的仿真模型；S2、確定電氣系統(tǒng)中各元件參數(shù)計(jì)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(fēng)機(jī)組成的大型風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行情況；S3、仿真電纜集電網(wǎng)中單條饋線不對(duì)稱短路故障下不同故障點(diǎn)的暫態(tài)過(guò)電壓波形和幅值；S4、分析以上結(jié)果，獲取不對(duì)稱短路故障下海上風(fēng)電場(chǎng)單條饋線的最大暫態(tài)過(guò)電壓。進(jìn)一步地，所述以海上風(fēng)電場(chǎng)單條饋線組成的電氣系統(tǒng)為研究對(duì)象的仿真模型包括：等效無(wú)窮大電網(wǎng)的理想電源、主變壓器、母線、斷路器、電纜、機(jī)端變壓器、風(fēng)電機(jī)組。進(jìn)一步地，所述電磁暫態(tài)仿真軟件為PSCAD/EMTDC。進(jìn)一步地，所述步驟S2的電氣系統(tǒng)中電纜元件參數(shù)的計(jì)算方法，在PSCAD/EMTDC仿真軟件中應(yīng)按以下公式為原則進(jìn)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(dǎo)體半徑，Rs為隔離與半導(dǎo)體層厚度，Ri為第i層導(dǎo)體層厚度，Ii為第i層隔離層厚度。進(jìn)一步地，通過(guò)把三條單芯電纜呈品字型排列來(lái)等效三芯電纜，并按以下公式為原則進(jìn)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(jìn)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(jì)算方法，在PSCAD/EMTDC仿真軟件中應(yīng)按以下公式為原則進(jìn)行參數(shù)設(shè)置：式中，為變壓器漏抗標(biāo)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(biāo)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(biāo)幺值，PC為變壓器銅耗。進(jìn)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(diǎn)對(duì)過(guò)電壓影響，針對(duì)每條電纜，均在仿真軟件PSCAD/EMTDC中設(shè)置兩段或多段總長(zhǎng)等于原電纜、除長(zhǎng)度外其他參數(shù)維持不變的電纜，用于等效故障點(diǎn)出現(xiàn)在單條電纜的不同位置時(shí)的情況。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：1.海上風(fēng)電場(chǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備繁多，本發(fā)明進(jìn)行科學(xué)合理的簡(jiǎn)化、等效，使得海上風(fēng)電場(chǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次清晰，易于分析。尤其是對(duì)單條饋線不對(duì)稱短路故障最大暫態(tài)過(guò)電壓的獲取更為方便。2.為研究不同故障點(diǎn)對(duì)過(guò)電壓影響，針對(duì)每條電纜，均在仿真軟件PSCAD/EMTDC中設(shè)置兩段或多段總長(zhǎng)等于原電纜、除長(zhǎng)度外其他參數(shù)維持不變的電纜，從而獲取等效故障點(diǎn)出現(xiàn)在單條電纜的不同位置時(shí)的情況，進(jìn)而獲取不對(duì)稱短路故障下海上風(fēng)電場(chǎng)單條饋線最大暫態(tài)過(guò)電壓。附圖說(shuō)明圖1是海上風(fēng)電場(chǎng)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(diǎn)等效設(shè)置示意圖；圖5是故障點(diǎn)設(shè)置在單條饋線上(6臺(tái)風(fēng)機(jī))示意圖；圖6是單條1.2km電纜上變化的故障點(diǎn)與暫態(tài)過(guò)電壓關(guān)系圖；圖7是獲取風(fēng)電場(chǎng)單條饋線上(6臺(tái)風(fēng)機(jī))最大暫態(tài)過(guò)電壓結(jié)果圖；圖8是故障點(diǎn)設(shè)置在單條饋線上(7臺(tái)風(fēng)機(jī))示意圖；圖9是獲取風(fēng)電場(chǎng)單條饋線上(7臺(tái)風(fēng)機(jī))最大暫態(tài)過(guò)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(guò)電壓結(jié)果圖；圖11是本發(fā)明中公開(kāi)的最大暫態(tài)過(guò)電壓的分析方法的流程步驟圖。具體實(shí)施方式為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。實(shí)施例下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明，請(qǐng)參見(jiàn)附圖11，圖11是本實(shí)施例中最大暫態(tài)過(guò)電壓的分析方法的流程步驟圖。本實(shí)施例公開(kāi)的一種獲取不對(duì)稱短路故障下海上風(fēng)電場(chǎng)單條饋線最大暫態(tài)過(guò)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(duì)實(shí)際工程中風(fēng)電機(jī)組以鏈?zhǔn)酵負(fù)浣Y(jié)構(gòu)連接的平行布局海上風(fēng)電場(chǎng)，建立以海上風(fēng)電場(chǎng)單條饋線組成的電氣系統(tǒng)為研究對(duì)象的仿真模型；具體應(yīng)用中，模型應(yīng)具有且不少于：等效無(wú)窮大電網(wǎng)的理想電源、主變壓器、母線、斷路器、電纜、機(jī)端變壓器、風(fēng)電機(jī)組，如附圖1。S2、確定電氣系統(tǒng)中各元件參數(shù)計(jì)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(fēng)機(jī)組成的大型風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行情況；具體應(yīng)用中，無(wú)窮大電網(wǎng)由理想電源模型等效，經(jīng)27km海底長(zhǎng)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(fēng)機(jī)群的距離為1.2km，風(fēng)機(jī)與風(fēng)機(jī)間的距離為640m，風(fēng)機(jī)經(jīng)100m電纜，0.69kV/35kV機(jī)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(jì)算方法，在PSCAD/EMTDC仿真軟件中應(yīng)按以下公式為原則進(jìn)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(dǎo)體半徑，Rs為隔離與半導(dǎo)體層厚度，Ri為第i層導(dǎo)體層厚度，Ii為第i層隔離層厚度。有需要時(shí)，如附圖2所示，把三條單芯電纜呈品字型排列，用它來(lái)等效三芯電纜，應(yīng)按以下公式為原則進(jìn)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(jì)算方法，在PSCAD/EMTDC仿真軟件中應(yīng)按以下公式為原則進(jìn)行參數(shù)設(shè)置：式中，為變壓器漏抗標(biāo)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(biāo)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(biāo)幺值，PC為變壓器銅耗。本例中4MW機(jī)端變壓器的參數(shù)如附圖3所示，漏抗標(biāo)幺值為0.062637，空載損耗標(biāo)幺值為0.00113，銅耗標(biāo)幺值為0.0072。風(fēng)電機(jī)組模型以電感性負(fù)載進(jìn)行等效，電抗值的選擇是根據(jù)變壓器的額定電流得出來(lái)的，本例中為0.379mH。為表述方便，本方法對(duì)單組內(nèi)風(fēng)機(jī)進(jìn)行編號(hào)，以6臺(tái)一組的風(fēng)機(jī)組為例，把最遠(yuǎn)離主母線的風(fēng)機(jī)稱為1號(hào)風(fēng)機(jī)，最靠近母線的風(fēng)機(jī)稱為6號(hào)風(fēng)機(jī)。S3、仿真電纜集電網(wǎng)中單條饋線不對(duì)稱短路故障下不同故障點(diǎn)的暫態(tài)過(guò)電壓波形和幅值；具體應(yīng)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(diǎn)影響下的過(guò)電壓，考慮以單相接地短路為例，僅有單條饋線的6臺(tái)風(fēng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，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(diǎn)與2點(diǎn)間的電纜)，拆分成兩段長(zhǎng)度的相同電纜，通過(guò)不斷改變兩段電纜的長(zhǎng)度來(lái)等效故障點(diǎn)出現(xiàn)在電纜的不同位置上時(shí)，風(fēng)電機(jī)組機(jī)端變壓器高壓側(cè)的暫態(tài)過(guò)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(diǎn))稱為首端，把靠近風(fēng)電機(jī)組側(cè)的一端(即附圖5中的2點(diǎn))稱為末端，結(jié)果如附圖6所示?？梢?jiàn)，單相短路故障點(diǎn)不同，從1號(hào)風(fēng)機(jī)至6號(hào)風(fēng)機(jī)(即饋線末端至首端)機(jī)端變壓器的過(guò)電壓都是逐漸遞減的。據(jù)此結(jié)論，本方法接下來(lái)只關(guān)注1號(hào)風(fēng)機(jī)的過(guò)電壓幅值而不關(guān)注其他風(fēng)機(jī)的情況。同理，在附圖5中的2點(diǎn)與3點(diǎn)間的640m電纜，3點(diǎn)與4點(diǎn)間的640m電纜，4點(diǎn)與5點(diǎn)間的640m電纜，5點(diǎn)與6點(diǎn)間的640m電纜，6點(diǎn)與7點(diǎn)間的640m電纜，拆分成兩段長(zhǎng)度的相同電纜，通過(guò)不斷改變兩段電纜的長(zhǎng)度來(lái)等效故障點(diǎn)出現(xiàn)在電纜的不同位置上，結(jié)果可得，暫態(tài)過(guò)電壓最高值并不會(huì)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(gè)故障點(diǎn)的暫態(tài)過(guò)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(guò)電壓為3.112標(biāo)幺值，結(jié)果如附圖7。仿真結(jié)果表明，故障點(diǎn)從饋線首端至末端(附圖6中1點(diǎn)至7點(diǎn))，產(chǎn)生的過(guò)電壓呈逐漸下降趨勢(shì)。在單條饋線連接7臺(tái)風(fēng)機(jī)的情況下，采用以上提出的方法設(shè)置饋線上的故障點(diǎn)，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(guò)電壓為3.0874標(biāo)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(guò)電壓為2.34標(biāo)幺值，如附圖10。S4、分析以上結(jié)果，獲取不對(duì)稱短路故障下海上風(fēng)電場(chǎng)單條饋線的最大暫態(tài)過(guò)電壓。綜上所述，本發(fā)明公開(kāi)了一種獲取海上風(fēng)電場(chǎng)電纜集電網(wǎng)中單條饋線在不對(duì)稱短路故障下最大暫態(tài)過(guò)電壓的方法，屬于電力系統(tǒng)過(guò)電壓
技術(shù)領(lǐng)域：
。該方法依據(jù)海上風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)大量使用電力電纜、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)較復(fù)雜的特點(diǎn)，建立了基于PSCAD/EMTDC的海上風(fēng)電場(chǎng)實(shí)例仿真模型，針對(duì)饋線上的不同短路故障點(diǎn)進(jìn)行過(guò)電壓仿真。采用該方法，較容易得出故障點(diǎn)對(duì)暫態(tài)過(guò)電壓的影響，從而獲取工程上最大暫態(tài)過(guò)電壓的情況，相關(guān)結(jié)論對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)電纜集電網(wǎng)系統(tǒng)及設(shè)備的絕緣保護(hù)都具有一定的參考價(jià)值。上述實(shí)施例是本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但是本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)視為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3