获取不对称短路故障下海上风电场单条馈线最大暂态过电压的分析方法技术

本发明专利技术涉及一种获取海上风电场电缆集电网中单条馈线在不对称短路故障下最大暂态过电压的方法，属于电力系统过电压技术领域。该方法依据海上风电场集电系统大量使用电力电缆、拓扑结构较复杂的特点，建立了基于PSCAD/EMTDC的海上风电场实例仿真模型，针对馈线上的不同短路故障点进行过电压仿真。采用该方法，较容易得出故障点对暂态过电压的影响，从而获取工程上最大暂态过电压的情况，相关结论对海上风电场电缆集电网系统及设备的绝缘保护都具有一定的参考价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统过电压的
，具体涉及一种利用PSCAD/EMTDC仿真软件获取不对称短路故障下海上风电场单条馈线最大暂态过电压的分析方法。
技术介绍
大型风电场正从陆地走向海洋，推进海上风电建设不但可以保障我国能源安全，满足能源可持续供应，也是促进节能减排的必然要求。与此同时，关于风电场的运行维护问题也得到了越来越多的关注，尤其是暂态过电压以及由它所引起的设备绝缘故障等问题。海上风电场的工况是，海上风电的电力传输是通过海底电缆完成的，而海上风电场电缆布局较复杂，海底电缆较长，海底环境较为恶劣，大大增加了出现短路故障的概率。短路故障引起的暂态过电压威胁着电缆集电网系统及其连接的设备(如变压器、发电机等)安全。对海上风电场电缆集电网系统暂态过电压的研究，获取不对称短路故障下海上风电场单条馈线最大暂态过电压，有助于选用合适的保护设备和保护措施，对提高海上风电场运行的安全可靠性具有实际意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题，就是要提供一种获取不对称短路故障下海上风电场单条馈线最大暂态过电压的分析方法。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种获取不对称短路故障下海上风电场单条馈线最大暂态过电压的分析方法，所述方法应包括以下步骤：S1、采用电磁暂态仿真软件，针对实际工程中风电机组以链式拓扑结构连接的平行布局海上风电场，建立以海上风电场单条馈线组成的电气系统为研究对象的仿真模型；S2、确定电气系统中各元件参数计算方法，在仿真系统中设置各元件的参数，模拟由多组风机组成的大型风电场运行情况；S3、仿真电缆集电网中单条馈线不对称短路故障下不同故障点的暂态过电压波形和幅值；S4、分析以上结果，获取不对称短路故障下海上风电场单条馈线的最大暂态过电压。进一步地，所述以海上风电场单条馈线组成的电气系统为研究对象的仿真模型包括：等效无穷大电网的理想电源、主变压器、母线、断路器、电缆、机端变压器、风电机组。进一步地，所述电磁暂态仿真软件为PSCAD/EMTDC。进一步地，所述步骤S2的电气系统中电缆元件参数的计算方法，在PSCAD/EMTDC仿真软件中应按以下公式为原则进行参数设置：D＝2R(1)式中，D为电缆的外径，R为电缆的半径，Rc为导体半径，Rs为隔离与半导体层厚度，Ri为第i层导体层厚度，Ii为第i层隔离层厚度。进一步地，通过把三条单芯电缆呈品字型排列来等效三芯电缆，并按以下公式为原则进行参数设置：L≥R(3)式中，L为电缆间水平方向的距离，H为电缆间垂直方向的距离。进一步地，所述步骤S2的电气系统中变压器元件参数的计算方法，在PSCAD/EMTDC仿真软件中应按以下公式为原则进行参数设置：式中，为变压器漏抗标幺值，Vs％为短路电压百分比，VN为变压器额定电压，VB为系统平均额定电压，为变压器空载损耗标幺值，P0为变压器空载损耗，P为变压器额定容量，为变压器铜耗标幺值，PC为变压器铜耗。进一步地，所述步骤S3中仿真电缆集电网中单条馈线由多条海底电缆连接所得，为研究不同故障点对过电压影响，针对每条电缆，均在仿真软件PSCAD/EMTDC中设置两段或多段总长等于原电缆、除长度外其他参数维持不变的电缆，用于等效故障点出现在单条电缆的不同位置时的情况。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：1.海上风电场结构复杂，设备繁多，本专利技术进行科学合理的简化、等效，使得海上风电场系统结构层次清晰，易于分析。尤其是对单条馈线不对称短路故障最大暂态过电压的获取更为方便。2.为研究不同故障点对过电压影响，针对每条电缆，均在仿真软件PSCAD/EMTDC中设置两段或多段总长等于原电缆、除长度外其他参数维持不变的电缆，从而获取等效故障点出现在单条电缆的不同位置时的情况，进而获取不对称短路故障下海上风电场单条馈线最大暂态过电压。附图说明图1是海上风电场单条馈线电缆集电网系统布局连接示意图；图2是三芯电缆参数设置示意图，；图3是变压器参数设置示意图；图4是电缆故障点等效设置示意图；图5是故障点设置在单条馈线上(6台风机)示意图；图6是单条1.2km电缆上变化的故障点与暂态过电压关系图；图7是获取风电场单条馈线上(6台风机)最大暂态过电压结果图；图8是故障点设置在单条馈线上(7台风机)示意图；图9是获取风电场单条馈线上(7台风机)最大暂态过电压结果图；图10是两相接地短路故障下获取最大暂态过电压结果图；图11是本专利技术中公开的最大暂态过电压的分析方法的流程步骤图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例下面结合附图对本专利技术进一步说明，请参见附图11，图11是本实施例中最大暂态过电压的分析方法的流程步骤图。本实施例公开的一种获取不对称短路故障下海上风电场单条馈线最大暂态过电压的分析方法，具体包括以下步骤：S1、采用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件，针对实际工程中风电机组以链式拓扑结构连接的平行布局海上风电场，建立以海上风电场单条馈线组成的电气系统为研究对象的仿真模型；具体应用中，模型应具有且不少于：等效无穷大电网的理想电源、主变压器、母线、断路器、电缆、机端变压器、风电机组，如附图1。S2、确定电气系统中各元件参数计算方法，在仿真系统中设置各元件的参数，模拟由多组风机组成的大型风电场运行情况；具体应用中，无穷大电网由理想电源模型等效，经27km海底长电缆连接至220/35kV海上变压站；电缆部分采用PSCAD/EMTDC中的基于J.Marti提出的考虑频率特性的频率相关(相位)线路模型，如表1所示。表1.考虑频率特性的频率相关(相位)线路模型参数TravelTimeInterpolation:OnCurveFittingStartingFrequency:0.5HzCurveFittingStartingFrequency:1.0E6HzTotalNumberofFrequencyIncrements:100MaximumOrderofFittingforYc:20MaximumFittingErrorforYc:0.2％Max.OrderperDelayGrp.forProp.Func.20MaximumFittingErrorforProp.Func.0.2％DCCorrection:DisabledPassivity:Disabled主母线与单组风机群的距离为1.2km，风机与风机间的距离为640m，风机经100m电缆，0.69kV/35kV机端变压器，80m电缆连接至单组电缆系统的馈线。上述电缆元件参数的计算方法，在PSCAD/EMTDC仿真软件中应按以下公式为原则进行参数设置：D＝2R(1)式中，D为电缆的外径，R为电缆的半径，Rc为导体半径，Rs为隔离与半导体层厚度，Ri为第i层导体层厚度，Ii为第i层隔离层厚度。有需要时，如附图2所示，把三条单芯电缆呈品字型排列，用它来等效三芯电缆，应按以下公式为原则进行参数设置：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种获取不对称短路故障下海上风电场单条馈线最大暂态过电压的分析方法，其特征在于，所述方法应包括以下步骤：S1、采用电磁暂态仿真软件，针对实际工程中风电机组以链式拓扑结构连接的平行布局海上风电场，建立以海上风电场单条馈线组成的电气系统为研究对象的仿真模型；S2、确定电气系统中各元件参数计算方法，在仿真系统中设置各元件的参数，模拟由多组风机组成的大型风电场运行情况；S3、仿真电缆集电网中单条馈线不对称短路故障下不同故障点的暂态过电压波形和幅值；S4、分析以上结果，获取不对称短路故障下海上风电场单条馈线的最大暂态过电压。

【技术特征摘要】
1.一种获取不对称短路故障下海上风电场单条馈线最大暂态过电压的分析方法，其特征在于，所述方法应包括以下步骤：S1、采用电磁暂态仿真软件，针对实际工程中风电机组以链式拓扑结构连接的平行布局海上风电场，建立以海上风电场单条馈线组成的电气系统为研究对象的仿真模型；S2、确定电气系统中各元件参数计算方法，在仿真系统中设置各元件的参数，模拟由多组风机组成的大型风电场运行情况；S3、仿真电缆集电网中单条馈线不对称短路故障下不同故障点的暂态过电压波形和幅值；S4、分析以上结果，获取不对称短路故障下海上风电场单条馈线的最大暂态过电压。2.根据权利要求1所述的获取不对称短路故障下海上风电场单条馈线最大暂态过电压的方法，其特征在于，所述以海上风电场单条馈线组成的电气系统为研究对象的仿真模型包括：等效无穷大电网的理想电源、主变压器、母线、断路器、电缆、机端变压器、风电机组。3.根据权利要求1所述的获取不对称短路故障下海上风电场单条馈线最大暂态过电压的方法，其特征在于，所述电磁暂态仿真软件为PSCAD/EMTDC。4.根据权利要求3所述的获取不对称短路故障下海上风电场单条馈线最大暂态过电压的方法，其特征在于，所述步骤S2的电气系统中电缆元件参数的计算方法，在PSCAD/EMTDC仿真软件中应按以下公式为原则进行参数设置：D＝2R(1)R=Rc+Rs+Σi=1nRi+Ii---(2)]]>式中，D为电缆的外径，R为电缆的半径，Rc为导体半径，Rs...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁嘉浩，郭亚勋，江晓锋，王加傲，刘刚，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44