一种直流海缆的过电压仿真方法、系统、设备和介质技术方案

本发明专利技术涉及一种直流电缆的过电压仿真方法、系统、设备和介质，方法包括以下步骤：对目标直流海缆进行等间隔分段；对目标直流海缆的各个分段进行建模，并在满足仿真校核要求时将各目标直流海缆分段模型组合形成完整的目标直流海缆的过电压仿真模型；在目标直流海缆的分段处增加电压测点和故障点，并基于目标直流海缆的过电压仿真模型对各故障点进行仿真校验和电压数值监视，得到目标直流海缆的过电压仿真结果。本发明专利技术能够更精确、更方便的把握直流电缆的过电压特性，对实际工程的过电压仿真具有实际的意义，可以广泛应用于直流电缆过电压的电磁暂态仿真领域。压的电磁暂态仿真领域。压的电磁暂态仿真领域。

【技术实现步骤摘要】
一种直流海缆的过电压仿真方法、系统、设备和介质


[0001]本专利技术涉及直流海缆的电磁暂态仿真
，特别是涉及一种用于海上风电经柔直系统送出的直流海缆的过电压仿真方法、系统、设备和介质。

技术介绍

[0002]风力发电已经成为清洁能源利用领域中技术最成熟，最具商业化发展潜力的发电方式之一。我国海上风电资源充沛，且靠近负荷中心，发展潜力巨大。随着近海资源的不断减少和风电技术的不断进步，远海风电资源开发利用已成为必然趋势，但风电资源的远距离送出消纳以及孤岛接入等问题严重制约了风能的高效利用。交流输电远距离输送能力较弱，常规直流输电需要送端交流电网支撑且送电功率不宜跟随新能源出力频繁波动，均存在一定技术局限性。柔性直流输电凭借其独立控制有功/无功、可向无源网络供电、与交流电网高度解耦、便于可再生能源多点汇集、运行方式灵活多样等诸多优势，成为远海风电汇集送出的最佳技术手段。
[0003]柔性直流输电系统的暂态过电压特性是决定设备绝缘水平和空气净距的重要因素，直接影响换流站设备以及直流海缆的制造难度、换流站布置及工程造价等。柔性直流输电系统的暂态过电压水平与柔性直流输电系统的主接线、主回路参数、绝缘配合方案、控制保护策略、故障位置和故障类型等因素相关，暂态过电压发展过程复杂，呈现出与交流系统完全不同的特性。我国暂未有海上风电经柔性直流送出系统的工程投运，直流海缆的过电压水平高度依赖仿真分析，准确的仿真出柔性直流送出系统直流海缆在不同运行工况的过电压水平，是设备研发制造的基础，也是工程设计的重要部分。
[0004]目前虽然已经存在针对柔性直流送出系统输电线路的过电压仿真方法，但输电线路等效方法不适用于大容量高电压等级长距离直流海缆的仿真分析，且直流海缆的过电压特性和故障后的电磁暂态特性与直流输电线路差异巨大。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种直流海缆的过电压仿真方法、系统、设备和介质，通过建立合理可信的直流海缆过电压仿真模型，对百万千瓦级海上风电经柔直送出系统的过电压特性进行研究，可以为工程设计及设备研制提供理论基础，并具有极强的推广应用价值。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种直流海缆的过电压仿真方法，其包括以下步骤：
[0008]对目标直流海缆进行等间隔分段；
[0009]对目标直流海缆的各个分段进行建模，并在满足仿真校核要求时将各目标直流海缆分段模型组合形成完整的目标直流海缆的过电压仿真模型；
[0010]在目标直流海缆的分段处增加电压测点和故障点，并基于目标直流海缆的过电压仿真模型对各故障点进行仿真校验和电压数值监视，得到目标直流海缆的过电压仿真结
果。
[0011]进一步地，所述对目标直流海缆进行等间隔分段的方法，包括：
[0012]基于确定的目标直流海缆的分段数初始值对目标直流海缆进行等间隔分段；
[0013]分别计算目标直流海缆各分段的电感值和电容值；
[0014]基于计算得到的电感值和电容值，计算当一极发生接地故障后，另一极目标直流海缆的每一段由于海缆电容充电在各分段上产生的过电压；
[0015]若各分段上产生的过电压满足预设条件，则完成目标直流海缆的分段，否则，对分段数初始值N进行修改后，重新进行计算，直到满足要求。
[0016]进一步地，所述目标直流海缆的分段数初始值根据目标直流海缆长度、仿真步长、负载能力确定。
[0017]进一步地，所述目标直流海缆各分段的电容值的计算公式为：
[0018][0019][0020]式中，C为目标直流海缆的总电容；C
X
为第X段目标直流海缆分段的等效电容；ε0为真空介电常数；ε为绝缘材料介电常数；D为目标直流海缆绝缘层外直径，单位为m；d为目标直流海缆导体外直径，单位为m；l为目标直流海缆总长度，单位为m；
[0021]目标直流海缆各分段的电感值的计算公式为：
[0022][0023]式中，L为目标直流海缆的电感；L
X
为第X段目标直流海缆分段的电感，单位为H。
[0024]进一步地，各目标直流海缆分段的产生的过电压的计算公式为：
[0025][0026][0027][0028]式中，U
Cx
为第X段目标直流海缆分段的电容电压，单位为V；U
dc
为稳态运行直流电压，单位为V；为第X段目标直流海缆分段的电感电压，单位为V；τ为时间常数；为第X段直流海缆的电容电流，单位为A；为第X段直流海缆的电感电流，单位为A；L
X
为第X段直流海缆的电感，单位为H。
[0029]进一步地，对目标直流海缆各分段进行建模时，采用的直流海缆模型为T型或π型线路等效模型，建模方法为Bergeron线路模型、模域频变线路模型和相域频变线路模型中的任意一种。
[0030]进一步地，所述完整的直流海缆过电压仿真模型的获得方法为：将目标直流海缆
各分段的直流海缆模型进行直连。
[0031]第二方面，本专利技术提供一种直流海缆的过电压仿真系统，其包括：
[0032]电缆分段模块，用于对目标直流海缆进行等间隔分段；
[0033]模型建立模块，用于对目标直流海缆的各个分段进行建模，并在满足仿真校核要求时将各目标直流海缆分段模型组合形成目标直流海缆的过电压仿真模型；
[0034]过电压仿真模块，用于在目标直流海缆的分段处增加电压测点和故障点，基于目标直流海缆的过电压仿真模型对各故障点进行仿真校验和电压数值监视，得到目标直流海缆的过电压仿真结果。
[0035]第三方面，本专利技术提供一种处理设备，所述处理设备至少包括处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序时执行以实现所述直流海缆的过电压仿真方法的步骤。
[0036]第四方面，本专利技术提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令可被处理器执行以实现所述直流海缆的过电压仿真方法的步骤。
[0037]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：本专利技术通过对长距离的直流海缆进行分段建模，由若干小的分布参数模型组成完整的直流电缆，在小分段处设置故障点和电压测量点，更精确、更方便的把握直流海缆的特性，对实际工程的过电压仿真具有更实际的意义。因此，本专利技术可以广泛应用于直流海缆的电磁暂态仿真

附图说明
[0038]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
[0039]图1是本专利技术一种直流海缆的过电压仿真方法流程图；
[0040]图2是本专利技术直流海缆分段的电容和电感等效示意图；
[0041]图3是本专利技术直流海缆分段仿真的整体模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直流海缆的过电压仿真方法，其特征在于包括以下步骤：对目标直流海缆进行等间隔分段；对目标直流海缆的各个分段进行建模，并在满足仿真校核要求时将各目标直流海缆分段模型组合形成完整的目标直流海缆的过电压仿真模型；在目标直流海缆的分段处增加电压测点和故障点，并基于目标直流海缆的过电压仿真模型对各故障点进行仿真校验和电压数值监视，得到目标直流海缆的过电压仿真结果。2.如权利要求1所述的一种直流海缆的过电压仿真方法，其特征在于，所述对目标直流海缆进行等间隔分段的方法，包括：基于确定的目标直流海缆的分段数初始值对目标直流海缆进行等间隔分段；分别计算目标直流海缆各分段的电感值和电容值；基于计算得到的电感值和电容值，计算当一极发生接地故障后，另一极目标直流海缆的每一段由于海缆电容充电在各分段上产生的过电压；若各分段上产生的过电压满足预设条件，则完成目标直流海缆的分段，否则，对分段数初始值N进行修改后，重新进行计算，直到满足要求。3.如权利要求2所述的一种直流海缆的过电压仿真方法，其特征在于，所述目标直流海缆的分段数初始值根据目标直流海缆长度、仿真步长、负载能力确定。4.如权利要求2所述的一种直流海缆的过电压仿真方法，其特征在于，所述目标直流海缆各分段的电容值的计算公式为：缆各分段的电容值的计算公式为：式中，C为目标直流海缆的总电容；C
X
为第X段目标直流海缆分段的等效电容；ε0为真空介电常数；ε为绝缘材料介电常数；D为目标直流海缆绝缘层外直径，单位为m；d为目标直流海缆导体外直径，单位为m；l为目标直流海缆总长度，单位为m；目标直流海缆各分段的电感值的计算公式为：式中，L为目标直流海缆的电感；L
X
为第X段目标直流海缆分段的电感，单位为H。5.如权利要求2所述的一种直流海缆的过电压仿真方法，其特征在于，各目标直流海缆分段的产生的过...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐莹，赵峥，薛英林，厉璇，苑宾，尹聪琦，田园园，熊凌飞，黄曹炜，李强，任必兴，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院国网江苏省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：