一种风电机组外部过电压计算方法、系统及设备技术方案

本发明专利技术公开了一种风电机组外部过电压计算方法、系统及设备，本发明专利技术考虑了风电机组的各个部件的电路特性，通过对雷电流、风电机组叶片、风电机组塔筒、风电机组塔筒内电缆以及风电机组电力设备进行准确建模，将风电机组叶片和风电机组塔筒转换成R‑L‑C等效模型，将风电机组塔筒内电缆根据电缆屏蔽层与电缆线芯形成感应雷电过电压的特性，构建风电机组塔筒内电缆耦合等效模型，从而考虑不同了规模的风电场作为冲击性和波动性电源在并网时对电磁暂态过程的影响，使得风电外部过电压计算更加准确，提高电网运行安全性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种风电机组外部过电压计算方法、系统及设备
本专利技术涉及过电力领域，尤其涉及一种风电机组外部过电压计算方法、系统及设备。
技术介绍
由于海上风电场交、直流接入方式均采用海底电缆传输，故不考虑雷击线路侵入波的影响。海上风电场风电机组雷电过电压主要是由雷击风电机组叶片产生，即当叶片遭受雷击时，雷电流经风电机组叶片闪接器及引下线、轮毂、轴承电刷、机舱、偏航滑动触点、塔筒，最后到风电机组接地装置入地。雷电流在机舱、塔筒的传播过程中，会在其本身及其内部设备之间产生电磁耦合，形成较高的雷电过电压。目前，在对雷电过电压的研究中，将接入的风电场机组简化等效为单一无限大容量交流电源，未考虑不同规模的海上风电场作为冲击性和波动性电源在并网时对电磁暂态过程的影响，使得外部过电压计算结果精确度较差，可能导致绝缘配合出现偏差，威胁海上风电的安全稳定运行。综上所述，现有技术中在对雷电过电压的研究中，将接入的风电场机组简化等效为单一无限大容量交流电源，导致存在着外部过电压计算结果精确度较差的技术问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种风电机组外部过电压计算方法、系统及设备，用于解决现有技术中在对雷电过电压的研究中，将接入的风电场机组简化等效为单一无限大容量交流电源，导致存在着外部过电压计算结果精确度较差的技术问题。本专利技术提供的一种风电机组外部过电压计算方法，包括以下步骤：S1：获取雷电流参数以及风电机组结构参数；S2：根据雷电流参数建立雷电流模型，根据雷电流模型计算分段导体的最大长度；S3：根据风电机组结构参数、分段导体的最大长度以及雷电流作用下风电机组叶片引下线的电路特性，构建风电机组叶片分段R-L-C等效模型；S4：根据风电机组结构参数以及分段导体的最大长度，构建风电机组塔筒分段R-L-C等效模型；S5：根据风电机组结构参数、风电机组塔筒分段R-L-C等效模型以及雷电流作用下电缆屏蔽层与电缆线芯形成感应雷电过电压的特性，构建风电机组塔筒内电缆耦合等效模型；S6：获取风电机组的电力设备参数，根据电力设备参数建立风电机组电力设备模型；S7：根据风电机组叶片分段R-L-C等效模型、风电机组塔筒分段R-L-C等效模型、风电机组塔筒内电缆耦合等效模型以及风电机组电力设备模型构建风电机组系统模型；S8：根据风电机组系统模型计算风电机组并网时的外部过电压。优选的，根据雷电流模型计算分段导体的最大长度的具体过程为：从雷电流模型中提取出雷电流波形参数；从雷电流波形参数中提取雷电流波形上限截止频率，获取雷电流波形上限截止频率所对应的波长；将雷电流波形上限截止频率所对应的波长的1/10作为分段导体的最大长度。优选的，在步骤S3中，将风电机组叶片在雷电流作用下形成的引下线分成N段π型R-L-C等效电路，每段π型R-L-C等效电路的长度小于分段导体的最大长度，得到风电机组叶片分段R-L-C等效模型。优选的，在步骤S4中，将风电机组塔筒转换成空心圆截面直导体，再将空心圆截面直导体分成N段π型R-L-C等效电路，每段π型R-L-C等效电路的长度小于分段导体的最大长度，得到风电机组塔筒分段R-L-C等效模型。优选的，将风电机组塔筒转换成空心圆截面直导体的过程中，利用表面积等效方式，将风电机组塔筒的中间截面半径作为空心圆截面直导体的等效外半径。优选的，电缆屏蔽层包括电缆钢丝铠装、电缆三相合金铅套以及电缆外层钢丝铠装。优选的，在步骤S5中，考虑在雷电流作用下，电缆钢丝铠装与风电机组塔筒之间的耦合电容、电缆三相合金铅套与电缆外层钢丝铠装之间的耦合电容、电缆线芯与电缆三相合金铅套之间的耦合电容以及电缆三相合金铅套相互之间的耦合电容建立塔筒内电缆耦合等效模型。优选的，风电机组的电力设备参数包括集电线路参数、变压器参数、塔底开关柜参数以及避雷器参数。一种风电机组外部过电压计算系统，包括数据获取模块、分段导体最大长度计算模块、风电机组叶片分段R-L-C等效模型模块、风电机组塔筒分段R-L-C等效模型模块、风电机组塔筒内电缆耦合等效模型模块、风电机组电力设备模型模块、风电机组系统模型模块以及外部过电压计算模块；所述数据获取模块用于获取雷电流参数以及风电机组结构参数；所述分段导体最大长度计算模块用于根据雷电流参数建立雷电流模型，根据雷电流模型计算分段导体的最大长度；所述风电机组叶片分段R-L-C等效模型模块用于根据风电机组结构参数、分段导体的最大长度以及雷电流作用下风电机组叶片引下线的电路特性，构建风电机组叶片分段R-L-C等效模型；所述风电机组塔筒分段R-L-C等效模型模块用于根据风电机组结构参数以及分段导体的最大长度，构建风电机组塔筒分段R-L-C等效模型；所述风电机组塔筒内电缆耦合等效模型模块用于根据风电机组结构参数、风电机组塔筒分段R-L-C等效模型以及雷电流作用下电缆屏蔽层与电缆线芯形成感应雷电过电压的特性，构建风电机组塔筒内电缆耦合等效模型；所述风电机组电力设备模型模块用于获取风电机组的电力设备参数，根据电力设备参数建立风电机组电力设备模型；所述风电机组系统模型模块用于根据风电机组叶片分段R-L-C等效模型、风电机组塔筒分段R-L-C等效模型、风电机组塔筒内电缆耦合等效模型以及风电机组电力设备模型构建风电机组系统模型；所述外部过电压计算模块根据风电机组系统模型计算风电机组并网时的外部过电压。一种风电机组外部过电压计算设备，包括处理器以及存储器；所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行权利要求1～8任一项所述一种风电机组外部过电压计算方法。从以上技术方案可以看出，本专利技术实施例具有以下优点：本专利技术实施例考虑了风电机组的各个部件的电路特性，通过对雷电流、风电机组叶片、风电机组塔筒、风电机组塔筒内电缆以及风电机组电力设备进行准确建模，将风电机组叶片和风电机组塔筒转换成R-L-C等效模型，将风电机组塔筒内电缆根据电缆屏蔽层与电缆线芯形成感应雷电过电压的特性，构建风电机组塔筒内电缆耦合等效模型，从而考虑不同了规模的海上风电场作为冲击性和波动性电源在并网时对电磁暂态过程的影响，使得海上风电外部过电压计算更加准确，提高电网运行安全性和可靠性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种风电机组外部过电压计算方法、系统及设备的方法流程图。图2为本专利技术实施例提供的一种风电机组外部过电压计算方法、系统及设备的风电机组叶片引下线的模型示意图。图3本专利技术实施例提供的一种风电机组外部过电压计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风电机组外部过电压计算方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：获取雷电流参数以及风电机组结构参数；/nS2：根据雷电流参数建立雷电流模型，根据雷电流模型计算分段导体的最大长度；/nS3：根据风电机组结构参数、分段导体的最大长度以及雷电流作用下风电机组叶片引下线的电路特性，构建风电机组叶片分段R-L-C等效模型；/nS4：根据风电机组结构参数以及分段导体的最大长度，构建风电机组塔筒分段R-L-C等效模型；/nS5：根据风电机组结构参数、风电机组塔筒分段R-L-C等效模型以及雷电流作用下电缆屏蔽层与电缆线芯形成感应雷电过电压的特性，构建风电机组塔筒内电缆耦合等效模型；/nS6：获取风电机组的电力设备参数，根据电力设备参数建立风电机组电力设备模型；/nS7：根据风电机组叶片分段R-L-C等效模型、风电机组塔筒分段R-L-C等效模型、风电机组塔筒内电缆耦合等效模型以及风电机组电力设备模型构建风电机组系统模型；/nS8：根据风电机组系统模型计算风电机组并网时的外部过电压。/n

【技术特征摘要】
1.一种风电机组外部过电压计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取雷电流参数以及风电机组结构参数；
S2：根据雷电流参数建立雷电流模型，根据雷电流模型计算分段导体的最大长度；
S3：根据风电机组结构参数、分段导体的最大长度以及雷电流作用下风电机组叶片引下线的电路特性，构建风电机组叶片分段R-L-C等效模型；
S4：根据风电机组结构参数以及分段导体的最大长度，构建风电机组塔筒分段R-L-C等效模型；
S5：根据风电机组结构参数、风电机组塔筒分段R-L-C等效模型以及雷电流作用下电缆屏蔽层与电缆线芯形成感应雷电过电压的特性，构建风电机组塔筒内电缆耦合等效模型；
S6：获取风电机组的电力设备参数，根据电力设备参数建立风电机组电力设备模型；
S7：根据风电机组叶片分段R-L-C等效模型、风电机组塔筒分段R-L-C等效模型、风电机组塔筒内电缆耦合等效模型以及风电机组电力设备模型构建风电机组系统模型；
S8：根据风电机组系统模型计算风电机组并网时的外部过电压。


2.根据权利要求1所述的一种风电机组外部过电压计算方法，其特征在于，根据雷电流模型计算分段导体的最大长度的具体过程为：
从雷电流模型中提取出雷电流波形参数；
从雷电流波形参数中提取雷电流波形上限截止频率，获取雷电流波形上限截止频率所对应的波长；
将雷电流波形上限截止频率所对应的波长的1/10作为分段导体的最大长度。


3.根据权利要求2所述的一种风电机组外部过电压计算方法，其特征在于，在步骤S3中，将风电机组叶片在雷电流作用下形成的引下线分成N段π型R-L-C等效电路，每段π型R-L-C等效电路的长度小于分段导体的最大长度，得到风电机组叶片分段R-L-C等效模型。


4.根据权利要求2所述的一种风电机组外部过电压计算方法，其特征在于，在步骤S4中，将风电机组塔筒转换成空心圆截面直导体，再将空心圆截面直导体分成N段π型R-L-C等效电路，每段π型R-L-C等效电路的长度小于分段导体的最大长度，得到风电机组塔筒分段R-L-C等效模型。


5.根据权利要求4所述的一种风电机组外部过电压计算方法，其特征在于，将风电机组塔筒转换成空心圆截面直导体的过程中，利用表面积等效方式，将风电机组塔筒的中间截面半径作为空心圆截面直导体的等效外半径。


6.根据权利要求1所述的一种风电机组外部过电压计算方法，其特征在于，电缆屏蔽层包括电缆钢丝铠装、电...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓凤，王增彬，庞小峰，吕鸿，孙帅，宋坤宇，姚聪伟，李盈，杨贤，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44